HL-2A中性束大功率离子源的研制

2007年3月, 为HL-2A中性束注入器研制的大功率离子源在核工业西南物理研究院成功通过了测试. 该离子源为圆柱结构的桶式离子源型; 加速器采用三电极的加减速系统. 实验运行参数如下: 灯丝加热电流1100A, 电压12V, 弧放电电压120V, 弧放电电流1050A, 等离子体密度达2.5×10¹²/cm³, 离子流密度0.44A/cm²; 在距等离子体电极5mm的平面上, 等离子体的均匀性好于5%, 工作脉宽2s. 离子源物理设计、工程考虑、实验研究结果等将在本文介绍.     

HL-2A装置中性束离子源引出系统束流分析

在中性束离子源引出过程中,详细分析了引出束流的产生,这有利于得到更准确的引出功率和引出电极表面的热功率沉积情况。根据HL-2A装置中性束离子源引出电极的电连接方式和束流引出的物理过程,对离子源束流引出过程进行了分析,给出抑制极电流产生的主要来源。通过分析放电气压扫描实验中的结果发现：随着放电气压的增加,不同弧放电电流情况下抑制极电流均逐渐增加,且抑制极电流与引出电流的比值近似线性增加。针对引出离子束流经过引出电极的过程建立了物理模型。计算了抑制极电流与引出电流的比值与放电气压的依赖关系,计算结果与实验结果一致,验证了引出束流分析结果的合理性。     

负离子束引出与加速系统的数值计算方法

高能量、大功率中性束注入是对大型受控核聚变装置进行等离子体加热和电流驱动的有效手段。因此势必要发展在高能量下仍具有较高中性转换效率的负离子－中性束注入器。     

用于长脉冲大功率微波系统的高压调制电源

为ＨＬ－１Ｍ装置上的ＬＨＣＤ和ＥＣＲＨ长脉冲大功率微波系统研制的主调制电源,已达到了－７０ＫＶ、３５Ａ的输出指标。应用该电源首次实现了ＴＭ－７０３Ｆ型大功率调整管在１ｓ长脉冲下的运行和双大功率高压调制器的并联运行,在没有ＣＲＯＷＢＡＳＲ保护系统的情况下采用有效的快速保护措施实现了长期的稳定可靠运行。     

60kV，55A，2s离子源地电极栅的瞬态温度场计算与热应力分析

60kV，55A，2S桶式离子源的物理设计和工程设计已基本完成，目前的设计是基于引出．加速．减速电极系统结构进行的，它们分别是：引出电极、加速电极、抑制电极和地电极。在抑制极与地电极间的抑制区域，离子束与电极问本底气体进行电荷交换产生的离子和束电离本底气体产生的离子经电场加速后轰击到地电极栅上，产生束能量的沉积，从而导致电极栅温度升高，并产生热变形。若温度过高，将可能导致冷却管道熔化，冷却剂渗漏。若热变形过大，还将会影响束的离子光学性能。为了保证电极栅的机械可靠性和几何非塑性变形，需要对它进行热应力分析。     

强流离子源灯丝电源设计与分析

灯丝电源是中性束注入器等离子体发生器电源系统的重要组成部分,为了满足其低电压大电流输出特性要求,提出了带平衡电抗器双反星形整流电路的拓扑结构的电源设计方案。该拓扑结构与三相桥式整流电路相比较在采用相同器件下可达到更高功率,减少交流侧输入电流谐波并提高功率因素。分析了该拓扑结构下整流输出特性和所含的谐波分量,根据设计指标计算了整流变压器和平衡电抗器的相关参数,最后通过仿真和实验结果验证了这一拓扑结构的可行性。     

由等离子体引出强流离子束的光学数值模拟

本文叙述了中性束注入器中的强流离子源引出系统离子束光学性质的数值模拟方法,并给出了典型计算结果。计算结果表明:用这种方法能反映强流离子源引出系统最本质的束光学性质,可供选取和研究强流离子束光学系统之用。     

800keV,8电极负离子束系统的数值计算

高能量、大功率中性束注入是对大型受控核聚变装置进行等离子体加热、无感电流驱动并控制电流分布和点火燃烧温度的主要方法。由于负离子在高能量下仍具有很高的中性转换效率,基于负离子中性转换的方法已成为研制高能中性束注入器的主要手段。为此,我们对800keV、5电极强流负离子束系统进行了数值模拟研究。     

全超导托卡马克中性束注入系统离子吞食器工程设计

结合全超导托卡马克中性束注入系统（EAST NBI）的工作原理,采用水冷热测靶形式的离子吞食器回收和测量未被中性化粒子。根据EAST NBI系统对离子吞食器物理特性、空间限制、测量需求及冷却性能等方面的要求,对靶板材料选择、结构设计及布置等进行了分析,给出了离子吞食器具体设计方案。该方案单侧吸收靶板呈V形结构,单个靶板冷却方式采用内置并联冷却水管结构。根据该方案加工获得了EAST NBI系统离子吞食器装置。仿真和实验校验结果验证了本装置可以满足NBI系统4 MW高功率、10 s长脉冲的运行要求。     

中性束注入器电偏转系统的参数设计与估算研究

为EAST 装置中性束注入器设计了一套用于将剩余离子在线电偏转的结构,并对系统各设备的核心参数进行了估算。在4.41kV 偏转电压作用下,该电偏转系统可提供80keV 氘离子束偏转所需的偏转电场。在偏转电场调制情况下,该电偏转系统可有效降低极板表面的热负荷,进而满足EAST 中性束注入器稳态运行的需要。     

HL-2A中性束大功率离子源的研制

2007年3月,为HL-2A中性束注入器研制的大功率离子源在核工业西南物理研究院成功通过了测试.该离子源为圆柱结构的桶式离子源型;加速器采用三电极的加减速系统.实验运行参数如下:灯丝加热电流1100A,电压12V,弧放电电压120V,弧放电电流1050A,等离子体密度达2.5×1012/cm3,离子流密度0.44A/cm2;在距等离子体电极5mm的平面上,等离子体的均匀性好于5%,工作脉宽2s.离子源物理设计、工程考虑、实验研究结果等将在本文介绍.     

在托卡马克装置杂散磁场下未中性化离子偏转轨道的计算与分析

本文给出了在托卡马克装置杂散磁场下中性束注入器内未中性化离子偏转轨道的计算结果,并分析了在装置的中性束注入器上实现的可能性。     

大功率多磁极会切场离子源的弧放电特性分析

为了在HL-2A上实现3MW的中性束注入,我院自主研制了直径为260ram,高度为240ram的大功率多磁极会切场离子源.目前,它的性能已达到并超过了最初设计指标,放电脉冲为ls时,最大离子流密度为0.44A/cm2;放电脉冲为3s时,等离子体离子流密度0.24A/cin2;等离子体非均匀性都在5%-7%范围之内.目?它是我国国内等离子体密度最高,放电功率最大的长脉冲桶式离子源.本文通过实验数据与理论相结合的方式对弧放电特性进行分析.     

HL-2M 装置烘烤系统管路应力的仿真分析与优化

根据 HL-2M 装置烘烤系统管路设计,建立烘烤系统的管道应力计算模型。对烘烤系统管路作初始 支架设计,并采用系统内的最高温度分布,对烘烤系统进行热应力计算,分析管道应力及设备管口载荷。以热应 力计算结果为依据,对管路布置进行优化,并改善支架的设计,对烘烤系统进行应力校核计算,完成烘烤系统可 靠性验证计算,完成了管口位移量计算。