HL-2M 装置磁测量系统设计及初始放电实验结果

介绍了 HL-2M 装置上满足等离子体放电的磁测量系统的物理设计,主要包括磁探针、磁通环以及 电流测量系统的设计。通过 HL-2M 装置典型的放电位形参数对磁探针的极向布局、有效面积,磁通环的极向布 局以及测量等离子体电流的罗氏圈互感值进行了初步设计。目前,HL-2M 装置已经完成初始等离子体放电。各个 子系统均能达到其测量目标。      

HL-2M 装置磁测量传感器的定位安装

通过数值计算评估了 HL-2M 装置磁测量传感器安装精度的要求,其中磁通环坐标(R, Z)的安装偏差 要求达到±2.0mm 以内,磁探针的(R, Z)偏差要求在±1.0mm 以内、角度偏差在±0.1°以内。定位安装采用高精度激 光跟踪仪和关节测量臂结合,设备定位精度在±0.3mm。根据不同种类的磁测量传感器的定位安装特点,优化设 计了包括磁通环、磁探针阵列、逆磁同心圆等的定位结构,将 HL-2M 磁测量传感器的安装精度控制到在±0.5mm 水平。      

间断磁探针阵列诊断数据的振荡模式分析

托卡马克磁探针阵列通常是围绕等离子体均匀布置的完整环形系统。由于受到布置空间的限制，HL-2A装置的磁探针只能组成带空白区域的间断阵列。在分析了HL-lM极向磁场振荡——Mirnov振荡模式的基础上，探索了HL-2A磁探针阵列诊断应注意的问题。     

HL-2M 装置限制器系统设计及工艺研究

HL-2M 装置设计有 8 套固定极向限制器和 1 套活动极向限制器,其主要功能是进一步加强保护真空 室及其内部件,同时活动限制器还将提供不同孔栏位形用于等离子体物理实验。根据 HL-2M 装置总体运行需求, 活动限制器结构设计可移动有效距离为 120mm,活动限制器移动精度可控制在±0.1mm 以内。基于激光跟踪仪测 量方法对 HL-2M 装置限制器系统完成了高精度的安装,限制器的面向等离子体关键位置安装精度优于±0.5mm, 通过初始等离子体放电实验表明其运行状态均正常。      

EAST装置的磁探针设计

介绍了EAST装置中磁探针设计中的结构、安装位置、匝面积的标定、幅频响应,并给出了该磁探针的标定误差和Mirnov线圈幅频响应特征图。两轮EAST放电试验表明,电磁测量的信号满足装置运行和等离子体控制的需要。     

一种用于波荡器磁中心高精度标定的磁靶标

波荡器磁中心轴的标定是保证自由电子激光装置波荡器安装准直精度的重要前提。介绍了一种利用磁靶标实现波荡器磁中心高精度标定的方法。设计制造了由若干块永磁块组合构成的磁靶标,其能产生一正一斜两个高梯度四极场。测出了两四极场垂直分量的零点位置分布并依此给出了磁靶标的具体使用方法。结果表明:标定后的波荡器磁中心在磁靶标坐标系中水平方向测量精度好于±20 μm,垂直方向测量精度好于±2 μm。     

HL-2M 装置磁测量积分器设计

在核聚变实验中, 积分器是还原微分信号的基本手段,低漂移积分器系统的研制是托卡马克实验中 的重要环节。介绍了用于 HL-2M 装置磁测量的低漂移积分器系统。通过模拟与数字补偿相结合的方法减小漂移, 提高了信号间的测量精度。性能测试显示,积分器输出漂移小于 2mV/15s,积分时间常数精度优于 0.3%。该积分 器应用于 HL-2M 装置实验,满足磁测量系统的测量需要。     

一种简单的高功率微波模式和功率诊断方法

 从电、磁探针测量原理和计算公式入手, 介绍了一种在波导传输线上的高功率微波模式和功率诊断方法, 以及探针有效耦合面积及时间响应特性的标定方法和实验结果。这种用电、磁探针测量的方法对单模或有主模的高功率微波源的测量具有较好的精度。     

