HL-2A装置电子回旋系统弧光探测器的改进

介绍了HL-2A装置电子回旋共振加热系统打火保护装置的改进。在改进设计过程中,实测了2类光电转换模块、4种型号的运算放大器芯片,定量测量了防自激电容的性能。选择了GGOE-2型光电转换器件,OPA128LM型运算放大器,确定了防自激电容为30pF。制作了30个原型机,满足了2009年HL-2A装置的要求。实验测得响应时间平均值为1.2μs,较改进前方案的小。此弧光探测器能够在不同强度的本底光和复杂电磁环境下稳定工作。     

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介绍了HL-2A装置电子回旋共振加热系统打火保护装置的改进。在改进设计过程中,实测了2类光电转换模块、4种型号的运算放大器芯片,定量测量了防自激电容的性能。选择了GGOE-2型光电转换器件,OPA128LM型运算放大器,确定了防自激电容为30pF。制作了30个原型机,满足了2009年HL-2A装置的要求。实验测得响应时间平均值为1.2μs,较改进前方案的小。此弧光探测器能够在不同强度的本底光和复杂电磁环境下稳定工作。     

HL-2A装置低杂波保护系统研制

1995年以来在HL-1M装置上成功地进行了LHCD实验，取得了丰硕的成果。2004年的LHCD实验是在HL-1M装置基础上改进的HL-2A装置上进行的。保护系统的优化是LHCD系统提高与完善的重要内容之一。LHCD微波功率传输系统的波导天线内部拉弧打火探测及其保护系统，微波功率输出系统速调管的管体电流定量测量及其保护系统都是本年度实验的重要项目。     

HL-2A装置真空监测系统的研制

HL-2A装置是我国第一个具有轴对称（极向）偏滤器位形的大型托卡马克装置。其真空系统的工作特点是长时间连续的不间断运行，实验人员值班时间过长，极易产生疲劳，在这种状况下很容易发生事故，并且在放电实验期间会产生辐射，因此在进行放电实验时，装置大厅内不允许人员进入，所以有必要设计一套远程自动化监测系统放在装置大厅外，使值班人员在友好的人机界面下，实时完成对装置真空状态和现场真空设备的监视，这样既能增加装置的安全性和真空系统的可靠性，同时也能减轻值班人员的劳动强度。本文详细介绍了该系统的设计和应用过程。     

基于双模式探测器的大动态范围激光测距EI北大核心CSCD

开发了一种基于双模式探测的大动态范围激光测距方法.使用基于硅雪崩光电二极管（APD）的单个探测器在线性模式与盖革模式之间切换,实现了平均光子数为1~105的大动态强度范围光信号探测.在此基础上,进行了30m的室内线性探测模式测距和500m的室外盖革探测模式测距实验,利用时间相关单光子计数设备记录的信号详细分析了两种模式测距的时间特性,证明了这种方法可以根据探测距离和背景环境进行探测模式切换,从而实现大动态范围激光测距.并且进一步分析了APD偏置电压的调节对测距系统测量精度以及探测背景噪声的影响.     

HL-2M装置5 MW中性束加热束线离子源放电室研制

为了给HL-2M装置建设一条5 MW中性束加热束线,开展了中性束加热用热阴极弧放电离子源放电室的研制。这条中性束束线包含4套80 kV/45 A/5 s离子源,放电室的设计指标为850 A/5 s。首先采用CST软件中的电磁工作室对特定几何结构的放电室会切磁场进行了模拟计算,得到了会切磁场分布,验证了会切磁场布局的合理性。针对放电室加工工艺和实验过程中局部拉弧等问题,对放电室结构进行了不断改进。放电室侧壁由40列会切磁体改为7圈环形磁体,阴极灯丝结构从灯丝板结构最终改为陶瓷可伐结构,并且在放电室和加速器之间增加了陶瓷屏蔽。在阴极板结构放电室和阴极陶瓷可伐结构放电室内都获得了正常的弧放电。最终定型的放电室采用周边7圈环形会切磁体和陶瓷可伐结构。在定型的放电室内达到了5 MW中性束束线离子源弧放电的指标。弧放电时间接近5 s,最大弧放电电流达到1000 A。     

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在HL-2A装置上研制了用于测量等离子体密度分布的两套幅度调制微波反射仪。微波反射仪采用时间延迟法。这两套微波反射仪有不同的频率范围(26.5～40GHz和40～60GHz),它们所对应的密度测量范围是(0.84～1.98)×1019m-3和(1.98～4.47)×1019m-3。时间分辨率可达1ms,空间分辨率约为5mm。     

HL-2M装置低杂波钛泵电流监测器的研制

选用Arduino nano开源硬件平台、OLED图形显示器和SD卡等器件,研制了钛泵电流监测器,实现了在非实验期间钛泵电流长期低速采集、存储和趋势图显示功能。同时启用内部中断和外部中断,提升采样频率到1k Hz,拓展了监测器的应用范围。测试结果表明,监测器趋势图与测试信号一致,最大采集误差为0.25μA。     

