CFETR中性束注入系统概念设计

为了满足中国核聚变工程实验堆(CFETR)对等离子体加热和电流驱动的要求,从总体布局、束传输系统、束源系统三方面进行了中性束注入系统的概念设计。利用参数计算的方法,根据聚变等离子体的要求明确了中性束注入系统的性能指标和基本布局;利用束传输空间分布程序评估了束传输性能,确定了各功能部件的空间布局结构;在此基础上,确定了束源系统的性能指标和引出系统布局方式,结合当前研发进展,明确了束源的基本技术方案。由此完成了中性束注入系统参数指标、束传输关键尺寸、束源性能指标等设计要求,为后续工程设计奠定了基础。

EAST-NBI低温真空系统

为了产生并维持中性束生成与传输过程所要求的洁净真空压力分布环境,设计了全超导托卡马克核聚变实验装置"东方超环"(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,简称EAST)的中性束注入器(Neutral Beam Injector,简称NBI)的低温真空系统。对低温真空系统的总体布局、低温冷凝屏的结构设计、冷却方式与冷量供应、运行温度的确定等关键问题进行了详细分析。通过性能测试,验证了所设计的低温真空系统能满足EAST的NBI(简称EAST-NBI)对洁净真空压力分布环境的要求。

中性束注入器低温真空空间气体温度分布模拟研究

中性束的生成与传输过程需要真空梯度分布环境,准确掌握真空室内的真空度及其分布对中性束的调试和运行有非常重要的意义。受低温真空空间不同区域的器壁温度影响,真空室内空间气体温度具有特定的分布特性,该特性对准确测量并最终确定其真空度有关键性影响。本文基于Molflow软件模拟分析了全超导托卡马克中性束注入器(EAST-NBI)真空室内的气体分子碰撞频度和气体分子数密度分布,获得了真空空间不同区域的气体温度分布,为根据温度分布修正特定真空测量点的测量结果提供了依据,提高了真空度的测量精度。

CFETR中性束注入系统负离子束源概念设计

根据CFETR对NBI系统参数的需求,开展了CFETRNBI束源的概念设计,给出了束源的设计参数指标和总体设计方案。完成了大面积等离子体发生器和负离子加速器两部分的设计工作。

CFETR NBI控制系统概念设计

根据CFETR NBI系统运行需求,借鉴ITER和SPIDER控制系统设计经验和最新研制进展,参考CODAC设计思路,开展了CFETR NBI控制系统的概念设计,给出了控制系统总体设计方案和设计指标,并针对各功能单元开展了框架结构设计工作,可为CFETR NBI控制系统的工程设计提供技术支持。

CFETR N-NBI验证样机恒温供水系统的设计

通过分析中国聚变工程实验堆(CFETR)的基于负离子源的中性束注入系统(N-NBI)验证样机中等离子体电极的工况,确定了其恒温供水的技术参数,设计出了CFETR N-NBI验证样机恒温供水系统。

大面积负离子束源磁过滤器的设计及实验研究

中性束注入是磁约束核聚变能研究中重要的辅助加热手段。大面积负离子源是中性束注入系统的核心部件。在负离子源工作过程中,负离子的电子结合能非常小(约0.75e V),极易被高能电子破坏。为此需要设计过滤磁场降低电子温度,减少负离子的损失,同时也可以减少伴随引出的电子。根据大面积负离子束源的机械结构,分别设计了永磁体产生过滤磁场和利用等离子体电极(PG)电流产生磁场两种磁过滤器结构;通过有限元算法对产生的过滤磁场进行模拟分析和优化,完成了大面积负离子束源过滤磁场的研制。在负离子束源测试平台开展实验测试,引出区电子温度从5eV降至1eV。这个结果初步验证了大面积负离子束源的过滤磁场的性能,为大面积负离子束源的研制提供了支持。

Analysis of the Cooling Water Temperature Rise of Accelerating Electrodes in EAST Neutral Beam Injector Beam Extraction

Neutral beam injection is recognized as one of the most effective means of plasma heating.The preliminary data of beam power deposition in different electrodes during beam extraction are obtained on the EAST neutral beam injector test stand.The measurement of the cooling water temperature rise of accelerating electrodes is reported.The data given can guide the optimization of beam extraction parameters and decrease the damage to the accelerating electrodes following long pulse beam extraction.

射频负离子源中朗缪尔探针诊断系统研制

设计了一套朗缪尔探针诊断系统用于射频负离子源中等离子体参数的诊断。在测试平台上对探针进行了测试,获得了探针的V-I特性曲线,由此得到了等离子体的电子密度分布和电子温度分布,并与微波干涉仪(MWI)的测量结果进行了对比,结果表明该探针的诊断结果可以反映等离子体参数的变化。

中性束注入器多通道远程真空测量系统设计

为满足中性束注入器多点、远程真空监测的需要,设计了基于STM32的多通道远程真空测量系统。该系统采用规管传感器测量得到真空室的真空度电压信号,采样芯片ADS1256测量经信号调理电路调理后的规管电压信号,以STM32F103ZET6作为主控芯片,结合模数转换电路、基准电压产生电路及其他电路,将处理后的数据由以太网传输到上位机,利用上位机软件实现对中性束注入器真空状态的实时监测、预警和分析。测试结果表明:该系统稳定有效运行,适用于中性束注入器真空度测量。

静电场分析法优化设计负离子源中性束注入系统高压仓结构

为探究最为合理的负离子源中性束注入(NNBI)装置高压仓(HVD)结构,采用有限元静电场分析方法,对不同结构高压仓进行仿真计算分析,在考虑分布电容影响的前提下,优化设计了高压仓的主体和外形结构,并确定了安全绝缘距离,对高压仓的工程研制提供了理论指导,为NNBI的安全稳定运行奠定了基础.

三角码盘定位机构相对于十字码盘的准确度分析和补偿计算

一般机构定位方式采用十字码盘定位机构,在制造误差和装配误差存在的情况下,十字码盘定位机构不能保证两轮之间的夹角为绝对的90°,使其测量的位置坐标信息产生误差。这里描述了一种三角码盘定位机构,采用正三角形框架,在三角形顶点分别固定三个正交万向轮,每个轮子轴上安装一个码盘,并用万向节-滑块机构连接三角码盘定位机构与本体,使之更好地贴合地面,实现更加准确地测量位置坐标信息。这里给出了十字码盘定位机构和三角码盘定位机构的系统结构图,分别进行了理论上的结构误差分析,求出了两种定位机构的误差补偿关系式,根据实际测得的角度误差值大小进行补偿,使得定位机构在运行过程中的测量值更加精确。