摘要：磁压缩电源主要用于为压缩磁体供电,以形成压缩场反等离子体所需的磁场位形,是磁压缩系统中的重要组成部分。压缩磁体线圈数量众多,线圈之间耦合关系复杂,导致求解形成目标磁场所需的电源参数非常困难,对电源设计带来一定挑战。提出了一种基于遗传算法的磁压缩电源参数设计方法,以提高参数设计效率。根据磁压缩电源工作电路拓扑及线圈之间的耦合关系,推导了磁压缩电源系统的物理模型。在物理模型的基础上,提出了基于遗传算法的磁压缩电源参数设计方法,并阐明了该方法的基本原理。编写了算法代码并建立了MATLAB仿真模型,在理想情况及实际工程两种设计情况下对HFRC磁压缩系统电源参数进行了优化设计,得到了优化磁场与目标磁场位形基本一致的结果。同时建立了MAXWELL仿真模型对比分析,两种模型的输出结果吻合度很高,验证了该方法在电源设计时的有效性和准确性。

摘要：屏蔽层在抑制电磁干扰应用中被广泛使用,但目前少有研究聚焦于屏蔽层对独立的功率回路与信号回路构成的双差模回路间电磁串扰的影响。提出了一种基于多导体传输线理论的双差模带屏蔽线缆回路间的串扰分析模型。该方法首先建立了多导体系统单位长度等效电路模型,然后利用有限差分的思想并依据基尔霍夫电压定律和电流定律列写出系统的传输线方程组,最后求解得到串扰结果。将计算结果与CST软件仿真结果进行对比,验证了该模型和计算方法的可行性与有效性。对感性耦合和容性耦合进行单独计算,研究了屏蔽层对线缆间串扰的影响,得到了抑制串扰的方法,可为实际应用中电缆选型以及屏蔽层接地方式的选择提供指导。

摘要：基于负离子的中性束注入是未来大型托卡马克装置不可或缺的辅助加热方式。中性束系统中的加速极电源需要输出-200 kV电压和5 MW的功率,还经常面临负载短路和断路的特殊工况。过去对加速极电源的研究中缺少高压部分的方案设计,而电源中高压部件的绝缘设计是电源研制过程中必不可少的关键环节。据电源指标和特殊工况的特点,计算了电源高压部分的隔离升压变压器、高压整流器和高压滤波器的电路参数,并对这些部件基于油浸式绝缘进行了工程设计,通过有限元仿真分析进行了绝缘验证。仿真结果表明,这些部件中的电场强度最高为16.22 kV/mm,小于变压器油击穿场强并具有2倍的绝缘裕度。设计的高压部件结构可以满足电源的绝缘要求。

摘要：国际热核聚变实验堆(ITER)计划是我国参与规模最大的国际科技合作项目,目标是验证大型托卡马克装置实现聚变能的可行性。等离子体大破裂是ITER安全运行面临的最大威胁,会对装置造成严重的损坏,因此缓解破裂危害是ITER亟待解决的关键问题。目前缓解破裂危害的基本策略是主动注入大量粒子,但现有的破裂缓解系统尚不能完全满足ITER的需求。该文通过分析现有破裂缓解系统的特点,介绍J-TEXT托卡马克上新一代用于破裂缓解的电磁弹丸注入系统(EMI),该系统使用电磁力发射弹丸,可有效提高弹丸的注入速度并缩短响应时间,克服了其他系统的局限性。电枢是EMI的核心部件,在发射中起决定性作用,通过介绍尾翼接触型电枢的结构及功能,说明这类电枢运用于EMI时在减速阶段存在枢轨电接触性能不足、运动稳定性不够高等局限性,由此根据EMI减速阶段对电枢性能产生的特殊需求,设计了一款具有X型结构的新型固体电枢。仿真结果表明,电枢的电磁、机械性能满足发射要求,电接触特性良好。在发射性能试验中,电枢完成了加速至520m/s后主动减速至0m/s;电枢-弹丸分离性能试验中实现了电枢、弹丸的稳定分离,弹丸的飞行速度为358m/s,且该速度能随着加速能量的增加进一步提高。EMI为托卡马克等离子体破裂缓解贡献了一种高效注入杂质的先进方案,该文提出的X型电枢具有良好的发射性能,为EMI提供了一种优良的新型固体电枢结构及设计方法。

