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：中国聚变工程试验堆(CFETR)先进材料辐照考验样品所在胶囊结构较为复杂,其内部填充氦气,胶囊肋条尺寸、位置以及胶囊内部填充材料对样品温度影响大。基于STAR-CCM+程序建立CFETR先进小样品辐照装置内胶囊全尺寸模型,针对样品的目标温度,对胶囊的肋条和填充材料进行了调整。对于胶囊内整体样品释热率较低的情况,采用释热率较大的钨材料作为填充材料,可以明显提高整体样品温度;对于局部样品释热率差别较大的情况,调整局部肋条的尺寸和位置,能够很好控制样品间的温度,使样品计算温度满足目标温度范围。结果表明:采用上述方法进行优化后,样品中心温度能够满足目标温度范围,且满足入高通量工程试验堆(HFETR)辐照的热工安全,保证整个辐照任务能够顺利开展。

摘要：随着高温超导技术的日趋成熟,中小型磁约束装置的优势日渐明显。与大型托卡马克相比,偶极场、场反位形和磁镜等装置的结构相对简单,建造和维护成本较低,且更易实现能维持高等离子体压强的磁场位形,这意味着在低磁场下能实现更好的等离子体约束。此外,这些装置在物理原理上具有各自独特的优势,如磁镜装置具有开放的磁场位形和相对简单的结构设计,能支持灵活多样的实验并保持相对稳态运行;场反位形(FRC)装置的极高β值(β为等离子体压强与磁压之比)使得基于FRC的聚变装置在工程上更可行;偶极场装置因其类似地球磁场位形,具有天然良好的磁流体稳定性,有助于维持等离子体的约束。本文重点介绍了磁约束聚变方案中的磁镜、场反位形及偶极场的研究历史、技术进展和未来发展方向,阐述了这3类装置在聚变能研究中的重要性及面临的挑战。此类装置的小型化和经济性也使其在商业化方面更具潜力,能更灵活地进行技术调整和技术创新融合,吸引更多商业资本投入,加速聚变能的实现。

摘要：在微波成像诊断准光学设计中对等离子体介质对成像位置的影响进行了研究。采用射线追踪方法,在J-TEXT实验参数条件下,基于冷等离子体近似的色散关系,求解了电子回旋辐射成像(ECEI)诊断的极向成像位置。对比分析了射线追踪相较于传统准光学成像的成像位置的修正效果,发现聚焦位置位于高场侧和高密度等离子体情况下,实际观测位置与准光学设计位置有较大偏差。该修正提高了诊断数据测量的可靠性,优化了微波诊断信号分析。

摘要：第四代反应堆中铅冷快堆是一种非常有发展前景的堆型。在铅冷快堆包壳材料设计时,需要重点考虑包壳材料与高温铅铋的相容性,关注其抗液态金属腐蚀能力,尤其是腐蚀介质与应力耦合时材料性能的变化。小冲杆实验(SPT)是一种使用小尺寸样品评估材料服役条件下力学性能变化的实验方法,这种方法可以直接在正在使用的材料中提取样品而不损害其完整性,因此小冲杆测试非常适用于所研究材料数量有限或研究在役材料的情况。本文简要介绍了小冲杆测试技术,归纳了小冲杆测试与标准尺寸测试实验的相关性,阐述了使用小冲杆技术进行的关键材料力学性能研究,特别阐述了小冲杆测试在研究结构材料液态金属脆化效应(LME)方面的应用。结果可为小冲杆技术应用于研究材料液态铅铋脆化效应提供技术方法及理论支持。

摘要：针对HL-3装置等离子体实验的不同目的,为电子回旋共振加热系统设计了3组发射天线,其中上斜一号天线包含两束微波,其主要功能是控制MHD的不稳定性及实时抑制新经典撕裂模(NTM)。要实时控制与抑制NTM不稳定性,需要依靠天线快速改变注入角度,向磁岛位置发射微波。针对之前光路设计存在的问题,对上斜一号天线聚焦镜进行了重新设计,并完成了加工制造。在光线测试平台使用激光模拟微波,测试了此天线的性能。经测试天线左右两电机在满量程(入射角度-15°~-80°)运行时的最快变化时间分别为189.875ms和189.5ms。测试结果表明,天线控制精确、快速,达到了装置实验使用的要求。

摘要：核聚变堆中偏滤器在高热通量条件下服役将产生高温及高热应力导致钨靶模块开裂失效。探究了自主研发的新型W-金刚石复合材料不同热导率对偏滤器钨靶模块温度及热应力的预期影响。首先通过理论公式计算了W-金刚石复合材料的理论物性,并利用ANSYS软件模拟对比了以不同热导率的W-金刚石复合材料和纯W材料作为面向等离子体材料(PFM)的钨靶模块在20 MW/m^(2)热通量下的温度分布及热应力。结果表明,采用W-金刚石复合材料作为PFM能够极大程度地降低模块表面的最高温度,改善模块温度梯度,降低模块等效应变,但由于复合材料弹性模量较高,模块的等效应力并未得到缓解。该结果将对材料的设计及偏滤器结构优化提供重要的技术支持。

摘要：随着磁约束聚变实验装置对中性束注入器的输出束流强度与脉冲时间的要求越来越高,开展高功率大面积射频离子源的研究迫在眉睫。为了实现大面积、高密度均匀等离子体放电,基于多驱动射频离子源的设计是当前的发展趋势,而阻抗匹配网络是射频功率源将最大功率输送至线圈并耦合至等离子体的关键,故对其结构设计和调谐特性的研究是不可或缺的。基于前期在单驱动射频离子源的研究基础上,结合双驱动射频离子源的放电需求,开展了双驱动阻抗匹配网络优化结构的设计与分析,通过实验中对匹配网络的调谐,成功实现了140 kW高功率和25 kW/1 000 s长脉冲的稳定运行。随后在等离子体稳定放电的基础上研究了两个驱动器之间的功率分配均匀性问题,实验结果表明了该匹配网络的优化设计合理可行,上下驱动器的射频功率分配基本均匀。

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。