中国聚变工程试验堆360°全堆建模与初步核分析北大核心CSCD

基于自动化建模软件平台cosVMPT的发展,建立了包含厂房结构的中国聚变工程试验堆(CFETR)360°全堆模型,主要结构包括中心螺线管线圈、真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、杜瓦,以及精细结构的水冷包层和偏滤器。空间布置上包括16个上/下窗口和6个中窗口,2个斜窗口作为NBI束通道,其余窗口内设为屏蔽块。引入“on-the-fly”(OTF)全局减方差方法以获得可靠的中子、光子通量,结果显示其在厂房内的分布不对称。验证了cosVMPT平台和OTF方法的可靠性,并与扇段模型所获得的结果进行对比,进一步确认能够通过扇段模型来简化建模计算过程的使用范围。     

基于VC[WT2”HZ]++的绝缘自动包绕系统的设计

根据ITER校正场线圈的绝缘性能要求,基于VC++设计了一套绝缘自动包绕系统;通过对校正场线圈的形状尺寸进行分析,设计了包绕系统的机械结构;根据系统功能需求,选用STM8S单片机作为运动控制芯片; 为了获得良好的实时响应性能,上位机软件采用MFC进行开发,其包括两个模块:数据采集模块采集系统运行速度,并提供可视化窗口;控制模块根据系统输入与速度反馈,进行闭环运算,产生控制指令;实际运行结果表明,该系统能按照给定参数在不规则形状线圈上取得了比较均匀的包绕效果,绝缘性能达到国际ITER组织要求。     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10~(-7)帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈(称纵向场线圈)排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.这些分立的环形线圈连接起来形成螺     

EAST超导磁体线圈电阻测量系统优化

EAST装置超导磁体系统包括30个超导磁体线圈,超导磁体线圈电阻测量是对当前磁体性能是否退化等进行判断的重要一环.本文介绍了EAST超导磁体线圈电阻测量系统当前存在的问题、优化设计以及样机实验运行结果.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

 托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10^-7帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈（称纵向场线圈）排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.     

基于粒子群与遗传算法的矩阵式梯度线圈优化设计

磁共振成像系统中的梯度线圈产生用于选层、频率编码和相位编码的梯度磁场.目前常用的梯度线圈是通过目标场法设计得到的.近些年来,由多个形状相同的线圈组成的矩阵式梯度线圈的梯度磁场均匀度和功率等指标也达到了较为满意的效果.本文首先提出了一种基于粒子群与遗传算法的、适用于开放式永磁型磁共振成像系统的矩阵式梯度线圈设计方法.然后对三个方向上的矩阵梯度线圈的电流分布进行了设计,每个方向上的矩阵式梯度线圈系统由224个大小相同的圆形线圈组成.最后利用有限元仿真软件对设计方案进行仿真计算,得到x、y方向上的平均非均匀度为0.851%,z方向上的平均非均匀度为1.013%,验证了本文提出的方法的有效性.基于该方法可以有效快速地对开放式磁共振成像系统的矩阵梯度线圈进行设计.     

高漏抗超导可控电抗器工作原理仿真分析

超导可控电抗器较传统可控电抗器具有具有体积小、重量轻,效率高,阻燃,谐波小等优点.本文对高漏抗超导可控电抗器的工作原理和结构进行了介绍.通过电磁仿真对高漏抗超导可控电抗器两个超导线圈均开路、两个超导线圈一开路一短路、两个超导线圈均短路三种工作状态的原理特性及优缺点分别作了详细研究,并结合材料特性和设计工艺进行了相关分析.     

