中国的超导托卡马克装置HT-7U用炭基面对等离子体材料的研究(英文)

聚变能作为一种潜在的替代能源 ,可以为将来提供清洁和无穷尽的能源供给 ,引起中国政府的高度重视。一项国家大科学工程“超导托卡马克HT 7U的建造”目前正在中国科学院合肥等离子体物理研究所实施。考虑到HT 7U将运行在高热负荷和近稳态的工作条件下 ,研究和选取面对等离子体候选材料就显得极为重要。中国科学院山西煤炭化学研究所和合肥等离子体物理研究所合作致力于HT 7U用炭基面对等离子体材料的研究和开发。本文主要介绍了聚变能的优点 ,有关聚变研究的一些基本概念如托卡马克 ,等离子体 ,面对等离子体材料 ,壁材料和等离子体间的相互作用行为等。给出了HT 7U用炭基面对等离子体材料的主要结果。

HT-7U超导磁体导体摩擦系数的测定

HT 7U超导托卡马克的纵场磁体 (TF)和极向场磁体 (PF)都将采用3 8K超临界氦迫流冷却的CICC (CableinConduitConductor)。描述了HT 7U超导托卡马克CICC的摩擦阻力实验。实验采用常温的氮气作工质 ,雷诺数Re范围达到30 0～ 6 0 0 0。利用Katheder经验公式对实验的摩擦阻力系数进行了重新拟合 ,它与经验公式的计算结果存在一定的误差。给出了适于测试导体摩擦阻力系数的经验公式 ,以及导体在工作状态下的摩擦阻力损失。

HT-7U装置纵场线圈的稳态及瞬态传热分析

文章分析了 TH- 7U托卡马克核聚变装置在正常和非正常运行情况下产生的各种热负荷在纵场磁体上的热行为 ,给出了纵场线圈盒最严重部位上的温度分布云图 ,计算过程考虑了核热沉积、各种热传导、热辐射、涡流损耗热和迫流式超临界氦进行对流换热等过程。针对等离子体快速破裂时 ,在极短的时间内 ,其纵场磁体中产生的较大涡流损耗而引起的焦耳热对纵场线圈盒与超导磁体之间的热传递过程加以研究。该文采用国际上较为流行的有限元分析软件 COSMOS/ M进行计算 ,由于简化了纵场线圈有限元分析模型及真实情况下部分热流量的不确定性 ,所得结果较为乐观 ,但这些结果对 HT- 7U装置的工程设计仍具有重要意义。

核聚变实验装置HT-7U一维及二维辐射防护设计研究

主要介绍一维、二维中子输运程序ANISN ,DOT 3 5在核聚变实验装置HT 7U辐射屏蔽物理设计中的应用。计算和分析了该装置实验大厅内外中子注量 /能谱、γ注量 /能谱、中子剂量率、γ剂量率的空间分布 ,对屏蔽材料的选取及屏蔽层厚度进行了优化设计 ,为HT 7U装置的辐射屏蔽物理设计提供了建议性意见及理论依据。

托卡马克HT-7U低温超导磁体的绝缘系统

主要介绍低温超导托卡马克HT-7U中磁体的绝缘结构,绝缘材料的特性,绝缘结构形成的工艺,绝缘层的电性能和力学性能等。

HT-7U真空室抽气窗口设计

HT-7U超导托卡马克装置是大型可控热核聚变实验装置,其内外真空系统是该装置的重要外部设备,内真空抽气系统为等离子体放电提供必要的清洁的真空条件,外真空系统为超导纵场线圈和极向场线圈及电流引线罐提供绝热真空。该文介绍了真空室及其抽气窗口的结构设计原则,根据装置运行的物理要求和抽气过程计算,设计组建了内外真空室的抽气机组,它们由主泵、预抽泵、前级泵、管道和阀门及其它附件组成,经试验运行表明,该设计是合理的。

HT-7U超导托克马克装置纵场线圈截面应力分析

HT 7U超导托克马克装置的纵场线圈是整个装置的核心部件 ,结构复杂 .对整个线圈直接进行实验是及其困难的 ,有必要在设计阶段对其力学性能进行有限元分析计算 .论文对纵场线圈进行了一些简化 ,主要对纵场线圈直线段截面在电动力作用下的应力分布进行了有限元分析计算 ,得到了二维截面上的应力分布规律 ,同时也分析计算了超导导体的圆角半径对应力分布的影响 .这些结果为线圈的设计和改进提供了一定的参考依据 .

HT-7U等离子体位移快控电源设计

针对HT 7U装置等离子体位移快控电源大电流快速响应要求,提出了一种基于电流型变流器的快控电源(FCPS)设计新方案。该方案采用交 直 交拓扑结构,即网侧采用电流型PWP整流器设计,以获得稳定的直流电流及网侧单位功率因数正弦波电流控制;负载侧则采用电流型H桥逆变器设计以实现负载电流的快速跟踪控制。移相PWM控制策略在实现多组变流器并联运行的同时,提高了变流器的等效开关频率控制,从而改善了电流波形品质。模拟系统实验论证了方案的正确性。

