ITER超导导体不锈钢管不同温度下性能研究

ITER内部线圈超导导体采用一种特殊工艺的不锈钢矿物绝缘导体(SSMIC),即内部采用铜导体,中间绝缘层及外部铠甲的三明治复合结构。不锈钢铠甲作为内部线圈导体的重要组成部分,其优异的性能是内部线圈导体正常运行的保障。针对ITER内部线圈超导导体项目中对材料性能的要求,详细研究了其常温、高温状态下的力学性能,并就导体成型过程中不锈钢的变形量对材料力学性能的影响进行了讨论。     

CFETR中心螺管模型线圈稳定性分析

中国聚变工程试验堆(CFETR)中心螺管模型线圈,内部磁体为Nb3Sn线圈,外部磁体为Nb Ti线圈。模型线圈最高磁场可以达到12.0T。针对提出的内部线圈方案,借助一维失超分析软件Gandalf,对Nb3Sn线圈的温度裕度、稳定裕度做了计算。在49k A,12T运行条件下,温度裕度为1.9K,稳定性裕度421.2m J/cm3~426.6m J/cm3。结果表明,温度裕度和稳定性裕度均不低于ITER导体设计要求。     

ITER ELM原型线圈水压降测试

ITER ELM线圈设计用于控制等离子体边界局域模,线圈导体采用氧化镁矿物绝缘导体结构,其中铜导体采用内径33.3mm的中空铬锆铜导体。单匝ELM线圈最高运行电流为15kA,线圈运行过程中铜导体内通入去离子水冷却,设计冷却水流速为8m3/s以保证线圈达到稳定运行温度。等离子体物理研究所完成了ITER内部线圈ELM原型线圈预研及制造并搭建了线圈流动阻力实验平台,并对ELM原型线圈进行压降测试实验。文中介绍了ITER装置中ELM线圈的压降测试平台的设计,对线圈压降实验数据进行分析。对比理论值与实验值,实验结果表明理论计算与实验值基本一致,实验结果具有可信性。     

ITER TF导体压降流阻测试试验与分析

由于国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,简称ITER)的磁体系统运行时利用迫流氦进行冷却,迫流氦在线圈内部流动,产生一定阻力,会影响磁体线圈的正常工作,需要对磁体线圈进行压降测试。着重介绍线圈导体的流体测试试验,根据ITER纵向场(Toroidal Field,简称TF)的导体PA技术要求,搭建测试平台并在室温下进行氮气压降-流量测试实验。使用经验公式进行理论压降计算,计算结果与测量值进行对比,较为接近。同时,也利用该根导体参数进行低温下压降计算,计算结果和国外相关数据,相似。     

ITER TF线圈电磁特性分析

ITER磁体由6组中心螺管线圈、18组纵场线圈、6组极向场以及18组校正场线圈组成。作为ITER线圈最基本的特性,线圈电磁场是线圈超导和热工水力性能分析的基础。利用有限元方法对ITER TF线圈在正常工作状态下以及各种故障态下的电磁行为进行分析。     

ITER超导磁体线圈电磁分析

ITER装置CS线圈、PF线圈、TF线圈是ITER装置超导磁体系统的重要组成部分.电磁性能是超导磁体重要的方面,在研制时对各个线圈的电磁分析是十分重要的.文中通过PRO/E建立模型用Ansys软件,对ITER导体的线圈在其最大工作电流下进行有限元分析,分析的模型分别为:只有CS线圈与PF线圈二维模型;单独TF线圈三维模...     

CFETR CS超导模型线圈氦进出口焊接工艺研究

冷却CS模型线圈的超临界液氦通过线圈上的氦进出口流入铠甲内部。本文给出了氦进出口焊接工艺与关键参数,并对焊接试样进行室温与低温拉伸试验及室温弯曲实验,研究了焊缝在室温与4.2 K下的力学性能。实验结果表明,焊接试样的机械性能均能满足CFETR CS超导模型线圈铠甲设计要求。     

聚变堆与聚变堆材料——ITER试验包层模件的概念设计

ITER试验包层模件(TBM)系统必须具备以下功能：(1)演示氚的增殖能达到DEMO的技术目标，(2)采用合适的冷却剂排出高温的热能以演示能达到DEMO的技术目标(包括合适的压力降和泵唧功率)，(3)在允许的温度和应力限制下，排出表面热负荷和体积热负荷，(4)按照ITER中子通量的目标，降低真空室的核反应、超导线圈的核发热和辐照损伤，(5)最大限度提供机械结构的自支撑以降低传到真空室的机械载荷，隔离’rBM和真空室之间的热量传递。     

