摘要：电子回旋共振加热(Electron Cyclotron Resonance Heating,ECRH)系统是中国环流三号(HL-3)实验装置的一种重要加热和等离子体电流控制方法,微波通过天线发射器注入等离子体,是ECRH系统的重要组成部分。根据ECRH系统需求,对其天线系统进行了概念设计和光路设计以及具体的天线制作,并进行了测试与安装。HL-3装置ECRH天线系统由三个天线组成,包含一个中平面天线和两个上斜天线,三个天线位于装置弱场侧的同一扇段,可协同完成加热、新经典撕裂模(Neoclassical Tearing Mode,NTM)控制等功能。目前已经完成其中两个天线的设计、制造和测试,另外一个天线完成了发射光路的设计。测试结果表明:中平面天线和上斜一号天线控制精确、快速,达到了装置实验使用的要求。

摘要：基于射频波驱动的负离子源已成为未来中性束注入系统的首选方案。为监测大功率射频负离子源的各个激励器的等离子体放电状态,设计并搭建了基于光电二极管的等离子体发光监测系统。等离子体发光强度与特定碰撞发生次数、碰撞粒子密度、碰撞粒子能量等密切相关。因此,等离子体发光强度能够定性反映出等离子体参数;基于合理的碰撞辐射模型,同时通过分析等离子体特征谱线强度,能够定量地得到等离子体参数。据此,该系统通过实时采集不同位置的等离子体发光强度信息,并以电压信号形式展现并保存下来,用于上位机实时监测和后数据处理。实验结果表明:本系统能够准确、在线地测量射频激励器内的等离子体的激发、维持和熄灭过程,且等离子体发光强度与射频爬坡放电功率具有较好的线性度,并测试了等离子体电流产生的过滤磁场对等离子体发光信号的影响。

摘要：离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(HL-3,原名HL-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明:ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响,固定ICRF频率时,中子产额与加热功率成正比关系,而在固定ICRF加热功率的情况下,中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率,在研究参数范围内,30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示,在考虑ICRF加热后,中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV,有效地提高了中子产额。此外,基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明,中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化,这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。

摘要：为解决大尺寸金刚石热导率的测试问题,本文在耐驰LFA467激光闪射仪的基础上,设计了垂直模式和In-Plane模式的φ100 mm测试样品架,从理论分析和实际测试两方面证明了φ100 mm样品架的可行性。从理论分析结果得出,新样品架带来的样品边界条件的变化对测试结果影响不大。从实际测试结果来看,垂直模式和In-Plane模式的φ100 mm样品架的热导率比标准样品架的热导率分别高3.6%和6.5%,仍在可接受范围内。本文设计的φ100 mm样品架最大能够测试φ100 mm的样品,有助于保护样品的完整性,实现激光闪射法大尺寸金刚石热导率的无损测试。

摘要：[目的]面向HL-3聚变大科学装置极端故障能量快速转移,配置短路保护用大容量旁路开关需求。[方法]基于HL-3磁体电源参数,结合电力电子变流技术及可控硅触发应用基础,针对快速冲击应用中多并联可控硅一致性导通及稳定均流的严苛工况,融合电力电子变流工程实践经验,经并联分支导电线路等长型式改良;并联元件参数一致性筛选,并联臂内元件位置与参数差异化选配;通过在可控硅侧附加串联电阻物理强迫均流,并对附加电阻热稳定性核算,并联桥臂电动力冲击验算;可控硅元件高频脉冲列强触发等手段和方法。[结果]推导设计了一种稳定的可控硅220 kA级大容量聚变用crowbar旁路保护电子开关系统,经试验模拟实测验证及实载160 kA冲击考验,实现了HL-3保护用大容量旁路开关的匹配要求。[结论]在做好热动、稳定性验算的基础上,采用线路改良,附加物理强迫均流,元件参数筛选及装配,触发模式调整等综合手段,实现大容量crowbar在聚变中的配套应用是完全可行的。

摘要：等离子体位形控制是等离子体实验控制的重要组成部分,设计满足放电要求的等离子体平衡位形是等离子体控制系统的重要功能之一。根据位形计算原理、中国聚变工程实验堆等离子体控制系统用户界面集成原理及用户界面需求,采用开源的Python语言及PyQt库,设计开发位形编辑器,用于等离子体期望位形设计和优化;并提供期望位形输入数据,供其集成使用。对主要模块进行复用,开发可独立运行的位形编辑器,能够灵活适用于不同的托卡马克装置。测试结果显示,该编辑器能满足单机运行的需求,同时消除了必须登录等离子体控制系统才可进行位形设计工作的弊端。

摘要：束流限制器是中性束注入(NBI)装置中典型的高热流承载部件,用来吸收束通道上发散的多余能量,其稳定运行能力对实现高功率NBI系统安全运行至关重要。结合东方超环准稳态NBI装置的运行要求,本文对该装置束流限制器结构进行了初步设计,并基于FLUENT软件对偏转系统入口处束流限制器初步结构进行了稳态热分析。分析结果表明,初步设计方案在给定工作条件下能较好满足东方超环准稳态NBI系统(4 MW,脉宽100s)的运行要求。本文研究为东方超环准稳态NBI装置其他典型部件的设计和系统安全运行提供了有益的参考。

摘要：为满足中国聚变工程实验堆(CFETR)包层的应用要求,本文提出氦冷陶瓷增殖(HCCB)包层方案。为验证HCCB包层设计方案的合理性与可行性,采用三维蒙特卡罗粒子输运程序MCNP,计算和分析了HCCB包层方案的氚增殖比、中子壁负载、中子通量密度、核热、辐照损伤等中子学特性。结果表明,HCCB包层方案满足氚自持要求,中子通量密度和核热分布合理,屏蔽性能良好,基本满足设计要求。

摘要：随着J-TEXT装置的发展,原有的数据采集系统在稳定性、模块化、采样率等方面已不能满足装置运行的需要,所以需建立一套新的数据采集系统来满足实验需求。本文介绍了基于PXI Express的托卡马克分布式高速同步数据采集系统的设计与实现。系统的采集单元由PXIe机箱NI PXIe-1062Q、PXIe控制器NI PXIe-8133和高速同步数据采集卡NI PXIe-6368组成,兼容ITER CODAC最新标准,具有良好的机械封装性、模块化程度高和高采样率等优点。系统采用同步差分采集方式采集实验数据,并将数据存储于核聚变领域通用的MDSplus数据库中。测试和使用结果表明,系统能在2 MSps采样率下连续稳定工作,可较好地满足装置运行的需要。

摘要：直流-射频(Direct Current-Radio Frequency,DC-RF)混合等离子体具有高温、高化学活性等特点,在核用超细粉末材料制备领域有着广阔的应用前景。对这种混合等离子体的特性进行研究,可以为等离子体发生器装置的设计及稳定运行提供参考。本文采用k-ε湍流模型,对DC-RF混合等离子体发生器内的热等离子体的温度及流场空间分布进行模拟,并在此基础上分析了各工作参数对混合等离子体流动及传热特性的影响。模拟结果表明:提高DC弧电流、增大反应气及冷却气流量均能减弱混合等离子体发生器入口处的回流效应;提升RF线圈电流则能增加RF线圈附近的等离子体温度及高温弧区面积,但过大的气流量及过高的线圈电流会对发生器装置的正常工作产生不利影响。因此,需要合理调节各种工作参数来改变混合等离子体的流场分布,从而在保证装置稳定运行的前提下满足不同材料处理的需求。