聚变装置真空系统远程泄漏检测方法研究

磁约束核聚变装置真空室具有体积较大,法兰连接和焊接结构多,内部水冷管道较长等特点。在热应力、电磁力以及中子辐照的共同作用下,真空室存在较大的泄漏风险。未来的托卡马克装置将涉及氚运行工况,考虑到核辐射对人体的影响,传统的真空室泄漏检测方法在氚运行工况下已不再适用。提出了基于真空羽流效应的托卡马克真空室内部泄漏检测方法和基于分子屏差分作用的托卡马克管道泄漏检测方法,分别用于托卡马克真空室内部水冷管道泄漏和外部窗口管道泄漏的检测和定位。实验结果表明,二者能够准确地检测出真空室内部水冷管道发生的泄漏和真空室连接的外部窗口管道发生的泄漏,并可以实现较为精确的定位,为未来涉及氚运行工况的托卡马克装置的检漏提供了新的方案。     

反场箍缩装置KTX真空室结构稳定性分析

KTX为中国科学技术大学在建的反场箍缩实验装置,在同类装置之间,其参数介于美国MST和意大利的RFX之间。KTX真空室壁厚仅为6 mm,属于非标准环形薄壳结构,其结构的稳定性分析是确定结构设计是否合理的关键因素。本文利用有限元的方法,对KTX真空室结构进行了线性和非线性屈曲分析。得到了两种情形下应力和变形加载曲线。通过对计算结果的对比和分析,验证了目前真空室结构的稳定性符合要求,并具有一定的安全裕度。     

S-1球马克的实验近况

受控核聚变研究目前的重点除了努力在托卡马克类装置中达到点火外,就是探索实现受控核聚变的新途径。美国普林斯顿大学的 S-1球马克就是一个不同于托卡马克的新型的磁约束装置。S-1球马克装置的真空室的直径为320厘米,体积为9650升,     

盒形不锈钢真空室壳体设计与制造

盒形壳体的真空室适宜于卧式中小型真空设备,其壳体的设计与制造是人们关注的问题之一。以离子镀膜设备中的真空室的壳体为例,叙述了盒形壳体结构的强度计算;根据壳体的气密性及加工工艺性的优劣,详细介绍了焊缝结构的设计,并逐条分析了影响焊缝质量的因素;最后,从材枓下料、机加工、焊接、检漏诸方面,着重介绍了盒形壳体的制造工艺.     

CFETR窗口领圈电子束焊接真空室设计

CFETR窗口领圈具有非常复杂的三维结构,由于其尺寸庞大,在窗口与领圈焊接完成之后不能进行整体加工,因此,要求领圈的焊接具有变形小,焊接精度高,焊接质量可靠等特点。真空电子束焊接作为一种微变型的高能束焊接方法,能够保证真空室领圈的焊接质量,因此,将搭建一套真空电子束焊接系统用于真空室窗口领圈焊接。真空电子束焊接系统由真空室、电子束焊枪、运动系统、抽气系统等主要部件组成。真空室尺寸为6×5×5m,其工作稳定性非常重要,因此本文对真空室结构进行了设计,通过ANSYS有限元分析软件对其工作状态进行了模拟分析校核,并对此真空抽气系统的抽气时间进行了详细的计算。其结果为真空室的设计和真空抽气系统设计提供了参考。     

HT—7托卡马克装置的外真空室改造设计

ＨＴ－７超导托卡马克装置是我国第一台具有超导环向场磁体系统的专用于进行核聚变科学研究实验的大型科学研究设备。它的最主要的结构特点是多层嵌套结构,外真空室是ＨＴ－７装置的多层嵌套结构的最外一层,它的密封性能和结构的可靠性对于整个装置具有决定性的影响。所以,确定密封结构和选择密土间外真空室改造设计的关键问题。     

负离子源测试平台真空室结构设计及优化北大核心CSCD

负离子源测试平台是用于开展未来磁约束聚变装置中性束注入系统负离子束源性能研究的测试装置。研究分析了负离子束源性能特征及测试方法,基于测试平台工程及物理设计需求,完成了国内首台以盒形壳体作为结构模式的大功率负离子源中性束注入系统(Negative ion based Neutral Beam Injection system,NNBI)束源测试平台真空室的结构设计及重要部件的集成。运用ANSYS Workbench软件建立有限元模型,数值分析了真空室结构静态力学特性,得到了应力与变形分布规律,并通过应力线性化分类处理与响应面的方法分别进行了各类应力评估和束线真空室变形最大的后端封头的结构优化。结果表明:真空室的结构强度与变形量均满足工程设计需求,优化后的封头变形幅值显著降低,为负离子源测试平台的集成设计优化与研制奠定了基础,具有工程应用价值。     

