中性束注入器低温冷凝泵性能测试

中性束注入器(NBI)是一套用来产生高能带电粒子并进行中性化的设备.优良的动态真空特性是NBI获得高的束传输效率的重要保证.对布置于NBI主真空室的低温冷凝泵进行了低温抽气特性测试,结果表明,使用该泵能获得满足NBI要求的动态真空.     

EAST-NBI低温真空系统

为了产生并维持中性束生成与传输过程所要求的洁净真空压力分布环境,设计了全超导托卡马克核聚变实验装置"东方超环"(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,简称EAST)的中性束注入器(Neutral Beam Injector,简称NBI)的低温真空系统。对低温真空系统的总体布局、低温冷凝屏的结构设计、冷却方式与冷量供应、运行温度的确定等关键问题进行了详细分析。通过性能测试,验证了所设计的低温真空系统能满足EAST的NBI(简称EAST-NBI)对洁净真空压力分布环境的要求。     

基于Monte-Carlo方法模拟分析NBI真空压力分布的研究

中性束注入装置是产生高能中性粒子以加热托卡马克等离子体的装置。NBI真空压力分布是影响中性束传输效率特别是再电离损失的关键因素之一。研究分析了超导托卡马克实验装置中NBI的工作原理和结构特点,建立了EAST NBI的几何与物理模型,利用Monte-Carlo方法建立NBI主真空室内分子运动及碰撞的数学模型,并运用Matlab软件编程实现对NBI主真空室内真空压力分布的模拟计算,得到主真空室内三段区域在进气过程中的气体分子三维分布图和平均压力变化曲线。研究可为EAST NBI主真空室内的中性化室、偏转系统、低温抽气系统的结构设计提供指导。     

基于M-C方法模拟分析NBI真空压力分布的影响因素

中性束注入装置(Neutral Beam Injector,NBI)是产生高能中性粒子束用以加热托卡马克等离子体的装置.NBI真空压力分布是影响中性束传输效率特别是再电离损失的关键因素之一.本文研究分析了HT-7托卡马克NBI实验装置的工作原理和结构特点,利用Monte-Carlo方法建立NBI实验装置主真空室及飘移管道内分子运动及碰撞的相关模型,并进行编程实现对NBI实验装置真空压力分布模拟计算.模拟计算和实验结果表明:主真空室低温冷凝泵抽速为4×105L/s时,主真空室压力在脉冲充气过程中维持在10-3Pa量级;飘移管道低温冷凝泵抽速为4×104 L/s时,飘移管道压力维持在10-4Pa量级.文章的结论为中性束传输过程中再电离损失的研究提供了理论依据.     

用于中性束注入器的4．2K液氦低温冷凝泵的设计

在中性束注入器的研制中，大抽速低温泵的设计是其中非常重要的一部分。本文结合中性束注入器对真空系统的要求，介绍了中性束注入器真空系统的构成，并以布置于中性化室部位的低温泵为例，详细阐述了用于中性束注入系统的低温泵的结构设计以及抽速确定、冷凝面积确定等关键问题，成功设计了一套完全满足中性束注入系统对动态真空度要求的低温泵。     

HL-2A装置中性束注入器高抽速钛泵及其实验运行分析

针对中性束注入等离子体加热过程中的高真空条件要求,借助于国际合作方式,我们为HL-2A 装置中性束注入器设计了一种大吸附面积的高抽速钛泵系统.钛泵系统抽速设计值为30万L/s,由两台大泵和一台小泵组成,两台大钛泵分别置于注入器主真空室左右两侧,小钛泵置于注入器副真空室右侧.运行实验结果表明,钛泵完全满足HL-2A中性束注入实验的要求.本文主要介绍了钛泵的工程设计和实验运行结果,简要分析了HL-2A装置中性束加热系统高抽速钛泵的运行特点.     

用于中性束注入器的4.2 K液氦低温冷凝泵的设计

在中性束注入器的研制中 ,大抽速低温泵的设计是其中非常重要的一部分。本文结合中性束注入器对真空系统的要求 ,介绍了中性束注入器真空系统的构成 ,并以布置于中性化室部位的低温泵为例 ,详细阐述了用于中性束注入系统的低温泵的结构设计以及抽速确定、冷凝面积确定等关键问题 ,成功设计了一套完全满足中性束注入系统对动态真空度要求的低温泵。     

中性束注入器低温冷凝泵抽气性能测试平台的研制

中性束注入器用液氦低温冷凝泵抽气性能的主要影响因素是低温冷凝抽气面温度,单位时间进气量和被冷凝的气体总量.本文采用流量计法抽速测试装置;同时依据液氦温度与其饱和蒸汽压之间的变化规律,系统中采用了氦气出气压力控制单元,通过调节液氦杜瓦内压力改变液氦的温度从而实现控制液氦低温冷凝面温度;且采用压电晶体阀对单位时间进气量以及被冷凝气体总量进行精确控制;使用ZJ-12型B-A规测量测试装置内真空度.设计了仿真中性束注入器用的低温冷凝泵的测试泵,对其进行ANSYS热力学分析,从而计算出该泵的低温冷凝面积.加工组装了测试平台,并在中性束注入器的工作条件下进行实验,得到测试泵的对氢抽速为940 L/s,表明该系统能够满足测试要求,为中性束注入器低温冷凝泵设计提供实验和理论依据.     