ITER底部校正场线圈氦管的设计及压降实验

介绍了ITER底部校正场线圈(BCC)管内电缆导体和氦管结构,对BCC管内电缆导体和氦管进行了压降实验。结果表明,低流量条件下气体的流动状态受到流道内摩擦的影响,由于摩擦系数无法通过经验公式进行计算,低流量条件下的摩擦系数被忽略。在较大流量条件下摩擦系数与雷诺数关系与标准样件实验获得的关系对应,完整的BCC校正场线圈的流阻符合理论设计值。     

ITER馈线系统CTB盒冷屏多层绝热结构传热性能的实验研究

线圈终端盒(CTB)是保证ITER装置可靠运行的关键部件之一,为磁体系统与低温车间、电源大厅、数据采集系统和低温控制元件提供4.5K的超低温工作环境。线圈终端盒(CTB)内部设有80K冷屏,以吸收室温环境对其内部工作空间带来的辐射热负荷,在杜瓦和冷屏中间,设有30mm的真空多层绝热夹层。首先采用量热法和称重法,对多层绝热试件进行了热性能测试,然后分别与理论分析和CTB原型件系统实验结果进行对比,得出了CTB盒中多层绝热结构的热性能参数,为下一步大规模生产提供了有力的技术支持。     

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Mechanical properties of copper (CW009A) tubes in stainless steel mineral insulated conductor (SSMIC) of ITER in-vessel coils (IVCs) were studied. The experiment is carried out at room temperature and elevated temperature. The results show that the mechanical properties of high-purity copper meet the design requirements, and the tensile strength and yield strength are improved at both normal temperature and high temperature. The results provide reference for the design and performance analysis of ITER IVC conductor.     

ITER极向场PF6磁体支撑冷却系统的优化设计及制造

提出了深孔钻直冷方案用于优化 ITER 极向场 PF6 磁体支撑冷却系统设计。采用有限元分析方法, 从换热效率、流体压降、结构强度等方面对流道数量和孔径进行了最优化设计。结果表明,9 条直径 10mm 的冷 却流道可以达到最佳的冷却效果。同时,在服役环境下支撑部件的机械强度和温度分布、流体的运行参数均能满 足 ITER 磁体支撑的设计要求。目前所有 PF6 磁体支撑已完成了制造和检验,并顺利交付 ITER 组织。      

退火对钛/铜热等静压扩散连接界面的影响

钛/铜(Ti/Cu)作为ITER 第一壁Be/CuCrZr 热等静压连接中间过渡层,形成了多层中间金属相结构,容易在Ti/Cu 金属相之间产生裂纹等缺陷。采用CuCrZr 代替Be,经过与Be/CuCrZr 相同的热等静压工艺,制作了多个CuCrZr/Ti/Cu/CuCrZr 连接件,对Ti/Cu 连接接头进行深入分析。对连接件分别进行未退火、400℃和500℃ 退火处理,去应力退火后对接头强度和缺陷分布的影响进行了研究。研究结果表明,中间钛层的两侧都形成了三层Ti/Cu 扩散层,分别为Cu₄Ti、CuTi 和CuTi₂。纯铜侧的Cu₄Ti 厚度比CuCrZr 侧的厚,使得裂纹几乎全部分布于铜侧的Cu₄Ti 与CuTi 交界处,拉伸样品极易在此处发生脆性断裂。随着退火温度升高,裂纹的产生和扩展减少。     

ITER 极向场线圈销轴电弧喷涂 3Cr13涂层性能研究

按照ITER极向场线圈(PF)销轴的设计要求,考虑到工程制造过程中的实际需求,采用对锻造后的销轴进行电弧喷涂铁基3Cr13耐磨涂层以增加其表面硬度和耐磨性能。所制备的涂层性能优异,与基底之间的结合牢固,表面维氏显微硬度HV0.3为353MPa,比基底材料增加了23.4%,摩擦磨损性能测试表明,涂层材料在77K液氮及真空环境下耐磨性能更优,满足ITER PF销轴的要求。     

