聚变堆中性束注入系统的电偏转器概念设计

中性束注入是磁约束核聚变研究重要的辅助加热和电流驱动手段.由于负离子源中性束注入系统束能量高、束斑大,电偏转已经成为剩余离子剥离的首选方案,其剩余离子剥离设备被称为电偏转器.电偏转器作为实现束流中性化的核心设备,其性能决定了中性束注入系统的工作效率.本文提出了聚变堆主机关键系统研究中负离子源中性束注入系统电偏转器的概念...     

EAST-NBI离子源电极打火分析及处理

强流离子源是EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)中性束注入器(Neutral Beam Injector,NBI)最关键的核心部件,其能达到的性能在很大程度上决定了EAST中性束注入器所能达到的指标。离子源在束引出时电极打火现象偶有发生,这对于离子源的正常运行有非常严重的影响,甚至危害离子源的寿命。本文结合离子源运行过程中的束引出实验波形和水流量热计(Water Flow Calorimetry,WFC)系统的测量数据得出等离子体发射面的束流光学系统一直处于非最佳聚焦状态是导致打火的原因,试通过优化高压投入时刻等离子体与高压的匹配,实现高压的稳定投入有效抑制打火现象的发生,并且给离子源加入硬件保护机制,为离子源安全稳定运行奠定基础。     

HL-2中性束注入器离子束系统的设计计算

在受控核聚变研究中,中性束注入已经成为加热等离子体的有效手段。中性束注入器的关键部分是离子束系统,它的性能决定了中性束注入的效率和效果。文章就大功率中性束注入器离子源及离子引出、加速系统主要工作参数的设计计算方法进行了论述,并给出了HL-2装置中性束注入器离子束系统的计算结果。在强流离子束引出、加速系统束光学特     

基于多元线性回归模型的中性束质子比分析

中性束质子比的高低对其注入等离子体后的加热效果具有重要的影响。实验中,强流离子源的灯丝电压、弧压、进气量等宏观运行参数决定了中性束质子比的大小。以东方超环中性束注入测试台束引出实验为基础,利用多元线性回归模型对引出中性束质子比进行分析,建立了影响中性束质子比的预测方程,并对该模型的正确性进行了检验。结果表明,中性束质子比可利用以灯丝电压和弧压为自变量的多元线性回归模型进行分析,灯丝电压是影响质子比的关键参数,弧压次之。     

HL-2中性束注入器离子束系统的设计计算

在受控核聚变研究中,中性束注入已经成为加热等离子体的有效手段。中性束注入器的关键部分是离子束系统,它的性能决定了中性束注入的效率和效果。文章就大功率中性束注入器离子源及离子引出、加速系统主要工作参数的设计计算方法进行了论述,并给出了HL-2装置中性束注入器离子束系统的计算结果。在强流离子束引出、加速系统束光学特性的数值计算程序中,考虑了离子源等离子体参数、等离子体弥散电子及离子束内部空间电荷效应对束光学性能的影响。计算表明,对于设定的55kev,80A的离子束系统,氢和氘离子束的匹配流密度分别为0.22A·cm~(-2)和0.155A·cm~(-2)。     

EAST中性束注入射频离子源放电模拟研究

中性束注入加热是核聚变中非常重要的一种辅助加热手段,离子源所能达到的性能决定了东方超环(Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST)中性束注入所能达到的指标。为了实现长脉冲和高功率加热的需求,采用射频离子源取代传统的热阴极离子源已成为未来离子源发展的一种趋势。本文对射频离子源的结构设计和放电特性进行了理论模拟研究,给出了线圈匝数、匝间距、驱动器尺寸、放电气压和射频功率等参数与等离子体参数间的关系,为接下来射频离子源的研制和实验奠定一定的理论基础。     

