应用于等离子体破裂防护的双涡流驱动快速充气阀的研制

为了满足在EAST装置上开展高压气体注入缓解等离子体破裂实验研究需求,在单涡流驱动快速充气阀成功研制的基础上又研制成功了双涡流驱动快速充气阀。该快速充气阀由双涡流线圈驱动,且增加了一套可调节阀芯预紧力的弹簧预紧背压系统,双线圈驱动结构的采用使得阀体的体积更加小巧,同时阀体的开启性能更加优越;弹簧背压预紧系统使用,使得充气阀的工作安全性大为提高。经过平台测定,该充气阀的开启响应时间不大于0.15 ms,而通过选择合适的工作参数可以使快阀的整个开启脉冲周期控制在2 ms以内;而通过调节工作参数(气压和电压),充气阀在2 ms内的充气总量可以很方便的在0~10^(23)粒子数之间调节。该阀的成功研制为EAST装置开展等离子体破裂缓解研究提供了更加有效的杂质气体注入工具,该阀将应用于2014年秋季的EAST物理实验研究。

出口内置式等离子体破裂防护快速充气阀的研制

为了进一步缩短阀门的充气时间,在外置式快阀成功研制的基础上,中科院等离子体物理研究所又成功研制出了出口安装在装置内部的快速充气阀,该阀在保留外置式快阀快响应、大流量优点的基础上,把阀门气体出口位置设计为可以安装到装置内部,这种结构设计一方面避免了由于采用管道而导致的时间延迟,缩短了充气时间,另外一方面也提高了出口气体的压力,更有利于等离子体破裂缓解。该阀的成功研制不仅为先进超导托卡马克装置开展等离子体破裂缓解研究提供了有效的工具,也使实时的等离子体破裂缓解成为了可能,更为未来大中型托卡马克装置开展类似的研究提供了有益的借鉴。

等离子体破裂防护快速充气阀充放电系统设计

靠涡流驱动的等离子体破裂防护快速充气阀已经在中科院等离子体物理研究所研制成功,为了满足快速充气阀系统对充放电系统的需求,搭建了基于恒压充电方式的脉冲电容器充电回路,并且研制加工了适合放电回路要求的调波电阻;为了实现对晶闸管的快速、安全、方便地控制,利用三极管放大功能及隔离变压器,成功研制了放电回路控制开关。该系统经过2010年EAST装置实验检验,完全可以满足快速充气阀的要求。

快速充气阀自动补气及气量精确测量系统设计

双涡流驱动快速充气阀已经在中国科学院等离子体物理研究所研制成功,为了快速、自动地给快速充气阀供气并精确测量充气量,本文设计搭建了一套快速充气阀自动补气及进气量精确测量系统,并用于EAST托克马克物理实验。在2015年EAST实验运行中,该系统满足了快速充气阀对自动补气系统的可靠性和准确性两方面的要求。该系统的成功研制为EAST定量研究快速充气对缓解等离子体破裂的效果提供给了重要的工具。

高压气体注入缓解等离子体破裂实验研究

通过高压气体注入的方式进行等离子体破裂缓解,已成为目前托卡马克装置破裂缓解的主要研究方向。本文介绍了等离子体破裂防护高压气体快速充气阀的工作原理,应用该快速充气阀在HT-7上进行了高压气体注入实验,并分析了其对等离子体破裂缓解的影响。实验发现,杂质气体的注入可很大程度上提高热辐射强度,降低等离子体温度;调节充气量可改变电流的猝灭率,从而可改变装置所受的电磁力负载。实验表明,该套快速充气阀可完全满足HT-7实验的需求。