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As the ITER first wall Be/CuCrZr hot isostatic pressing (HIP) bonding intermediate transition layer, Ti/Cu layer can form a multi-layer intermediate metal phase, and defects such as cracks occur between the Ti/Cu metal phases. CuCrZr was used instead of Be, and a number of CuCrZr/Ti/Cu/CuCrZr joints were fabricated by the same HIP process as Be/CuCrZr to analyze the Ti/Cu joints. The effects of stress relief annealing on joint strength and defect distribution of the joints unannealed, annealed at 400°C and 500°C respectively were studied. The results show that three layers of Ti/Cu diffusion layers are formed on both sides of the intermediate titanium layer, namely Cu₄Ti, CuTi and CuTi₂. The thickness of Cu₄Ti on the pure copper side is thicker than that on the CuCrZr side, so that the crack is almost entirely distributed at the junction of Cu₄Ti and CuTi on the pure copper side where brittle fracture is easy to occur in the tensile samples. As the annealing temperature increases, the generation and propagation of cracks decreases.     

Microstructure and mechanical behavior of UFG copper processed by ECAP following different processing regimes

Commercially pure (99.9%) copper was severe plastically deformed by equal-channel angular pressing (ECAP) following route-Bc in three different processing regimes in order to obtain ultrafine-grained (UFG) microstructures leading to improved mechanical properties. In regime-1, the billets were processed at room temperature up to eight passes. The billets were processed at 200°C up to eight passes in regime-2. Regime-3 is a hybrid regime by which the billets were deformed at 200°C up to four passes first, and these billets were then processed at room temperature for one, two and four passes. In all regimes, the ECAP processing results in a refinement of the conventionally grained (CG) initial microstructure of copper down to sub-micron level leading to a great improvement in the strength as compared to CG copper. Among the regimes applied, regime-3 was found to be the best regime for improvement in strength along with adequate ductility. The samples showed more than eight times increases in yield strength after processing in regime-3 for 4?+?4 passes, from 47?MPa for CG copper to about 408?MPa for the UFG sample. Such improvement in strength was accompanied by a 16.9% total elongation and 6% uniform elongation. The processing in regime-2 resulted in the best elongation to failure of about 22% after eight passes, but it gave the lowest strength values among others.     

ITER轴向绝缘子低温机械疲劳性能实验研究

文中在拉伸实验、压缩实验、弯矩实验和扭矩实验的基础上研究了ITER轴向绝缘子的低温耐疲劳性能,并对绝缘子的氦气密性能以及PASCHEN放电特性进行了检测.检测结果表明:ITER轴向绝缘子在6万次机械疲劳后,液氮温度4MPa氦气内气压下其氦气漏率在6.0×10-10Pa.m3/s以下;约100Pa氦气压、56kV高电压下...     

ITER聚变功率关闭系统的一种阀门箱结构的有限元分析

用ANSYS软件对ITER聚变功率关闭系统(FPSS)的一种阀门箱的结构在ITER各种典型荷载组合下的应力和应变进行了有限元分析,并遵照ASME及ITER标准对分析结果进行了评判。结果表明这种阀门箱结构能够满足ITER的设计要求。     

ITER��һ��CuCrZr/316L(N)���ϰ�����������

以CuCrZr合金板为基板,316L(N)-IG不锈钢板为复板,制作了CuCrZr/316L(N)-IG爆炸复合板用于ITER第一壁热沉部件。对其进行了金相试验、硬度测试以及拉伸试验等。结果显示,复合板界面层具有明显的波状组织,平均波长和波高分别为1200μm和500μm,室温下抗拉强度达到394MPa。用复合板制作了6个第一壁小模块,进行质量认证试验,结果表明其满足ITER要求。     

ITER真空室中子屏蔽设计

ITER真空室中子屏蔽主要是屏蔽中子流、伽马射线以及降低环向场波纹度。介绍了ITER真空室的结构特点及屏蔽结构料材的选取情况,发展了屏蔽设计思想及相关的支撑结构,对铁磁性材料填充区域进行了布局设计。依据ITER真空室物理学计算结果,确定了屏蔽区域屏蔽材料的填充率。基于三维建模软件进行了屏蔽块零件库的仿真设计和屏蔽结构的模拟仿真。