HL-2M环向场线圈的结构设计

设计了HL-2M 环向场线圈基本形状、特殊的指形接头和斜面接头以及馈线、绝缘结构和水冷回路。每个环向场线圈由L 形中心段、上弧段和外弧段分别通过指形接头和斜面接头组装成完整的D 形线圈。分段可拆卸的D 形线圈结构可以使得真空室和单个极向场线圈分别整体吊装到环向场线圈内侧。单根引线和双回线的馈线结构既能节省装置空间,又能降低杂散磁场。TF 线圈匝间绝缘500V,对地绝缘30kV。采用软焊在线圈旁侧槽内的铜管对线圈进行水冷以带走线圈放电产生的焦耳热。     

低场MRI系统中2通道脊椎线圈的研制

实现了用于低场磁共振成像系统的２通道脊椎线圈,它的基本结构是两个8字型的表面线圈．另外,讨论了射频线圈的去耦问题,最后在永磁0.3T磁共振成像系统上进行了实验．     

一种用于开放式MRI的射频发射线圈设计

介绍了一种用于开放式MRI系统的射频发射线圈. 此发射线圈为上下2个相同的线圈,分别安装在磁体的2极,两线圈采用非对称的正交方式放置. 线圈为矩形螺线管结构,通过电磁场数值计算的方法对线圈的匝间距进行了优化,使线圈在300 mm的球形区域内达到偏差不超过3 dB的均匀性要求. 根据优化结果制作了一套用于0.23 T开放式MRI系统的发射线圈,并对线圈的均匀性及射频发射的效率进行了测试. 测试结果表明,线圈具有较高的发射效率和较好的均匀性,由此验证了设计方案的可行性.     

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设计了HL-2M环向场线圈基本形状、特殊的指形接头和斜面接头以及馈线、绝缘结构和水冷回路。每个环向场线圈由L形中心段、上弧段和外弧段分别通过指形接头和斜面接头组装成完整的D形线圈。分段可拆卸的D形线圈结构可以使得真空室和单个极向场线圈分别整体吊装到环向场线圈内侧。单根引线和双回线的馈线结构既能节省装置空间,又能降低杂散磁场。TF线圈匝间绝缘500V,对地绝缘30kV。采用软焊在线圈旁侧槽内的铜管对线圈进行水冷以带走线圈放电产生的焦耳热。     

EAST超导托克马克磁体的大型供电供冷外馈线

EAST全超导托克马克聚变实验装置由16个D形环向场线圈和12个圆形极向场线圈组成,大半径1.7m,当环形场线圈励磁14.3kA时,中心场3.5T;±14.5kA极向场线圈可提供10Vs磁通量变化.连接这些超导磁体与13台独立电源和一台制冷机之间的低温和超导部件组成大型供电供冷馈线,在EAST装置外部的外馈线包括:两组超导母线;13对电流引线及其杜瓦;一个大的低温分配恒温器,内装有40多个低温控制阀,4.4K液氦槽,3.8K过冷槽,78K液氮槽和4台超临界氦循环泵;五条低温传输线.本文介绍外馈线的设计、安装和运行情况.     

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为利于HL-2M真空室(VV)及极向场线圈(PFC)的整体安装,环向场线圈(TFC)采用比特板式结构,这种结构需要用到高强度高导电性能的大尺寸异形铜合金厚板以便满足线圈复杂受力的要求.通过应力分析,确定了在TFC上使用的3种铜合金.介绍了大尺寸异形铜合金板材的制造工艺和铜板多项性能的测试结果,结果表明异形铜合金板材的尺寸及各项性能均满足了HL-2M装置环向场线圈的工程设计及加工要求.     

高温超导磁共振成像射频接收线圈的研究

为了提高低场磁共振成像系统的信噪比,提出了具有失谐电路的Bi2223带高温超导射频接收线圈.该线圈采用了电耦合方式传输超导谐振回路的磁共振信号,这种方式有利于进一步制成正交结构或相阵结构的超导接收线圈.为了防止趋肤效应降低超导接收线圈的性能,采用化学腐蚀的方法先将超导带的包套去掉,然后再制成超导主谐振电感.采用一种双探测线圈法对高温超导接收线圈和相同结构的常规铜线圈的Q值进行了测量,结果表明超导接收线圈比常规铜线圈的Q值约高一倍.     

