HL-2M 真空室制造工艺难点分析及优化

根据 HL-2M 真空室结构及运行工况,对 HL-2M 真空室制造过程的工艺难点进行了深入的分析。结 合前期试验段制造经验,优化了真空室制造工艺,细化了真空室产品的制造工艺方案。通过优化后工艺措施的实 施,提高了真空室的制造质量,并为后续磁约束聚变装置真空室的制造积累了大量的经验。     

HL-2M 初始放电位形及波形设计

利用 EFIT 设计了可用于 HL-2M 初始放电的圆截面限制器位形以及偏滤器位形;设计了满足放电击 穿条件要求(零场区域平均杂散磁场应不超过 20G)的零场位形。综合分析放电过程伏秒数消耗及真空室涡流的影 响,使用 PF8 线圈电流补偿真空室涡流产生的杂散磁场,设计了等离子体电流 200kA 的限制器位形及偏滤器位形 的自洽的放电波形。将该放电波形作为放电调试的参考波形,成功实现了限制器位形的初始放电实验。      

奇异值分解和信息熵理论在Bonner多球谱仪设计中的应用

基于奇异值分解和信息熵理论,提出一种Bonner多球谱仪的设计指导理论.首先采用建模软件和蒙特卡罗计算程序对待选的Bonner球进行响应函数模拟刻度,在响应函数的基础上,采用IAEA报告中的中子谱,获得各待选Bonner球的读数.对Bonner球读数矩阵进行奇异值分解,从而对各Bonner球进行分类,检查设计的合理性.再根据Bonner球的读数和相应的中子谱的信息熵,建立信息熵的神经网络预测模型.根据该模型进行Bonner球信息熵灵敏度分析,对优化Bonner多球谱仪设计提供参考意见.结果表明建立的方法能够有效地从定性和定量两个方面对Bonner多球谱仪的设计进行理论指导。     

基于共轭梯度法的调强放疗射束强度分布优化

针对逆向调强放疗中强度分布优化涉及的参数多, 且临床上对其优化速度要求高的特点, 将医生期望的靶区剂量和周围正常组织剂量限制转化为二次函数形式的目标函数, 然后利用共轭梯度法对该目标函数进行优化。 最后采用一例C形靶区紧密包围危及器官的模拟病例和一例临床常用的前列腺实例, 在PC机（CPU E7200@2.53GHz, 2.00GB内存, Windows XP）上对强度分布优化效果进行测试, 对模拟病例10 s便找到最优解; 而对前列腺病例20 s便可以找到最优解; 且两个测试病例优化所得强度分布对应的剂量分布均满足要求。 测试结果表明, 采用共轭梯度法优化强度分布具有快速和效果好的优点, 因此可以将其应用在精确放疗系统中。 The beam intensity map optimization of Intensity Modulated Radiation Treatment(IMRT) is a large scale optimization problem because of thousands of parameters involved. A fast and efficient approach was studied in the paper according to the clinical requirement for high speed and good results. Firstly, the clinical prescribed dose of Planning Target Volume(PTV) and dose volume constraints of Normal Tissue and Organ at Risk(OAR) were transformed into a quadratic objective function. And then Conjugate Gradient(CG) was adopted to optimize the objective function. At last, a simulated case and a clinical case were used to test the approach. The results showed that the optimization process need 40 s while satisfied results could be obtained in 10 s for simulated case and the optimization process need 1 min and 20 s while optimized results could be obtained in 20 s for the clinical prostate case. So it can be found that the approach of proposed in this paper is valid and efficient, and can be used to the accurate radiation therapy system.     