HL-2AMW级中性束注入系统弧流电源设计

中性束注入是磁约束受控核聚变实验装置中加热等离子体最有效的方法之一。针对中国环流器2号中性束大功率离子源的特点,从系统功能、主电路拓扑结构、控制硬件及控制时序等方面对弧流电源进行设计。整个电源由低位移相交流调压、高压隔离降压变压器、整流滤波和电流快速转移电路4部分组成。IGBT与电阻串联组成电流快速转移阵列电路,与离子源并联,可实现电流单次或多次快速转移、参数远程设定,有效用于强流离子束的引出和保护。选用DSP和CPLD电路技术实现低位与高位控制器。实验数据显示,该电源最大输出为200kW/1000A,纹波小于2％,开关上升下降时间达μs级。目前,该电源已安全运行3年,可靠性高,完全满足装置离子源及系统要求,也可应用于其它等离子体技术应用场合。     

基于CSS的NBI射频离子源控制程序设计

离子源是中性束注入器(Neutral Beam Injector,NBI)的关键子系统之一,根据射频离子源的实验和运行需求,本文设计了一套基于物理实验与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control System,EPICS)架构的控制程序,实现对射频离子源实验和调试过程的远程监控功能。NBI射频离子源控制程序通过集成开发平台(Control System Studio,CSS)的交互界面开发模块(Best OPI Yet,BOY)实现友好的人机交互界面,使用Jython实现界面逻辑,支持服务器/客户端和EPICS两种通信架构。程序已经上线近半年,实验表明,射频离子源控制程序具备了放电模式设置、时序幅值设置、设备状态实时监控、采集数据实时波形显示等功能,满足了射频离子源实验的远程控制和数据可视化的需求。     

大功率离子源负载端数据采集系统研制

大功率离子源是整个中性束注入装置的核心部件。离子源灯丝、弧等关键部件的运行状态对系统实验参数设定、故障判断至关重要。为了实时监控灯丝、弧的运行状态,设计了一款大功率离子源负载端数据采集系统。系统采用伏频(V/F)转换技术实现了采样信号的远程隔离传输。PXI系统和Lab VIEW将采样信号进行实时显示。实验结果表明,在直流和调制注入模式下,系统实现了离子源灯丝和弧电压的远程实时监控。     

EAST中性束注入器研制进展

EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)作为世界上第一个全超导非圆截面托克马克,其目标是研究1 000 s的长脉冲稳态运行的前沿性物理问题,要达成这一目标,必须有高功率电流驱动和辅助加热系统以实现EAST装置的高参数稳态运行。中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)加热是等离子体辅助加热和维持最有效的手段之一,为此一套注入功率4–8 MW、脉冲宽度10–100 s的中性束注入系统于2010年开工建设,并于2014年实现了对等离子体的加热和驱动。本文主要展示了EAST中性束注入器的最新进展,从长脉冲束引出和高功率束引出两个方面介绍了EAST中性束注入器综合测试台的最新实验结果,结果表明在束功率和脉冲宽度方面已经达到或超过设计指标。     

强流负离子束系统的数值模拟研究

为了辅助设计下一代受控核聚变装置所要求的高能、大功率中性束注入器,我们根据负离子-中性束注入系统的特点,建立了数值模拟负离子束系统的物理模型和计算程序,并进行了数值模拟研究。与数值模拟正离子束系统的物理模型相比,该物理模型包含了更多的物理过程,如需要利用磁场来偏转与负离子一起引出的电子,以提高系统效率;为此就必须考虑等离子体电子横越磁场的扩散并包含由离了源等离子体引出的负离子和电子在电磁场共同作用下的运动行为以及相关等离子体参数对粒子初始发射的影响;也包含了束内部空间电荷非线性力和负离子在输运过程中的剥离损失等物理现象。在进行的数值模拟研究中,对系统的几何尺寸及电磁     

