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用有限元软件Fluent对EAST超导磁体电流引线中氦气流阻进行了计算。计算中对氦气模型进行了简化和分段,相邻两段模型间采用流量边界条件和压力边界条件进行耦合。计算结果表明:氦气的压力降主要集中在靠近室温端;气体模型厚度越薄,氦气压力降越大;通过电流引线的电流越大,氦气的压力降越大;在引线片凸纹的狭窄处氦气速度很大,在靠近室温端时最大可以达到21m.s-1左右。     

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在一种自动补偿零漂积分器的基础上,设计了一种交替式积分器。该积分器把积分时间分割为短时间段,用两个自动补偿零漂积分器交替进行积分,通过累加电路将每段积分信号累加起来得到完整的积分信号。积分器采用CPLD控制时序,在400s内的漂移在10mV左右,能够满足EAST装置实验的需要。     

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介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入 Ar/D2(1：4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

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为把电流引线罐从EAST 大厅移到离装置约30m 外的电源大厅,重新设计和制造了连接新旧超导导体间的13 对超导接头。介绍了其中1 对超导接头的结构设计、空隙率的确定、理论直流电阻计算、压降计算和加工装配方案等。为此,制造了1 对超导接头,并进行通电测试,结果表明,所设计的超导接头结构和加工工艺满足EAST 工程的要求。     

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利用11/2-D平衡演化程序对EAST的首轮纯欧姆放电进行了数值模拟，获得的模拟结果与实验结果吻合得很好。同时，对放电全过程中的伏秒消耗进行了分析。     

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介绍了EAST低杂波高压电源保护系统的设计和实现。在EAST装置低杂波电源保护系统中,以主回路过电流﹑管体过电流﹑高压源主回路过电流﹑高压源主回路过电压为主要参数来保护系统正常工作的。在主回路过电流﹑管体过电流时通过撬棒来转移故障电流来保护速调管。     

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介绍了采用光学仪器结合机械模板的方法完成对EAST装置内部部件的安装准直。通过在平面模板上确定基准孔的方法引入内部部件安装的测量基准,最终的第一壁形状则利用特殊形状的检验模板进行校核,使其达到可接受的位置。     

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对EAST偏滤器热沉冷却水过渡接头在等离子体破裂时受到的主要电磁载荷进行了分析计算,提出了新的过渡接头结构.通过新结构在极端载荷下的有限元分析以及开展的焊接预研和测试,对接头结构及制作方案进行了优化,最终完成了偏滤器热沉冷却水过渡接头的设计,并成功运用于EAST偏滤器热沉的改造中.     

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介绍了EAST装置新型离子回旋加热(ICRH)天线电流带的设计结构。通过对电流带实际工况的计算得出电流带的工作温度分布,以此来模拟实际工作条件下电流带的热载荷承受能力以及对电流带结构的影响。论证了在实际工况热载荷条件(0.2MW)下,电流带辐射面温度及电流带整体结构强度满足设计要求。     

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应用改进后的低杂波电流驱动程序对EAST进行了低杂波电流驱动的数值模拟。通过模拟发现,波注入位置、功率谱、等离子体温度和密度对低杂波的功率沉积和电流驱动剖面分布有很大影响。通过选取合适的低杂波功率谱、等离子体温度和密度,可以实现对其功率沉积和电流驱动剖面分布的控制。     

EAST反向束在不同电流平台下注入的实验分析

对EAST装置在相同束放电参数不同等离子体电流平台下开展的束反向注入实验进行了比较分析，并利用NUBEAM程序分析了不同的等离子体电流放电平台对束电流驱动、束功率沉积、束功率沉积分布及束能量损失的影响，以此来寻求优化的注入本底等离子体参数。结果表明，较高的电流平台更有利于束与等离子体的作用以及更有效提高本底等离子体温度、束驱动电流及等离子体旋转，更有效改善等离子体约束品质。     

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中性束注入是等离子体加热和电流驱动的重要方式之一,对EAST中性束注入的精确模拟对未来物理实验至关重要.采用ONETWO和NUBEAM程序模拟4MW、80keV中性束同向注入,不同的等离子体密度剖面导致不同的电子和离子加热、穿透功率损失、束驱动电流以及中子发射等.等离子体密度在以上的物理参数的演化中起着重要的作用.对EAST两种密度方案下中性束注入的效果进行了分析和讨论,并对未来中性束实验提供了一些预言性的建议和方案.     