CFETR真空室焊接接头力学性能分析

研究分析了中国聚变工程实验堆(CFETR)对真空室焊接的焊缝接头机械性能要求及本征特点,应用ANSYS软件建立了考虑热影响区的焊接接头有限元模型,数值分析了焊接接头结构参数与接头整体力学性能的关系,并基于窄间隙钨极氩弧焊制作了焊接试件,进行了性能测试和显微组织形貌实验。结果表明,试件未出现热裂纹和未熔合等缺陷;窄间隙钨极氩弧焊热输入较小,热影响区晶粒长大不明显,未出现明显软化,其宽度对提高焊接接头整体强度影响最大。阐释了焊接接头结构的力学特征及形成机制,为聚变堆真空室焊接接头结构设计和焊接工艺的优化提了供理论依据。     

“聚变装置中真空与低温技术”专刊序言

<正>聚变能具有燃料丰富、清洁、安全性高、能量密度大等突出优点,被视为终极能源。当前可控核聚变主要包括磁约束及惯性约束两个重要方向。真空与低温技术是聚变能开发的重要支撑技术,真空系统主要为聚变等离子体提供清洁的高真空环境,直接影响高温等离子体的品质,也为超导磁体等的正常运行提供真空绝热条件,同时满足燃料加注及排出功能;低温系统主要为聚变装置超导磁体提供低温环境,满足超导磁体通电运行的需求,同时为真空系统所需的低温泵、燃料靶丸的冷凝等提供低温冷却手段。随着可控核聚变商业化应用进程的加速,装置尺寸、磁场强度、等离子体参数将进一步提高,对真空的获得、弹丸加料和低温的运行与维持能力等都提出了更高的要求,亟需进一步开展聚变装置中的真空与低温相关技术研究,为未来聚变堆稳态高参数运行保驾护航。     

核聚变装置放电真空室材料的要求和发展

通过回顾托马克构核聚变实验装置的发展历程和放电真空室及内部部件材料的运用历史,联系近些年国内外一些托马克装置的最新实验结果,对不锈钢、钛合金、纤维增强的复合材料在放电真空室上的应用进行展望,为未来核聚变实验装置的工程设计和材料选择提供了依据。     

聚变核能实验中的超冷悬浮偶极子

美国麻省理工学院和哥伦比亚大学联合设计出一套悬浮偶极子试验装置（LDX）,这一装置可创造出核聚变所需条件。LDX由特冷超导磁体构成,其尺寸和外形颇类似于一辆大型载重车的轮胎。当反应堆工作时,半吨重的磁体在巨大的真空室中悬浮起来,一个强力磁体在反应室上方将其提升于半空。     

低温波荡器超高真空系统研制

在高能辐射同步光源验证装置(HEPS-TF)阶段,研制了一台低温永磁波荡器(CPMU)样机,周期长度为13.5 mm.低温波荡器的磁结构放置在真空室中,存在大量的材料出气与夹气,为了提供束流正常运行所需的超高真空环境,研制了波荡器的超高真空系统.首先估算了波荡器的放气率、放气量,并根据指标要求计算了真空系统所需的有效抽...     

用于HT80厚板输水管道的低匹配焊条

本研究旨在确证:采用低匹配焊条是不是能够有效地降低防止現场焊接HT 80厚钢板的输水管道焊缝开裂所需的予热温度。本研究包括低匹配焊缝连接和超匹配焊缝连接的焊接裂缝试验和接头性能试验。在高湿度的气氛中(这在输水管道的现场焊接中是常常遇到的),焊接裂缝试验的结果表明:用低匹配的AWS E9016 G型焊条代替超匹配的AWS E11016 G型焊条可降低所需的予热温度。在比输水管的最低使用温度稍低的温度下进行焊接宽板拉伸试验,试验表明,低匹配的和超匹配的焊缝连接件在接头强度和接头延性上未呈现出明显的差别。根据这些试验结果,研制了防潮的、名义抗拉强度为65公斤/毫米~2的超低氢型低匹配焊条来满足输水管道环形焊接接头所要求的諸设计条件。本研究表明新型焊条,由于它的防潮性和超低氢的特性,使所需的予热温度比用工业用E9016 G型焊条时降低几十度(摄氏)。     

简述压力容器磁粉检测常见的几个问题

本文主要阐述了磁轭法检测小径管对接焊缝、焊接坡口、管板角焊缝和T型接头焊缝时存在的几个比较常见且不容易被发现的问题。采用磁轭法检测小径管对接焊缝时,可能会漏检焊缝上的纵向缺陷,检测管板角接头焊缝和T型接头角焊缝检测时,可能存在磁轭间距过大,检测焊接坡口时,采用检测方式不合理等问题。     