基于M-C方法的EAST-NBI束流输运空间气体粒子分布模拟

中性束注入器(Neutral Beam Injector,简称NBI)是产生高能中性粒子辅助加热托卡马克(EAST)等离子体和驱动电流的装置。基于EAST-NBI装置,应用稀薄气体动力学理论研究分析了EAST-NBI束流输运空间气体粒子物理行为及特征,建立EAST-NBI束流输运空间物理模型,采用蒙特卡罗(M-C)方法及Matlab软件对EAST-NBI束流输运空间气体粒子进行三维编程数值计算模拟,得到EAST-NBI束流输运空间气体粒子分布规律及真空压力呈梯度分布规律。经NBI实验运行验证,吻合NBI实验运行工况,且实现了其真空低温系统的差分功能。为EAST-NBI装置关键部件的结构设计和优化提供工程经验。     

NBI低温冷凝泵液氦杜瓦的热力分析与工程设计

降低中性束注入器低温冷凝泵的LHe消耗率,是进行低温冷凝泵设计时应考虑的核心问题之一。通过对NBI低温冷凝泵的LHe杜瓦进行热力分析,确定了影响杜瓦内LHe蒸发率的关键参数。探讨了降低LHe蒸发率的措施,依此确定了在工程设计中为达到减小LHe蒸发率、提高泵运行经济性可采用的结构形式。     

HL-2A中性束注入器送气实验

为满足HL-2A中性束加热的需求,我们为HL-2A的NBI注入器研制了脉冲送气回路及其控制系统,系统的核心流量控制部件为PEV-1压电晶体阀,主要是根据气压测量结果调整压电阀电源输出脉冲电压波形来控制压电阀的流导.为克服了压电阀性能参数离散,对不同离子源的送气回路进行了单独标定.送气实验结果表明,离子源放电室气压控制精度达到了0.05Pa,通过调整不同压电阀电源输出波形,减小了束线4个离子源送气回路之间相互影响,得到了平稳的离子源工作气压.     

Ten years of ELETTRA vacuum system experience

In 2003 ELETTRA celebrates 10 years since the first beam accumulation. Its vacuum system was designed to maintain a pressure lower than 5×10⁻⁹ mbar during machine operation, because UHV conditions are necessary to reduce the gas bremsstrahlung and the elastic Coulomb gas scattering in order to obtain a long beam lifetime. The evolution of the vacuum system and the performance of its components will be summarised. Moreover, the main vacuum malfunctions and their impact on accelerator operation will be described in detail. In particular, welded bellows, ageing of the vacuum control system, and human mishandling were identified as the most common causes of the vacuum system failures. In order to obtain a more reliable and efficient vacuum system, some changes were made to the maintenance procedures, the recovery strategies after vacuum faults, the design of some vacuum components and the pumping strategies. The experience in managing the ELETTRA vacuum system will be discussed.     

基于PLC现场总线通讯的NBI真空测量与控制系统设计

针对拟建的NBI综合测试平台,设计了真空测量与控制系统,介绍了系统的结构及功能。根据系统要求及操作规范,以PLC作为控制核心,梯形图作为编程语言,触摸屏作为人机界面,组建了完整的控制系统,以实现自动运行。上位机的组态软件通过RS485总线通讯实现真空系统的自动控制以及真空度的在线实时监测与显示。该控制方案具有硬件简单可靠、组态灵活、软件运行稳定的特点,能够满足NBI对辅助抽气系统的真空测量与控制的要求。     

液氮温度下JX-6型椰壳炭的性能测试

活性炭是NBI低温吸附泵吸附面的关键组成部分,其性能是决定NBI低温泵抽气性能的关键因素之一.本文选取JX-6型椰壳活性炭,用全自动比表面积及孔径分析仪(ASAP2020)在液氮温度下对其性能进行了测试,并对实验数据进行了分析.实验结果表明,该活性炭具有良好的孔隙结构和较强的吸附性能,其最大吸附量达到252 cm3/g STP.为进一步研究NBI低温泵的低温吸附抽气提供了理论依据.     

PV-10型真空压电阀门性能测定实验

压电晶体阀是真空充气系统中一种微流量充气阀门。它具有流量小、开启快、可以远程控制等优点．但压电阀门的进气量难以用函数的方式准确描述．而且随着使用时间的增长往往有改变。本文介绍了一种PV—l0型阀门的性能测定方法和结果，为HT-7托卡马克聚变装置中性束注入器系统离子源和中性化室充气量确定提供了参考数据。     

Gas dynamics modelling for particle accelerators

Design of an accelerator vacuum chamber requires an input from different scientific disciplines such as surface science, material science, gas dynamics, particle beam dynamics, and many others. Although vacuum scientists work on the boundary field between these disciplines, gas dynamics is the one that allows joining them to the vacuum science for particle accelerators. The vacuum requirements (usually UHV or XHV) in particle accelerators are defined by beam-gas interactions that should be negligible compared to other phenomena that limit the quality of the beam. At such low pressures the main source of gas in the vacuum chamber is a molecular desorption from materials used for the vacuum chamber and its components. The outgassing rates vary over a very wide range and depend on material, cleaning procedure, treatments, temperature, bombardment by particles and accumulated irradiation dose. The gas dynamics is used to design the research facilities to accurately measure and to study outgassing rates at different conditions. By applying these data to the accelerator vacuum design, one would have to consider that outgassing is often non-uniform and changes with time with different functions. The most time-efficient way of beam vacuum optimization is using a 1D diffusion model where all parameters are defined as a function of longitudinal coordinate (along the beam path). A full 3D modelling with TPMC codes provides much more accurate results, however, being time consuming work is not ideal for pumping and design optimization and is used for complex components and for finalized design.     

EBW-真空抽气系统设计

大抽速的真空抽气系统是大型电子束焊接设备(electron beam welding,EBW)中必不可少的组成部分。本文介绍了一个大型电子束焊设备中真空抽气系统的组成及其设计思路、方法,并对此真空抽气系统所能得到的本底真空度、工况真空度以及各阶段的抽气时间进行了详细的计算。为大型真空设备的研制提供一个有益的思路和便捷的方法。