EAST中性束注入器用高压缓冲器分析

中性束注入(NBI)加速器短路故障时,根据B-H曲线和高压缓冲器的结构尺寸,在Fink的Snubber分析方法基础上,分别导出高压缓冲器任意铁芯叠片层的感应电压、涡流电阻与铁芯叠片层饱和深度的关系;利用安培环路定律,推出不同铁芯叠片层中涡流大小、饱和深度表达式,从而导出整个高压缓冲器随铁芯饱和深度变化的等效涡流电阻的表达式。根据Snubber的等效涡流电阻及NBI系统的杂散电容,分析故障时的瞬态短路电流回路,得到了铁芯叠片饱和深度的指数时间常数与电弧电流的表达式;得出高压缓冲器铁芯叠片的最大宽度及最小厚度分别为28 mm和114 μm。经实验测试和理论计算对比分析可知,铁芯叠片饱和深度的指数时间常数的测试值与理论值基本吻合。     

EAST中性束注入器用高压缓冲器分析

中性束注入(NBI)加速器短路故障时,根据B-H曲线和高压缓冲器的结构尺寸,在Fink的Snubber分析方法基础上,分别导出高压缓冲器任意铁芯叠片层的感应电压、涡流电阻与铁芯叠片层饱和深度的关系;利用安培环路定律,推出不同铁芯叠片层中涡流大小、饱和深度表达式,从而导出整个高压缓冲器随铁芯饱和深度变化的等效涡流电阻的表达式。根据Snubber的等效涡流电阻及NBI系统的杂散电容,分析故障时的瞬态短路电流回路,得到了铁芯叠片饱和深度的指数时间常数与电弧电流的表达式;得出高压缓冲器铁芯叠片的最大宽度及最小厚度分别为28 mm和114μm。经实验测试和理论计算对比分析可知,铁芯叠片饱和深度的指数时间常数的测试值与理论值基本吻合。     

EAST中性束穿透损失分析

中性束注入(NBI )是托卡马克装置四种辅助加热手段(中性束注入、低杂波、离子回旋段波、电子回旋段波)中加热效率最高、物理机制最清楚的一种等离子体加热技术,是国际聚变界公认的最有效的辅助加热手段之一。为了探究EAST-NBI的穿透损失,通过对穿透损失率产生原理的理论分析,设计了具体硬件电路框图和实验方案,并通过实验验证了理论推导的正确性。具体做法首先通过对离子源束斑内中心点热电偶进行定量标定的方法作为穿透损失计算的标准。通过石墨瓦上热电偶单位能量下的温升与标定热电偶的温升之比来对穿透损失率进行计算。实验结果表明在一定的束能范围内,穿透损失率随着注入束能的增加而线性增长,穿透损失率随着等离子体密度增长呈指数衰减。     

EAST中性束反向注入的初步实验研究

对EAST中性束反向注入过程中等离子体加热和电流驱动进行了实验研究,并采用了美国普林斯顿大学等离子体物理实验室开发的TRANSP 程序对高功率中性束注入过程中能量热输运进行了分析。结果表明,中性束注入可有效提高本底等离子体温度,产生束驱动非感应电流,提高等离子体旋转以及有效改善等离子体约束。     

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对EAST中性束反向注入过程中等离子体加热和电流驱动进行了实验研究,并采用了美国普林斯顿大学等离子体物理实验室开发的TRANSP程序对高功率中性束注入过程中能量热输运进行了分析.结果表明,中性束注入可有效提高本底等离子体温度,产生束驱动非感应电流,提高等离子体旋转以及有效改善等离子体约束.     

EAST中性束注入角度的NUBEAM模拟研究

采用蒙特卡罗程序NUBEAM对EAST NBI上的中性束注入角度(中性束系统中心线与注入窗口轴线的夹角)进行了分析。讨论了中性束注入角度对电流驱动效率、加热效率和束的穿透功率的影响,对EAST NBI系统选取了一个最优的注入角度。模拟结果表明：对EAST NBI系统,在典型的EAST实验参数和实际工程允许的范围内,19.5°是最优的注入角度。在此注入角度下,可以通过增大等离子体密度的方法来进一步提高加热效率和电流驱动效率,并减少束的穿透功率。     

Theoretical analysis of some problems in the measurement of beam divergence angle for EAST neutral beam injector

Beam angular divergence is one of the indicators to evaluate the beam quality. Operating parameters of the beam extraction system could be adjusted to gain better beam quality following the measurement results, which will be helpful not only to study the transmission characteristics of the beam and the power distribution on the heat load components, but also to understand the real-time working condition of the ion source and beam extraction system. This study includes: (1) the theoretical analysis of beam extraction pulse duration for measurement of beam angular divergence; (2) the theoretical analysis of beam intensity distribution during beam transmission for Experimental Advanced Superconducting Tokomak (EAST) neutral beam injector. Those theoretical analyses could point the way to the measurement of beam divergence angle for EAST neutral beam injector.

     

EAST中性束注入控制系统设计

中性束注入（NBI）是磁约束核聚变装置等离子体加热和电流驱动的重要手段。依据东方超环（EAST）NBI实验运行特点,设计了基于网络通讯的集散式控制系统。NBI控制系统采用计算机网络技术,按照控制层次分为远程监控层、服务器控制层和现场控制层,三层控制结构易于系统功能扩展与设备升级。一条束线的两个离子源可以独立运行控制,这为EAST第二条束线控制扩展奠定基础。实验表明,NBI控制系统具备了远程监控、连锁保护和数据处理功能,满足了NBI实验运行的自动化和可视化的需求。