世界各超导托卡马克装置冷屏结构的设计

简要介绍了应用于磁约束热核聚变实验研究的超导托卡马克装置 ,重点叙述了当前世界上各超导托卡马克装置的重要部件冷屏的结构设计情况。     

全超导托卡马克极向场超导线圈的失超检测

EAST装置做为全超导托卡马克装置,其纵场和极向场线圈全部由超导磁体组成,所以进行安全,准确,有效的超导线圈的失超保护是装置安全运行的首要环节.由于等离子体电流的建立必须由极向场线圈系统提供极快速的磁通变化,随之产生较高的交流损耗使得极向场线圈很容易发生失超.如何对快速交变脉冲磁场下的超导线圈进行有效的失超检测,这在世界上也无先例可循.EAST装置的失超检测系统经过几十轮单饼超导线圈实验及多轮装置正式放电实验后逐步建立和完善起来,并已通过工程验收满足了装置实验运行要求.本文主要介绍了EAST装置失超检测系统的基本结构和检测原理,重点阐述了极向场超导磁体失超检测的设计方法及实验结果。     

用于超导托卡马克的复合材料绝缘子电性能研究

为保证用于超导托卡马克的复合材料绝缘子安全运行,基于有限元法对其开展了端对本体和端对端两种电极连接方式的电场分析,在此基础上进行了直流高电压-漏电流实验。结果表明,绝缘子在氦气压力0.1MPa、直流电压8 k V下的电性能满足使用要求。     

全超导托卡马克装置（EAST）充气成像系统光学设计

为了观测全超导托卡马克装置（EAST）中充气成像系统（gas puff imaging, GPI）的谱线强度,提出一套GPI光学观察系统。以匹兹伐型物镜为初始结构进行优化,使系统像差控制在1/4 内,在观察波长656.2 nm/587.6nm下,设计系统光学传递函数在16 lp/mm下达到了0.76。对温度参数在20~250范围内作多重结构分析,选取的透镜材料热膨胀系数非常相近,光学频率在16 lp/mm时,子午方向的光学传递函数几乎无变化,而弧氏方向的光学传递函数由0.82变化到了0.69。根据光学观察窗口所在物理环境,对其进行静力学、热力学仿真研究,可以看到石英窗口的形变量达到了1/5 ,将该形变代入光学设计中进行容差分析,系统的MTF0.5。通过快速相机捕捉到的系统成像光谱画面图显示,该系统能清晰地观察物面的谱线强度分布以及变化。     

EAST装置低温系统氦泄漏研究

解决氦泄漏问题,是超导托卡马克装置长期稳定运行的一项重要的任务,分析发生氦泄漏的各种途径,介绍了EAST装置2KW氦制冷机系统防止氦泄漏.     

HT-7铁芯超导托卡马克等离子体电流和水平位移多变量反馈控制

对有双层低温厚壁铜壳的铁芯超导托卡马克等离子体电流和位移反馈控制进行了分析,采用一种新颖的方法对铁芯饱和而引起的电磁参数非线性和时变性进行了处理,用等效正反串线圈模型代替厚壁铜壳,从而建立了HT-7超导托卡马克等离子体电流和水平位移反馈控制状态方程模型.并采用了检测中间状态变量进行补偿而达到解耦的目的,设计出了托卡马克等离子体位移和电流反馈控制系统,在实验中得到了很好的结果.该方法大大减少了反馈控制的计算工作量并提高了响应速度.使得铁芯、厚壁铜壳与线圈之间的强耦合给等离子体控制带来的困难迎刃而解. 关键词：     

EAST托卡马克上共振磁扰动对锯齿行为的影响

锯齿振荡是托卡马克装置上常见的磁流体不稳定性之一.先进实验超导托卡马克(experimental advanced superconducting Tokamak,EAST)装置放电中观察到外加共振磁扰动(resonant magnetic perturbation,RMP)会影响锯齿振荡行为.本文研究了环向模数n=2的RMP对锯齿周期的影响.通过RMP线圈相位差扫描实验发现,当RMP上下线圈(n=2)相位差Δφ_UL发生变化时,扰动场的谱型发生变化,锯齿周期和崩塌幅度也随之发生明显的改变.单流体电阻磁流体力学(MARS-F)程序分析表明,在相同实验条件下,当RMP上下线圈(n=2)相位差为Δφ_UL=270°时,等离子体芯部区域的响应最强,此时锯齿周期和幅度最小.锯齿行为的改变可能与RMP引起的快离子损失相关.该研究利用RMP上下线圈(n=2)实现对锯齿行为的有效调控,有利于未来EAST发展高比压放电条件下的大锯齿自动控制技术.     