精确放射治疗中改进的楔形挡板剂量修正算法

在精确放射治疗中,精确计算楔形挡板的楔形因子是精确修正加入楔形挡板后剂量值的关键。提出了基于衰减系数法思想的改进楔形野剂量修正算法,首先计算了楔形挡板材料的线性衰减系数,再根据楔形挡板的实际剖面尺寸,建立了线性拟合公式计算射线束穿过楔形挡板的实际厚度,精确计算楔形因子,并以AAPM55号报告提供的45°楔形挡板进行了验证。该方法在保证计算精度的同时减少了大量离轴测量数据,减轻了物理师的负担,可以作为一种有效的楔形挡板修正算法应用于放射治疗计划系统中。     

HL-2A装置密度极限附近边缘剪切流和极向剩余胁强的实验研究

报道了HL-2A装置密度极限附近边缘剪切流和极向剩余胁强的最新实验研究结果。研究发现,等离子体密度向Greenwald密度靠近时,等离子体响应由绝热响应向流体动力学响应转变,导致湍流雷诺胁强中的非扩散项——剩余胁强降低,其径向梯度表征的等离子体自发旋转力矩显著降低。边缘极向流的湍性驱动降低进一步导致边缘E×B极向流剪切强度减弱。这些实验结果证明了湍流剩余胁强的降低是导致托卡马克密度极限附近边缘极向剪切层崩塌的关键因素。     

HL-2A等离子体垂直振荡缓解边缘局域模实验观测

在HL-2A 装置实验中，通过对水平场加入方波扰动，实现了等离子体垂直运动。当等离子体向上垂直运动时，观察到了边缘局域模(ELM)缓解现象。研究发现，等离子体向上运动过程中边缘不断形成新的闭合磁面，导致等离子体体积膨胀，进而使台基宽度增加。此外，ELM 缓解期间杂质和工作气体再循环有所增加。等离子体向上运动过程中体积膨胀、工作气体再循环及杂质增加可能是导致ELM 缓解的主要物理因素。该实验可为未来聚变实验装置ELM 的控制提供一些参考。     

HL-2M 装置电子回旋共振加热及电流驱动系统设计与研制进展

根据 HL-2M 装置物理实验加热的需求,完成了总功率为 8MW 的电子回旋共振加热及电流驱动 (ECRH/ECCD)系统设计,开展了波源、传输及天线等关键部件研制。8MW ECRH/ECCD 系统,由 8 套 105GHz/  1MW/3s 波源系统、8 条内径为 63.5mm 的真空传输线及三套极向实时可控的发射天线构成。目前,已完成 ECRH/ECCD 系统关键部件研制及其相关的桌面与高功率性能测试。测试结果表明,微波源回旋管输出微波功率 达到1MW/3s,在真空度为 10^‒2Pa 的过模波纹圆波导传输线中能低耗稳定传输,发射天线极向全量程角度转动响 应时间在 50ms 以内。      

HL-2M 极向场线圈支撑结构分析评估

基于二维轴对称模型分析了极向场(TF)线圈在单零(SN)、双零(DN)、雪花(SF)和鼎位形下的电磁响 应,并评估了 4 种位形极限工况下支撑的力学性能。分析表明,PF6 线圈在放电初始时刻所受垂直电磁力最大, 可达到 1.9MN。在放电平顶结束时 PF5 线圈所受电磁力最大。在鼎位形下,PF5L 电磁力可达 2.6MN;雪花和双 零位形下,可达到 2.06MN。在这样极端的运行工况下,结构力学计算结果表明 PF 线圈支撑结构出现了局部塑性 变形。采用 ASMEVIII.2 作为评判准则,对局部高应力区进行评估,评估表明结构不存在塑性塌陷和局部失效。 而在上端主辐梁内侧支撑墩位置,螺栓所受轴力最大,需施加大于 50kN 的预紧力。     

EAST中性束注入控制系统设计

中性束注入（NBI）是磁约束核聚变装置等离子体加热和电流驱动的重要手段。依据东方超环（EAST）NBI实验运行特点,设计了基于网络通讯的集散式控制系统。NBI控制系统采用计算机网络技术,按照控制层次分为远程监控层、服务器控制层和现场控制层,三层控制结构易于系统功能扩展与设备升级。一条束线的两个离子源可以独立运行控制,这为EAST第二条束线控制扩展奠定基础。实验表明,NBI控制系统具备了远程监控、连锁保护和数据处理功能,满足了NBI实验运行的自动化和可视化的需求。