超导离子源铌三锡六极线圈镜像磁场约束结构的优化设计

中国科学院近代物理研究所正在进行国际首台45 GHz全铌三锡超导离子源FECR(Fourth Electron Cyclotron Resonance)磁体的研制,该离子源磁体线圈由六个铌三锡超导六极线圈和四个铌三锡超导螺线管线圈组成。由于单根超导线绕制异形六极线圈(非标准鞍型)技术难度大,且铌三锡超导性能对应力敏感,为了测试单个铌三锡六极线圈性能能否达到设计指标,基于铝合金壳层结构和Bladder-Key精确预紧技术,设计了镜像磁场约束结构。本工作主要阐述了运用ANSYS参数化设计编程对镜像磁场结构进行优化设计的过程和优化后的镜像磁场结构,确定了室温预应力大小,并给出了线圈经过室温预紧、冷却降温和加电励磁后的最大等效应力。进一步结合实际六极线圈制作公差(±0.1 mm),分析和评估了公差对镜像磁场结构中六极线圈预应力施加的影响。     

亥姆霍兹线圈的均匀磁场区

近年来,在普通物理实验中新开设了“磁场描绘”实验.它以1000赫芝的低频信号作励磁电源,用两个700匝、平均半径为10厘米的圆线圈产生磁场.探测线圈有1100匝、平均半径3.65毫米.实验要求测绘图线圈轴线平面上的磁感应线和亥姆霍兹线圈的均匀磁场区. 从学生的实验报告看,圆线圈轴线平面上磁感应线的描绘基本上是正确的.但亥姆霍兹线圈的均匀磁场区则形状各异,很不一致. 本文试图在简化实验条件的基础上,从理论上计算亥姆霍兹线圈均匀磁场区的范围,作为正确判断实验结果的依据. 一、圆电流轴线平面上任一点 磁感强度的数学表达式 根据毕奥-萨伐…     

一种可拆装式的脑外科手术用磁共振成像线圈

在临床磁共振成像(MRI)应用中,射频线圈的设计是非常关键的,针对不同的应用目的,合适的线圈能获得质量更好的图像. 有的应用需要线圈提供均匀性较好的射频场,而有的应用则需要线圈在特定区域内提供高的信噪比(SNR). 但是线圈很难同时得到好的射频场（B₁场）、空间均匀性和高的SNR,需要根据实际应用情况进行折衷设计. 针对MRI在脑外科手术中的应用特点,设计并制作了一种新颖的、适用于脑外科手术的MRI接收和发射共用射频线圈. 该线圈采用可分拆式结构,在脑外科手术支架上可以进行反复组装和拆卸,减少了MRI对医生手术的影响. 仿真结果和人体成像实验表明,该线圈能产生均匀的射频场、有较高的SNR和较大的成像范围,满足脑外科手术的需要.     

0.5MJ高温超导储能磁体设计分析与研究

高温超导储能磁体(HTS-SMES)是电力系统中的重要应用.文中设计了一种0.5MJ级SMES装置,采用YBCO高温超导带材绕制为14组线圈饼,每组线圈饼由四个单饼线圈组成,设计工作温度为20K,工作电流100A.SMES装置在运行时,中心磁场接近3T,保证高磁场下YBCO带材的临界电流是SMES装置正常运行的必要条件.文中通过有限元的方法分析了运行工况下SMES装置的漏磁场,线圈内磁感应强度的分布,在该磁场条件下带材性能满足运行条件.通过电磁,结构耦合计算与冷却过程的应力分析,得到了线圈上的米塞斯应力与形变,满足储能磁体运行的条件,可以为SMES装置的设计和运行提供参考.     

230MeV质子回旋加速器超导线圈拉杆结构研究

该院承研的230Me V质子回旋加速器是中核集团在研的质子治疗系统的核心装置。230Me V质子回旋加速器具有常温铁轭与4叶片螺旋扇磁极结构,采用超导线圈励磁,具有结构紧凑、运行功耗低的特点。230Me V质子回旋加速器的超导线圈通过拉杆在低温恒温器中进行定位和位置调节。拉杆按照周向位置分4组共12根,每组包括轴向向上、轴向向下、径向3个方向的拉杆。分析了拉杆结构以确保拉杆中各零件满足强度要求,研究了拉杆的调节方法和步骤,并在超导线圈降温过程中对拉杆进行了调节。通过对拉杆结构的研究,保证了超导线圈与常温主磁铁的相对位置关系,为回旋加速器质子束流的顺利引出提供条件。     

梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.