稳态强流H_2~ 离子源的实验研究

本文叙述了用于稳态超导磁镜装置注入器的H_2~ 离子源的实验结果。由于改进了引出系统的电场形态,使引出区平均电场达106千伏/厘米,引出离子束为700毫安,束密度为400毫安/厘米。在引出最佳状态下,H_2~ 束含量为40％,束流强为130毫安,经过四极磁透镜聚焦,传输到距源11.8米处的流强为50毫安,经4×6厘米的限制孔注入到捕集室中为15毫安。     

Optimization of Experimental Discharge Parameters to Increase the Arc Efficiency of the Bucket Ion Source

Arc efficiency is a critical criterion for assessing the performance of the ion source. High are efficiency is necessary for a high power ion source, because it can decrease the load of the arc power supply. Thus the relationship between the discharge parameters （gas pressure, arc voltage, filament current, bias resistance connecting between the anode and plasma grid） and the arc efficiency is investigated in experiment especially. It is found that with increasing pressure, the arc efficiency increases fast if the pressure is below 0.4 Pa, but when it is above 0.4 Pa, the arc efficiency remains unchanged or increases slowly. If we increase the arc voltage or filament current, the arc efficiency decreases. The bias resistance also influences the arc efficiency, at the same pressure the arc efficiency increases with resistance.     

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-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.     

KLY—1低能宽束离子源的研制

本文简介了KLY-1低能宽束离子源的结构,给出了物理设计的主要公式和调试实验的结果。对于氩离子束,在离子能量为4keV,距引出电极24cm处的5cm直径的靶上,测得最大氩离子流为45mA,束流不均匀性优于±25％。     

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介绍了HL-2A装置会切场桶式离子源在实验平台运行时某些放电参数的变化对离子源放电特性的影响。分析并讨论了产生这些现象的原因。这对于提高源的可靠性和稳定性,提高饱和离子流密度,增大引出电流和提高弧效率有一定的指导作用。     

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介绍了HL-2A装置NBI系统的多极会切场桶式离子源灯丝电阻特性的实验结果,运用一维数值模型对灯丝稳态温度分布进行了数值计算.在不起弧时,计算了不同灯丝加热电流下的灯丝温度分布和对应的灯丝电阻.在起弧时,通过灯丝表面的等离子体鞘层近似,计算了灯丝电源输出电流为120A时不同弧流下的灯丝温度分布及灯丝电阻,给出了钨灯丝熔化对应的极限弧放电电流.最后,分析讨论了计算结果与实验测量结果的偏差.     

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260mm, 高度为240mm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1s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/cm²; 等离子体非均匀性都在5%—7%范围之内. 目前, 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.     

High-Power Ion Beam Characteristics of a Magnetic Multi-Pole Line-Cusp Ion Source for the HL-2A Tokomak

A circular magnetic multi-pole line-cusp ion source with a nominal 45 keV 25 A hydrogen ion beam is developed for the neutraJ beam injector of the HL-2A tokomak. At present, this bucket ion source can produce a 40 keV 20 A hydrogen ion beam for less than lOOms on a test bed, and a 35 ke V 13A ion beam for 300ms on the injector of the HL-2A tokomak. The 1/e half-width of the ion beam power profile is about 6.0 ± 0.2 em at the positionof 3.26m downstream from ion source, and the corresponding divergence degree is nearly 1.1. The optimum perveance matched conditions were obtained experimentally, and were in good agreement with the values from experiential equation of Uhlemann et al. The maximum of optimum perveance reached 2.2 × 10^-6 A/V^1.5 for 38 keV beam energy. An ion beam with above 60% H^＋ species fraction can be achieved, which was measured by Ha light Doppler shift spectroscopy. According to research results, a neutral beam with a total power of more than 0.6 MW was successfully injected into the plasma of the HL-2A Tokomak in 2008.     

60kV离子源引出与加速系统的数值模拟

对 6 0kV、70A、2s离子源的四电极引出 加速系统进行了数值模拟。利用数值计算结果对系统进行了优化。在离子流密度为 0 2 4A·cm- 2 (束中H+ 1∶H+ 2 ∶H+ 3=0 .7∶0 .2∶0 .1)和离子源等离子体离子温度为 1eV时 ,由系统栅缝出射的束最大散角小于 1o。