表面电离离子源束引出特性

一、引言表面电离离子源在电磁同位素分离器、质谱计、离子发动机、溅射负离子源等装置中得到了广泛的应用。使用表面源(即表面电离离子源)时,总是遇到离子束的束型问题,即表面源的引出特性问题。表面源由于产生离子的机制不同于气体放电离子源,不存在等离子体“弯月面”。离子发射面是电离器表面,它是刚体,不随引出参数和引出束流的变化而变化。因此,用表面源研究透镜效应和束空间电荷的作用是十分有利的。但到目前为止,还未见到对表面源的引出特性作系统的研究。     

800keV,8电极负离子束系统的数值计算

高能量、大功率中性束注入是对大型受控核聚变装置进行等离子体加热、无感电流驱动并控制电流分布和点火燃烧温度的主要方法。由于负离子在高能量下仍具有很高的中性转换效率,基于负离子中性转换的方法已成为研制高能中性束注入器的主要手段。为此,我们对800keV、5电极强流负离子束系统进行了数值模拟研究。     

放射性核束靶源系统研究进展

一台利用HI-13串列加速器作为驱动加速器提供初级束流轰击厚靶产生放射性核束的ISOL试验装置已经建成并开展了离线实验研究。初步研究了源磁场、阳极电压、阴极电流、进气量等参数对离子源效率的影响,初步的测量结果显示,靶源系统电离、引出及传输的总效率大于0.7％,进一步提高效率的工作正在进行。     

受控聚变装置用强流负离子束系统

本文阐述了为装置对负离子－中性束系统的需求而发展的强流负离子源的主要源型,负离子产生及损失机制,以及强度,高能负离子束引出,加速系统的物理和技术特点。     

用于蓝姆移动型极化离子源的低能强流双等源

建立了用于蓝姆移动型极化离子源的双等源和低能引出聚焦系统，实验比较了等离子体出口孔径和聚焦电极之间的距离对引出束的影响，并调整了离子源的运行参数。离子束的质子比可达６０％以上，满足了极化离子源的工作要求。约有４ｍＡ低能氢离子束（５５０ｅＶ）或氘离子束（１１００ｅＶ）进入铯蒸汽电荷交换管道，在极化源上使用低能强流双等源后，可获得２００ｎＡ左右的极化质子（或氘核）束。     

基于WinCC的负离子源中性束电源状态监控系统设计

本论文设计了基于WinCC的负离子源中性束注入（NNBI）装置电源监控系统以实现对NNBI运行状态的实时监控。该系统针对多种型号PLC控制器通过单边通信和Modbus通信协议进行系统集成，以WinCC组态软件作为平台开发人机界面，为实验运行人员提供了一个操作方便、交互友好、性能稳定的系统状态监控和诊断手段，为NNBI实验稳定可靠运行提供必需的保障。     

负离子束引出与加速系统的数值计算方法

高能量、大功率中性束注入是对大型受控核聚变装置进行等离子体加热和电流驱动的有效手段。因此势必要发展在高能量下仍具有较高中性转换效率的负离子-中性束注入器。 本文根据负离子-中性束注入器中负离子束系统的特点,建立了对该系统进行数值模拟研究的基本数学模型和计算程序。系统中增加了偏转电子的磁场,这种磁场的存在破坏了束的对称性,增加了计算难度。通过数值模拟计算优化系统的电、磁场位形和束光学特性。     

基于静电探针诊断下离子源调制放电

介绍了在静电探针测量下,离子源调制放电闭环控制系统设计要求,讨论了该系统的硬件设计、软件设计及其工作原理,给出了部分实验结果.系统成功地应用于实验并获得初步实验结果,为以后中性束注入开展相关物理实验提供可靠保障.     

HL-1M 中性束注入器快速断电保护器

介绍了用于ＨＬ－１Ｍ中性束注入器电源系统中的一个快速断电保护器。它能快速探测注入器过黉，过流和打火击穿等运行故障并给出故障信号，以便快速分断电源，保护离子源和电源本身免于损坏。详细介绍了电路结构，工作原理和实验结果。保护器在强线路干扰和电磁干扰下可靠工作。