中国环流器二号A装置(HL-2A)工程研制

中国环流器二号A装置(HL 2A)(设计指标:大半径1.65m、小半径0 4m、环向磁场2 8T、环向等离子体电流480kA)是我国已建成的第一个偏滤器托卡马克实验型磁约束聚变装置。HL 2A装置的首要研究目标是利用其独特的大体积极向偏滤器在高参数等离子体条件下开展与偏滤器位形运行有关的研究。本文总结了HL 2A装置工程设计、制造与安装、工程调试等研制的主要内容和关键技术。工程调试和初步物理实验的结果表明:HL 2A装置的主要工程参数和性能已具备开展物理实验的条件,并已成功地运行于偏滤器位形。2003年11月底,HL 2A装置获得等离子体电流168kA,等离子体存在时间920ms,等离子体线平均密度1.7×1019m-3,环向磁场1 4T,极限真空度为4.6×10-6Pa。     

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A new arc detector with ultra wide dynamic range was developed based on three gain adjustable amplifiers and microcontroller for the RF (radio frequency) windows in the high-power microwave heating systems on HL-2A/M tokamak. The gain is digitally adjustable with 8 levels in the main amplifier and the protection threshold is adjustable from 0 to 5V with accuracy of 20mV. Both the gain and threshold are remotely controlled with the help of a microcontroller. The measured maximum response time is 2.56μs. The arcing detectors work properly in different level of background light and in complicated electromagnetic environment.     

HL-2M装置测量控制系统运行管理研究

以现有聚变实验工程管理运维经验为基础,根据HL-2M装置测量控制的新需求,参考ITER控制、数据采集及通讯规范,开展了HL-2M测量与控制系统运行和管理研究。通过对全域子系统进行统一配置及管理,架构高性能网络完成不同通讯任务,设计扩容高速物理数据存储系统,实施运行状态监测与报警等,规划建设了HL-2M集成化测控系统管理运行平台。这项研究立足于优化实验信号质量,实现实时信号高效传输,提高实验工程管理自动化水平,保障实验过程中设备与数据安全并具备较高可实施性。     

HL-2A 装置供电系统

描述了HL- 2A 装置供电系统, 该系统主要由三套飞轮脉冲发电机组、磁场电源系统和辅助加热高压电源系统组成。电源系统总脉冲容量达到300MVA, 一次脉冲释能1200MJ。简要介绍了电源的控制系统和实验结果。     

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介绍了HL-2A欧姆电源及其逻辑无环流运行方式。用于判断负载电流过零点的变流器状态检测器通过监测变流器每个晶闸管桥臂的状态来判断负载电流是否为零,克服了直接测量负载电流精度低、可靠性差的不足。此检测器的响应时间可达1ms。欧姆电源运行在逻辑无环流方式下可使欧姆变压器的伏秒数得到充分利用,提高装置的放电参数,等离子体电流可达420kA。     

HL-2M 装置电子回旋共振加热高压电源系统的研制

为满足 HL-2M 装置电子回旋共振加热、低杂波电流驱动、中性束注入等二级加热系统的需要,设 计了多套基于脉冲步进技术的大功率高压电源,为速调管、回旋管及中性束、离子源等提供高压。重点针对一套 用于电子回旋系统的高压电源进行了分析。该高压电源设计了多副边绕组的高压隔离变压器、全固态高压调制器 和电源控制系统,并得出了适合本电源控制的控制算法,易于调整高压的输出幅值以及高压的上升下降时间。最 后给出实验结果,以验证电源的保护能力、电源控制算法的可操作性及实用性。试验证明,此套电源不仅满足对 负载的快速保护的要求,其电源工作的稳定度等其它参数也满足设计要求。      

一种基于热离子二极管的大功率微波探测器

 主要给出了波导型的X波段大功率微波探测器的结构、标定方法和标定结果。该新型大功率微波探测器具有承受微波峰值功率高（可达100 kW）,时间响应快（响应时间小于2.0 ns）,不需要同步信号,抗干扰能力强等特点。根据不同的需要,可以制作成波导型和同轴型的大功率微波探测器。波导型探测器由热离子二极管、标准波导、滤波器和外电路组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围;而同轴型探测器由热离子二极管、同轴波导,滤波器和外电路组成,可以宽带使用。标定结果表明该探测器很适合高功率微波峰值功率测量,尤其是在强电磁干扰环境和高重频微波脉冲条件下的测量,为解决功率测量不准的技术难题提供一种有效的技术手段。     

托卡马克研究的现状及发展

核聚变能是未来理想的能源。经过半个多世纪的不懈努力,随着国际上一批托卡马克装置成功建设和运行,磁约束聚变研究取得了一系列重大成果,具备了建造和运行反应堆级托卡马克实验装置科学技术和工程建设条件。基于这一共识,世界上一些主要国家共同合作,启动并实施了国际热核聚变实验堆(ITER)计划,希望通过建设和运行ITER,验证和平利用核聚变能的科学技术和工程可行性。中国的托卡马克研究经过近40年的发展取得了很大的进展。未来5年,将建立近堆芯级稳态等离子体实验平台,开展高水平的科学实验;吸收消化、发展与储备聚变工程实验堆关键技术;完善聚变工程实验堆的设计和开展关键部件预研,为在2020年前后独立开展中国聚变工程堆奠定坚实的科学技术基础。     

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在一次稳定放电过程中利用快速扫描气动探针系统得到电子温度、密度、等离子体电位、极向电场以及它们的涨落、粒子通量、能量通量在径向的分布。研究了HL-2A装置边缘的静电涨落及其输运。实验结果指出,在等离子体边缘涨落量不服从玻耳兹曼关系,存在由于等离子体空间电位的梯度所产生的径向电场剪切层。分析了涨落对边缘约束的影响。