CFETR VVPSS中爆破片优化设计与疲劳分析

为了应对泄漏事故下真空室内的过压情况,防止腔室内相关组件的过压损害,设计了真空室超压保护系统(VVPSS)。VVPSS是利用泄放装置(爆破片组件和泄压阀组件)泄放过压气体。考虑CFETR真空室内部布置的大量冷却管路,一旦发生严重的泄漏事故需要采用大直径爆破片在短时间内泄放大量过压气体。而国内的生产商无生产大尺寸爆破片的经验,所以大尺寸爆破片的研究工作迫切需要进行。本文简要描述了真空室超压保护系统的总体工程设计;为了方便快速拆装,满足遥操作的要求,开展了爆破片组件设计;利用有限元分析方法(FEM)研究了爆破片的厚度、圆角半径和缝宽对其爆破性能的影响,获得了符合设计要求的爆破片尺寸;同时针对使用寿命要求,对爆破片进行疲劳分析研究,获得目前爆破片结构使用寿命,分析结果满足设计要求。     

CFETR VVPSS中爆破片优化设计与疲劳分析北大核心CSCD

为了应对泄漏事故下真空室内的过压情况,防止腔室内相关组件的过压损害,设计了真空室超压保护系统(VVPSS)。VVPSS是利用泄放装置(爆破片组件和泄压阀组件)泄放过压气体。考虑CFETR真空室内部布置的大量冷却管路,一旦发生严重的泄漏事故需要采用大直径爆破片在短时间内泄放大量过压气体。而国内的生产商无生产大尺寸爆破片的经验,所以大尺寸爆破片的研究工作迫切需要进行。本文简要描述了真空室超压保护系统的总体工程设计;为了方便快速拆装,满足遥操作的要求,开展了爆破片组件设计;利用有限元分析方法(FEM)研究了爆破片的厚度、圆角半径和缝宽对其爆破性能的影响,获得了符合设计要求的爆破片尺寸;同时针对使用寿命要求,对爆破片进行疲劳分析研究,获得目前爆破片结构使用寿命,分析结果满足设计要求。     

磁约束核聚变托卡马克等离子体与壁相互作用研究进展

核聚变能是潜在的清洁安全能源,其最终的实现对中国能源问题的解决尤其重要。磁约束托卡马克是目前最有可能实现受控热核聚变的方法。磁约束聚变能的实现面临两大瓶颈问题:高参数稳态等离子体物理问题和托卡马克装置及未来反应堆关键材料问题。其中关键材料问题的解决在很大程度上取决于我们对等离子体与壁材料相互作用(Plasma-Wall Interactions,PWI)过程和机理的深入理解。PWI现象主要发生在托卡马克磁场最外封闭磁面以外的边界等离子体(又称为刮削层,Scrapped-Off Layer,SOL)和直接接触SOL的面对等离子体材料(Plasma-Facing Materials,PFM)区域内。因此,PWI问题直接决定了聚变的装置运行安全性、壁材料部件研发进程和未来壁的使用寿命。弄清PWI的各种物理过程和机理并施以有效的控制,是未来核聚变能实现的重要环节之一。对PWI国内外研究现状进行了详细的总结评述,并阐述了PWI的未来发展趋势和亟待解决的问题。     

箱型梁隔板熔嘴电渣焊施工技术

本文以上海某人行天桥箱型截面梁内隔板电渣焊焊接技术为例，介绍箱型结构内隔板熔嘴电渣焊的结构装配、焊前准备、焊接工艺、焊后检验等工序；实践证明，采用如下技术和焊接规范，能够保证焊缝熔透，满足UT检查标准，各项性能完全能符合规范和设计要求。     

CFETR内真空室4.5 K大抽速低温冷凝泵的设计

及时抽除进入内真空室的中性粒子,达到等离子放电所需的真空度,对于维持中国聚变工程实验堆(CFETR)的稳定运行至关重要。本文针对CFETR内真空室粒子负载和抽气性能要求,设计了一种实验堆专用4.5 K大抽速低温冷凝泵。通过计算冷凝泵在偏滤器开口处的有效抽速,确定了冷凝面积。通过对低温板和热屏蔽罩稳态运行时的热负荷计算,模拟了低温板表面的温度场分布,验证了所设计冷凝泵的可行性。最后根据内真空室的抽气特性,确立了低温冷凝泵机组的总体布局和运行方案。4.5 K大抽速低温冷凝泵的设计为后续实验堆的研发设计提供了理论依据和技术支持。     

大面积Inconel625薄壁双面肋加强板爆炸焊接研究

中国新型核聚变实验堆HL-2M的真空室需要一种内含密闭流体通道的inconel625薄壁双面肋加强板,其难以采用常规加工工艺制备。本文在爆炸焊接装药参数计算与优化、复合支承模板设计、模板设置与脱模技术、双面分步爆炸焊接和应力退火工艺等方面开展试验研究,成功制备了该双面肋加强板,并对其进行了显微金相、电镜扫描、显微硬度检验和力学试验。检验结果表明：结合界面附近金属组织晶体细密,实现了冶金结合;界面的剪切强度超过母材的强度;界面附近组织的显微硬度明显提升。