Tandem Mirror Experiment for Basic Fusion Science

Research on controlled nuclear fusion has been largely concentrated on plasma confinement using toroidal magnetic fields. Toroidal systems are complex. A simpler magnetic confinement system may provide a valuable platform for understanding fusion plasmas. The linear mirror machine has delivered good performance with the potential of giving a direct conversion of nuclear energy into electric power. The GAMMA-10 (G-10) linear mirror confinement system at Tsukuba University demonstrated the principle of the direct conversion of plasma energy into electric power on a small scale from the exhaust plasma in the exterior divertor chamber. The tokamak fusion system has to prove that the 10 to 15 MA of plasma current can be sustained continuously with acceptable efficiency. Plasma confinement is due to the magnetic field from the plasma current in tokamaks. There is room for creative new solutions in the magnetic confinement of fusion plasmas, and consideration is given for the alternative approach of using a linear machine with high magnetic mirror fields and the direct conversion of the high temperature escaping plasma to electric power.

基于挠性梁结构的电推进器推力测量方法研究

电推进系统在空间任务中相比于传统化学燃料推进工作寿命更长、燃料消耗更低,在近年来备受关注。但基于可控核聚变思想研发的高功率霍尔效应电推进器,其推力很难测量,原因在于这些电推进器需要在高温环境下电离推进剂,所以工作时会产生高温等离子体羽流,导致传统推力测试方法无法准确测量其推力。推进器推力的准确测量直接关系到航天器姿态以及轨道保持的控制精度,因此必须在地面测试中准确地测量推力。本文设计并搭建了一套基于挠性梁结构的推力测量平台,可以在高温环境下测量电推进器产生的推力。实验结果表明,以可变比冲磁等离子体火箭为例,在中心磁场强度0.2 T、质量流率为20 mg·s-1的工况下,实时测得电推进器推力为266.5 mN,证明了测量平台的可行性,为后续电推进器推力测量实验提供参考。

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。

集散控制系统在大型核聚变装置中的应用

介绍了集散控制系统在世界第四大超导托卡马克装置极向场控制系统中的应用。重点论述了该多任务实时性系统的设计方法。

受控核聚变托卡马克等离子体水平位移平衡反馈控制的物理研究

在理论上系统地分析了ＨＴ－６Ｍ托卡马克等离子体水平位移平衡控制系统的结构及其控制方式，并采用大功率ＧＴＯ斩波器作为反馈场电源和Ｂａｎｇ－Ｂａｎｇ控制模式的技术，取得了较好的效果。

托卡马克等离子体的高精度快响应平衡控制系统的研究

为了实现高功率波加热下等离子体的水平位移平衡控制，针对ＨＴ－６Ｍ托卡马克装置薄壁真空室的特点，成功地研制了由载流等离子体、薄壁真空室和反馈场磁体所组成的平衡控制系统．用１ＭＷ大功率ＧＴＯ直流斩波器作为反馈控制磁场电源，并采用Ｂａｎｇ－Ｂａｎｇ控制模式的技术，使该系统响应快、控制精度高．在各种实验条件下，等离子体的实际水平位置控制在±３ｍｍ以内，相应的控制精度小于１．５％．

受控核聚变托卡马克等离子体水平位移平衡控制系统

本文系统地分析了HT—6M托卡马克等离子体水平位移平衡控制的结构和控制方式，提出了相应的数学模型和控制模式，并在HT—6M托卡马克装置上成功地进行了实验．其独特的技术方案为HT—7U超导托卡马克的位形反馈控制提供了理论基础和实践经验．

基于Matlab的线圈磁场计算

利用线圈磁场的理想模型对线圈系统进行理论分析,借助计算机运用Matlab语言编制相应的程序做近似计算,为线圈系统约束等离子体提供相应的参数。

受控核聚变研究的进展和展望

核能包括重核裂变和轻核聚变所释放的能量。核裂变会产生长寿命放射性废物,由于公众的反对意见,它的发展受到了一定阻碍。核聚变能是取之不尽,用之不竭的能源。如果实现以氘为燃料的受控核聚变,则可获取2×10^(11)TW·a的核聚变能,若以每年20TW·a速度消费,则可以使用100亿年。如以氘-氚为燃料,也够使用3000万年。所以受控热核聚变一旦实现,世界能源问题就一劳永逸地解决了。它是相当安全的能源。燃烧等离子体一旦建立,任何运行事故都能使等离子体迅速冷却,从而使核聚变堆在短时间内熄灭。在等离子体中的储能非常低：小于1 GJ。它是相当清洁的能源,不产生化石燃料电站所释放的二氧化碳和氧化氮之类的燃烧产物,也不产生长寿命高放射性废物——锕系元素和裂变产物。氚具有放射性,但它的半衰期非常短,仅为12．3年。因此,从长远看,发展核聚变能源对我国乃至全球解决能源问题都是至关重要的。

晶闸管整流器快速动态响应算法的研究与应用

晶闸管整流器是核聚变等离子体研究领域的主要电源类型,是驱动线圈产生磁场的动力源。其传统的反馈式控制算法响应速度慢、超调量大、稳定时间长,很难满足等离子体负载变化快、控制复杂的技术要求。为此,文章设计了一种前馈加反馈的快速动态响应算法。该算法通过定量分析将晶闸管换相压降以及电抗器和晶闸管上的压降分别计算出来,再加上给定的参考值作为前馈电压,采用以前馈电压控制为主、反馈电压控制为辅的方式快速地计算出晶闸管的触发角。在法国原子能委员会WEST偏滤器线圈电源上的应用结果表明,与传统的反馈电压控制算法相比,前馈加反馈的控制算法具有更好的快速动态响应性能,其电源全功率阶跃响应时间(从启动到稳定的时间)能达到2 ms以内,响应速度提升了90%;同时可以做到不超调。