磁约束氘氘聚变中子源预研装置控制系统设计

【目的】磁约束氘氘聚变中子源预研装置是基于场反位形级联磁压缩的新型中子源预研方案,旨在基于第一阶段建设经验,完善系统设计,显著提升等离子体参数,并进一步开展磁压缩聚变等研究,为在第三阶段实现具有大体积高通量聚变中子源打下基础。【方法】预研装置控制系统对控制框架进行优化重构,提供安全联锁、脉冲控制与综合数据服务,通过集成控制将各服务协调集成到自动化执行的放电流程中,并新增多项资源拓展应用和DevOps工具。【结果】通过重构设计,控制系统在安全、稳定与效率等方面的综合性能得到显著提升。安全联锁系统确保了实验过程中的人员和设备安全,脉冲控制系统实现了高精度的时序控制,综合数据服务提供了从数据采集到分析的全流程支持,资源拓展应用和DevOps工具进一步提高了系统的灵活性和运维效率。【结论】该设计通过优化控制框架和引入先进的运维工具,能够更好地满足装置结构复杂化和放电流程精密化的需求,为后续长周期合作建设的磁约束氘氘聚变中子源预研装置提供了高效的控制系统建设方案。

氘氘聚变中子源大口径强磁场磁压缩磁体的设计与优化

【目的】为了真实反映聚变中子辐照特性损伤,有必要开展高通量聚变中子源的研究。磁约束氘氘聚变中子源预研装置是国际首台可实现场反等离子体大压缩比级联磁压缩的实验装置,作为该装置核心部件之一的磁压缩磁体,设计要求中心磁场的磁感应强度在500μs内从0 T上升至7 T,为此,提出了针对磁压缩磁体导体部分的设计思路。【方法】围绕磁体的导体设计,从导体材料选取、导体匝间距离与导体径向厚度3方面入手,通过有限元仿真软件分析导体应力情况,得到了导体材料电导率、导体匝间距离以及导体径向厚度对导体应力的影响。【结果】确定了下一步磁体的设计思路,即在欧姆损耗允许的范围内适当选择电导率偏低的导体材料,在轴向空间允许的范围内通过增加绝缘层厚度的方式适当增加导体匝间距,在材料许用应力的范围内适当减小导体径向厚度以降低建设成本。【结论】随着中子源预研装置项目的进一步推进,所提出的设计思路可为磁压缩磁体装置的设计提供优化方向。

磁约束聚变相干汤姆逊散射全电磁模型研究

【目的】相干汤姆逊散射(collective Thomson scattering,CTS)是少数几种可以在聚变装置中心提供快离子动理学特性测量的聚变诊断技术之一。然而目前国内外CTS诊断依赖的物理模型存在着缺乏电磁效应和等离子体介电性质不准确等问题,阻碍了CTS诊断理论的发展,因此,亟须开发出一套更加全面的CTS物理模型代码以支撑CTS诊断的发展。【方法】介绍了全电磁模型的建立与推导,分析了全电磁模型与静电模型的共性与差异,基于HL-2A装置研究了不同参数下全电磁模型CTS频谱特性。【结果】全电磁模型在常规诊断上与静电模型的结果吻合较好,此外,全电磁模型在诊断离子-伯恩斯坦波等结构上具有明显优势,利用全电磁模型为HL-2A装置CTS系统优化出了系统参数。【结论】在CTS频谱研究中,全电磁模型具有更完备的功能和巨大的潜力,能够为CTS诊断离子比例等物理量提供强有力的工具;基于国内外更多装置,全电磁模型未来还会具有更广阔的应用前景。

J-TEXT托卡马克上电磁弹丸注入系统的X型电枢设计

国际热核聚变实验堆(ITER)计划是我国参与规模最大的国际科技合作项目,目标是验证大型托卡马克装置实现聚变能的可行性。等离子体大破裂是ITER安全运行面临的最大威胁,会对装置造成严重的损坏,因此缓解破裂危害是ITER亟待解决的关键问题。目前缓解破裂危害的基本策略是主动注入大量粒子,但现有的破裂缓解系统尚不能完全满足ITER的需求。该文通过分析现有破裂缓解系统的特点,介绍J-TEXT托卡马克上新一代用于破裂缓解的电磁弹丸注入系统(EMI),该系统使用电磁力发射弹丸,可有效提高弹丸的注入速度并缩短响应时间,克服了其他系统的局限性。电枢是EMI的核心部件,在发射中起决定性作用,通过介绍尾翼接触型电枢的结构及功能,说明这类电枢运用于EMI时在减速阶段存在枢轨电接触性能不足、运动稳定性不够高等局限性,由此根据EMI减速阶段对电枢性能产生的特殊需求,设计了一款具有X型结构的新型固体电枢。仿真结果表明,电枢的电磁、机械性能满足发射要求,电接触特性良好。在发射性能试验中,电枢完成了加速至520m/s后主动减速至0m/s;电枢-弹丸分离性能试验中实现了电枢、弹丸的稳定分离,弹丸的飞行速度为358m/s,且该速度能随着加速能量的增加进一步提高。EMI为托卡马克等离子体破裂缓解贡献了一种高效注入杂质的先进方案,该文提出的X型电枢具有良好的发射性能,为EMI提供了一种优良的新型固体电枢结构及设计方法。