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。     

氦气状态对超导托卡马克室温绝缘子电性能影响实验研究

为了解不同氦气状态对超导托卡马克室温绝缘子电性能的影响,建造了室温绝缘子氦气状态下电性能测试平台。利用该平台,在静态氦气和氦气流速为0.65g•s^-1状态下进行了室温绝缘子高电压-漏电流实验。实验结果表明,两种氦气状态下室温绝缘子均满足使用要求。     

HT-7超导托卡马克总控系统的设计与实现

为了适应当前HT-7及今后EAST装置运行的需要,对原有总控系统进行改造,扩展了系统的功能。新的总控系统主要包括放电监控子系统、分布式定时及触发子系统、控制参数设置子系统、事件触发子系统、手动微调子系统。文章详细介绍了各个子系统的硬件组成结构、软件设计和实现过程。     

超导托卡马克工程研究概况

首先简述了超导托卡马克的关键组成,接着归纳了在建的国际热核实验堆- ITER、日本的JT - 60SA,以及中国和韩国先后建成并成功进行放电实验的EAST和KSTAR的研究现状,最后指出了超导托卡马克的发展趋势.     

EAST超导托卡马克装置主机支撑结构极低温条件下应力应变分析

报道了国家"九五"重大科学工程EAST超导托卡马克核聚变实验装置中心液氦冷却冷质部件的钢/高分子复合材料支撑装置在模拟冷却收缩条件下的应力应变分析结果。单个支撑结构由高分子复合材料桶状结构固定在垂直薄板板簧结构上部组成。实验表明该支撑装置在顶部水平负荷作用下发生S型扭曲,而不是简单的悬臂梁式形变。支撑部件整体在试验范围内,在常温、低温条件下均对外加顶部水平推力呈线弹性形变。但在低温下,环氧树脂部件与不锈钢板簧结合部的应变,随外力呈非线性弹性形变,这与室温下的线性变化成鲜明对照。低温下整个部件刚性增加,与常温比较,同等水平位移需要的外力增加,但是环氧树脂部件上的应力反而较常温下显著减小;不锈钢板簧底部上部与环氧部件结合部应力则显著增加。     

HT-7超导托卡马克调制电流改善等离子体约束

 在HT-7超导托卡马克上进行了电流调制改善等离子体约束物理实验，获得了初步的实验结果。对电流调制时的径向电场进行了数值计算和讨论。当等离子体环向电流以适当的频率和幅值周期性调制时，低模数的磁流体不稳定性得到明显的抑制，等离子体中心电子温度增加了33%，等离子体电子密度分布明显陡化，能量约束时间增加了27%~45%。杂质辐射周期性减少,粒子约束时间增加了2倍。在等离子体边界产生更强的径向负电场。     

光谱法测量托卡马克等离子体

对托卡马克内部的等离子体进行光谱测量可以得到其内部各种等离子体的状态以及分布等信息。对于不同的测量对象,可以采用各种不同的测量仪器组合以得到较好的结果。文章列出了几种主要的实验方案以及各种方案的测量范围,还有部分测量结果。另外,根据实验的需要设计了另外一种实验组合方案。     

极紫外波段Ar光谱分析在EAST偏滤器杂质屏蔽效应研究中的应用

在托卡马克偏滤器区域充入杂质气体是检验偏滤器杂质屏蔽效应的重要手段。利用快速极紫外EUV光谱仪对EAST托克马克装置上开展的偏滤器Ar杂质注入实验进行观测。结合NIST原子光谱数据库对2～50 nm范围内不同电离态Ar的线光谱进行了谱线识别,识别出Ar Ⅳ,Ar Ⅸ-Ⅺ,Ar ⅩⅣ-ⅩⅥ等若干个电离态的谱线。为了同时观测等离子体不同区域的Ar杂质行为,在杂质注入实验时重点监测Ar ⅩⅥ35.39 nm(Ar ⅩⅥ电离能918.4 eV,主要分布在等离子体芯部)和Ar Ⅳ44.22 nm(Ar Ⅳ电离能9.6 eV,主要分布在等离子体边界)这两条谱线。利用该两条谱线强度随时间演化的结果初步分析了偏滤器杂质屏蔽效应。在同一充气口不同等离子体位形下的实验结果表明偏滤器对于从偏滤器区域注入Ar杂质的屏蔽效果优于从主等离子体区域注入,并且下偏滤器及内冷泵的综合粒子排除能力优于上偏滤器。     

托卡马克等离子体高分辨率光谱诊断

通过压电晶体驱动法布里－珀罗干涉仪实现波长扫描，在单次托卡马克放电过程中完成了离子温度的时间分辨测量，实验表明，该方法光谱分辨率高，并且避免了因多次重复放电引起的不准确性。     

The effective interface potential for a superconducting layer

The effective interface potential is derived for a superconducting layer attached to a wall. The expression applies to the neighborhood of a continuous wetting or delocalization transition, which exists for type I superconductors with a negative extrapolation length. From this potential a number of features can be easily derived, such as the locus of the phase transition and the critical exponents. Whereas the order parameter exponent is universal, other exponents, like the susceptibility exponent, are not.     

亚洲托卡马克超导磁体研究新进展

简要回顾了世界托卡马克超导磁体研究的进展 ,重点介绍了全超导托卡马克装置中国的 HT- 7U、韩国的 KSTAR及日本开展的 ITER中心螺线管模型线圈研究的新进展。最后对亚洲在这一领域近几年的发展做了归纳。