EAST 磁探针 NS 值标定

为了获得精准的磁场测量数据,基于磁探针测量磁场的基本原理,构建了由长螺线管、交流电源、标准探针和数据采集系统组成的长螺线管标定系统,对EAST 磁探针垂直于磁感应强度方向的总有效面积(NS 值) 进行了精确的标定,并对标定数据进行了分析处理。获得的结果符合预期的误差要求,为磁探针精确测量托卡马克中的磁场提供了前提条件。     

HL-2M装置周边磁场分布及NBI束线磁屏蔽分析

采用电磁场模拟软件CST Studio中的电磁工作室计算了HL-2M装置纵向和极向场线圈在装置周边的磁场时空分布。计算结果表明,在中性束注入器中性化室及离子源引出区域的磁场超过2-10^-3T,需要在注入器的中性化和离子源区域采用磁屏蔽结构。利用CST软件模拟计算了基于纯铁材料的NBI 注入器离子源及中性化区域的磁屏蔽罩内的磁场分布。     

HL-2M 装置主机集成安装工程质量管理

基于 HL-2M 装置主机集成安装实践,以风险控制、过程管理为质量管理工作总体思路,对工程策 划、实施、验收环节进行全面质量管理。通过实施质量管理活动,确保了 HL-2M 装置主机集成安装工程达到质 量目标,并于 2020 年 12 月 4 日首次放电成功。通过本项目的实施积累了大科学工程的质量管理经验。     

HL-2M 装置集成安装进度控制研究

大型托卡马克装置集成安装工程子项多、接口繁多、工作空间狭小、系统复杂、参与人员众多,如 何做好装置集成安装的进度控制至关重要。基于工程进度风险管理思维,详细分析了 HL-2M 装置集成安装进度 控制风险因素,并探索了进度控制体系有效运行方式,为安装进度风险可控且实现进度控制目标提供了保障,也 为我国大型磁约束核聚变装置集成安装标准化和规模化发展积累了经验。     

HL-2M 初始等离子体第一壁安装研究

HL-2M 初始等离子体第一壁主要由 2mm 厚度的护板及下部支撑构成，与 HL-2M 限制器 共同构成 HL-2M 真空室内壁保护层。针对第一壁的结构设计及总体的安装规范，提出了第一壁整体的安装工艺 方案，采用螺柱焊、氩弧焊对第一壁的支撑进行固定，采用可利用螺柱调节部件定位精度的辅助工装，并全程利 用激光跟踪仪进行安装精度的实时调节。最终，完成了 HL-2M 初始等离子体第一壁总体安装，部件安装精度达 到±2mm、焊缝质量满足一级焊缝要求、结构能承受 3675N 以上拉力。在 HL-2M 初始等离子体放电过程中第一 壁运行良好。      

HL-2M 装置环向场线圈的工程研制与调试

介绍了 HL-2M 装置环向场(TF)线圈的工程设计、关键制造工艺及其调试结果。目前，TF 线圈最大通电电流达到 42kA，对应 TF 线圈产生的磁场为 0.66T，满足 HL-2M 装置初始放电需求。      

磁场电源在 HL-2M 装置初始等离子体放电中的应用

磁场电源是 HL-2M 装置初始等离子体放电的重要组成部分,它关系到 HL-2M 装置零场的建立,等 离子体的击穿和维持及位形控制。为实现初始等离子体放电所需的供电电压和电流,对磁场电源从主回路、控制、 测量和保护分别作了相应的调整。在此基础上进行了大量的工程调试,确保了磁场电源的控制和保护等性能达到 初始等离子体放电的需求。在磁场电源运行中,电源控制性能和输出参数的一致性、纹波质量等都有显著提高。 介绍了磁场电源在调试及 HL-2M 装置初始放电中的应用。     

HL-2M 装置主机安装工艺分析与研究

在 HL-2M 装置主机安装工艺方案制定和项目建设过程中采用 CAD&CAE 设计工艺分析方法,根据 各系统功能需求和安装进度需求,多次优化了主机安装工艺方案,对各系统之间的位置关系进行检查并对安装方 案进行了计算机辅助模拟,最终形成了完善的具有可实施性的安装工艺技术方案。对安装工艺方案进行了全面分 析与研究,总结论述了基准网的构建和关键部件的测量、绝缘与垫层工艺方案,装置核心区域磁导率控制等问题, 对未来聚变堆的建设与发展提供了有价值的设计和工艺参考。