超导托卡马克HT-7U磁体线圈模拟长样VPI及低温力学性能

主要通过与低温超导托卡马克HT 7U中磁体线圈同截面的长样的真空压力浸渍 (VPI)实验 ,探索线圈进行一次成形真空压力浸渍工艺的可行性 ,掌握真空度和压力对浸渍的影响 ,为真实线圈的真空压力浸渍工艺提供经验 。

基于HT-7U超导托卡马克放电的EFUND软件实现

介绍了基于HT 7U超导托卡马克装置放电的EFUND软件实现过程。介绍了装置的格林函数和计算公式及用于计算格林函数的EFUND算法的主要思想。简要叙述了计算感应系数的两个主要过程,介绍了EFUND软件的改进意义和遇到问题及解决经验,给出了两种语言环境下EFUND软件运行结果的误差分析。实现了E FUND软件的实时控制功能,为平衡拟合EFIT系统的实时控制改进奠定了基础。

HT-7U极向场电源控制系统跨平台网络通信

核聚变装置HT-7U对极向场电源控制实时性要求特别高,必须在一个控制周期(1m s)内完成对12套电源设备的通信、反馈控制、采集、测量等闭环控制环节的操作。该系统利用了QNX平台的微内核实时性。同时为了增强人机界面的友好性,采用W indows系统作为操作平台。本文描述了在QNX和W INDOW S不同操作系统之间的一种跨平台网络通信。实践表明基于TCP/IP协议,利用SocketAPI建立的套接字在两种操作系统之间进行通信是完全可行的,而且是高效的。

核聚变实验装置HT—7U及大厅活化分析

使用一维Ｓ_Ｎ离散坐标法输运程序ＡＮＩＳＮ、活化计算程序ＡＦＤＫＲ并使用一维球几何模型对ＨＴ—７Ｕ装置主要部件及混凝土屏蔽墙的活化进行了计算和分析，给出了中子能谱、γ能谱、大厅内外剂量率空间分布及放射性水平的时间分布，对ＨＴ－７Ｕ装置的主要中子学参数及周围居民接收剂量水平给出了定量的分析。

超导托卡马克HT-7U磁体线圈模拟长样真空压力浸渍及低温力学性能

主要通过与低温超导托卡马克HT-7U中磁体线圈同截面的长样的真空压力浸渍(VPI)实验,探索线圈进行一次成形VPI工艺的可行性,掌握压力对浸渍的影响,为真实线圈的VPI工艺提供经验,并对固化后的绝缘层取样进行低温力学性能测试。

HT-7U装置位移快控电源及其控制系统设计

针对HT 7U装置等离子体位移快控电源低压大电流控制要求 ,提出了一种采用双PWMAC DC变流器拓扑且易于多组并联的新颖控制方案 ;在分析了PWMAC DC变流器d q模型的基础上 ,设计了三闭环控制系统 ,特别采用了基于前馈的解耦控制和微分反馈控制 ,从而使系统获得了优良的动态性能。仿真结果证实了方案的正确性。

HT-7U装置纵场磁体装配位置精度仿真分析

HT-7U 装置纵场磁体系统是由 16 个纵场磁体装配后形成的环体。 为了确定出这些纵场磁体安装后的中心位置, 在考虑了磁体的制造误差和安装误差的基础上,建立了 16 个磁体安装位置的数学模型,通过最小二乘原理,拟合出纵场磁体的中心位置。利用AutoCAD2000 的二次开发工具 ObjectARX2000, 采用面向对象的编程技术, 实现了纵场磁体装配位置精度的仿真分析,仿真结果表明通过用最小二乘原理拟合算法解决了纵场磁体系统中心位置的确定,为后续部件的装配提供了基准。

HT-7U超导托卡马克等离子体位形平衡和反演编码

介绍了应用于托克马克装置上等离子体位形平衡和反演编码(EFIT)的物理含义。提出了HT 7U装置EFIT代码开发移植的总体计划和主要流程结构,介绍了格林函数、平衡和反演核心子函数的构成。提出了在EFIT编码的移植开发中遇到的三类主要问题的解决方案。对编码产生的格林函数和等离子体特征参数的数据进行了分析比较。

HT-7U电源系统无功补偿与谐波抑制

简要介绍了 HT- 7U高功率电源系统拟采取的无功补偿与谐波抑制方案 ;提出了实时无功功率 (电流 )检测新方法以及新型晶闸管星点开关 ,它合分时无涌流、无过压 ,通断迅速、寿命长 ,适合于电容器组频繁投切的场合。

HT-7U装置冷却回路概念设计

】HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置是国家九五重大科学工程 ,包括一个具有非圆小截面的大型超导托卡马克 HT-7U实验装置和低温、真空、水冷、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断以及公共基础设施等重要子系统。文中概要地介绍 HT-7U装置冷却回路的基础结构和主要参数 ,对冷却回路进行了概念设计 。

HT-7U极向场电源实时分布式控制系统设计

论文介绍了HT-7U极向场电源实时分布式控制系统的设计。通过诸多方案的对比和筛选,论述了分布式实时操作系统QNX作为系统软件开发平台的优越性,提出了多层子网的系统结构。

HT-7U装置冷却回路概念设计

介绍了HT 7U装置冷却部件的基本结构 ,借鉴国外同类装置及我所HT 7装置建设和运行经验 ,对HT 7U装置冷却回路进行了概念设计 ,给出了冷却回路的主要参数及冷却回路流程的初步方案。