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.     

HL—1M中性束注入系统研制及中性束加热初步实验

ＨＬ－１Ｍ 中性束注入系统是在国家“八六三计划”的支持下,由中俄合作研制的。介绍了中性束注入系统及其各个子系统的性能参数及调试结果,给出了中性束加热的初步实验结果     

���г�����Դ�ŵ�����ı仯�Էŵ����Ե�Ӱ��

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。     

HL-2A����������Դ��˿�¶ȷֲ��о�

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.     

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。     

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.     

氢中性束在等离子体中透射情况的分析与计算

阐述了中性束加热等离子体的物理过程，并利用基于不同物理模型（考虑和未考虑束－等离子体碰撞多级过程）的两种计算方法，对中性在等离子体中的透射衰减情况进行了计算，分析和比较，给出了在束在等离子体中的衰减与束能量，等离了体参数及杂质情况的关系及ＨＬ－１Ｍ等离了体典型参数下的计算结果，两种计算结果表明，中性不在等离子体中的穿透系数均随中性束能量Ｅ０的提高而增大，随等离子体密度ｎｃ的增高而减少，并表明在ｎｃ     

60kV-55A-2s����Դ�缫դ����Ӧ�����������

利用有限元单元法对60kV-55A-2s离子源地电极栅进行了热应力分析。在热载荷为1.0MW•m-2、冷却水流速为5m•s-1时，通过瞬态温度场计算得到了地电极栅达到热平衡时间为6s、2s时的最高温度低于100℃的结果。热应力场分析结果显示，电极的热变形属于二维翘曲；在载荷密度低于2.0MW•m-2时，电极栅可以保持在弹性变形范围内。