摘要：目前的高压保护开关缓冲电路参数设计缺乏相关理论设计方法,同时缓冲电路方案由于设计过程中并未考虑分布电容影响,因此均为等参数设计方案,这种方法均压效果不够理想。为了解决目前参数设计中存在的问题,首先建立了含缓冲电路和杂散电感的MOSFET模型并对其关断过程进行了分析,从而得到了抑制电压尖峰的缓冲电路理论设计方法及表达式。针对串联均压未考虑分布电容的问题,通过构造等电位点,建立了含有分布电容的等效电路并进行分析,根据电荷方程等式得到了缓冲电路非等参数设计方法及表达式,该参数设计方法可以补偿分布电容造成的电压分布不均,并更好地指导高压保护开关的均压方案设计。为了验证参数设计的合理性进行了仿真分析,结果表明,最终得到的整体设计方案可以满足尖峰抑制以及均压的设计要求。

摘要：聚变中子源可以真实反映材料在聚变中子辐照下的特性变化,对于开展聚变堆材料测试具有重要意义。基于加速器打靶原理的国际聚变材料辐照装置(IFMIF)与理想聚变中子源在聚变中子能谱等方面仍有一定差异,因此需对聚变中子源方案进行新的思索。本文围绕磁约束聚变中子源开展了磁场位形、加热方案设计与相关计算,分析了场反等离子体在两级级联磁压缩后的等离子体温度、密度演化过程及相应的中子产额,并研究了考虑双流体效应与有限拉莫尔半径效应后场反等离子体倾斜模、旋转模等磁流体不稳定性的抑制情况,最终给出了氘氘脉冲聚变中子源的关键物理参数。研究结果表明,该中子源有望获得年均2 MW/m2以上的高通量密度的聚变中子,能够满足商业聚变示范堆材料测试要求;经功率估算显示,基于场反位形进行两级级联磁压缩的新型聚变中子源方案还具备成为氘氘脉冲聚变能源的应用前景。

摘要：【目的】为了真实反映聚变中子辐照特性损伤,有必要开展高通量聚变中子源的研究。磁约束氘氘聚变中子源预研装置是国际首台可实现场反等离子体大压缩比级联磁压缩的实验装置,作为该装置核心部件之一的磁压缩磁体,设计要求中心磁场的磁感应强度在500μs内从0 T上升至7 T,为此,提出了针对磁压缩磁体导体部分的设计思路。【方法】围绕磁体的导体设计,从导体材料选取、导体匝间距离与导体径向厚度3方面入手,通过有限元仿真软件分析导体应力情况,得到了导体材料电导率、导体匝间距离以及导体径向厚度对导体应力的影响。【结果】确定了下一步磁体的设计思路,即在欧姆损耗允许的范围内适当选择电导率偏低的导体材料,在轴向空间允许的范围内通过增加绝缘层厚度的方式适当增加导体匝间距,在材料许用应力的范围内适当减小导体径向厚度以降低建设成本。【结论】随着中子源预研装置项目的进一步推进,所提出的设计思路可为磁压缩磁体装置的设计提供优化方向。

摘要：【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。

摘要：随着电气化的发展,电气与电子系统中的电磁兼容问题越来越被重视,为了消除或抑制电磁耦合的影响,实现设备或元件电磁兼容的工作,有必要对线缆间的串扰进行研究。但目前少有相关研究关注独立的发射回路与接收回路构成的双差模回路间的电磁串扰问题。提出了一种基于多导体传输线理论的五导体传输线模型,并基于此研究了双差模非屏蔽线缆回路间的串扰问题。该方法根据耦合机理,首先建立单位长度五导体传输线等效模型,然后根据有限差分的方法列写基尔霍夫方程组,最后补充边界条件后求解得到串扰的频域解。将串扰计算结果与CST软件仿真结果进行对比,验证了该模型和计算方法的可行性与有效性,经计算分别研究了感性耦合与容性耦合,分析得到了不同因素对线束间串扰的影响规律,可为实际工程中采取措施抑制线缆间串扰提供指导,体现出该模型的先进性。

摘要：在J-TEXT托卡马克上研制了一套高速单色成像系统用于研究等离子体杂质行为与磁流体力学(MHD)不稳定性之间的关系。用STRAH代码模拟估算了碳杂质(CV227.09nm,CIII464.7nm)辐射强度。采用光纤耦合方法设计了系统光路结构,光路覆盖高场侧区域0.3a~0.95a(a为小半径),其空间分辨率为1.3cm。选用光电倍增管(PMT)作为系统的探测器,结合跨阻电路与有源滤波器的电路方案,系统实现5×10^(5)V×A^(-1)电流增益,其电路带宽为100k Hz,时间分辨率达到10μs。初步实验结果表明,系统可以监测到J-TEXT中等离子体MHD不稳定性放电中CV分布的变化。