EAST弹丸注入系统及其工程调试

超导托卡马克(EAST)弹丸注入系统能够连续制备和发射多颗弹丸,其能够在连续100 s的弹丸发射过程中保证可靠性大于99.6％.弹丸形状为直径2mm,长度2mm的圆柱体,注入频率1～ 10Hz,注入速度150～300 m/s可调.目前,弹丸注入系统已经安装在EAST装置上,经过台面测试和联机调试,证明系统性能可靠.本文主要介绍了弹丸注入系统的组成、原理、调试以及相关弹丸注入等离子体改变其行为的实验结果.     

EAST高频弹丸注入装置真空系统设计

EAST高频弹丸注入装置主要用于完成EAST托卡马克装置的加料和边界局域模(ELM)实验研究。注入器主体部分已经完成构建,为了使系统安全连接到EAST装置,需要设计一套对应的真空系统。高频弹丸注入装置真空系统采用了全新的设计,在注入器主体上连接三个缓冲室,将推进气体及时抽走,降低成冰室压强以此提高成冰质量。注入器与EAST装置通过两级差分系统连接,进一步降低装置压强至5×10-4Pa量级,完成与EAST的安全连接不影响正常放电。     

等离子体破裂防护快速充气阀性能研究

托卡马克装置在放电过程中经常会发生破裂现象.破裂会对装置造成很大的危害.为了满足在实验先进超导托卡马克(EAST)装置上开展高压气体注入来缓解等离子体破裂研究的需求,基于涡流驱动的等离子体破裂防护快速充气阀已经在中科院等离子体物理研究所研制成功,该阀的成功研制为在EAST上面开展高压气体注入来缓解等离子体破裂研究提供了有效的工具.为了更加精确地测量快阀的响应时间并对其流量进行标定,搭建了基于磁栅尺的测试平台来测量快阀的响应时间,并编写了相应的测试程序,测试结果表明快阀得到触发信号后在0.5ms时间内就可以开启,其流量可以从0～70000PaL之间方便进行调节,其响应时间及流量完全可以满足等离子体破裂防护对充气系统的要求.     

HT-7托卡马克氘丸注入实验研究

简要介绍了用于国家中型超导托卡马克装置HT-7弹丸注入系统;详细阐述了在HT-7装置首次用于加料实验的氘(D2)丸的成冰工艺、氘丸注入实验以及氘丸注入对等离子体产生的影响;研究了等离子体的密度、温度的分布变化。     

HT—7托卡马克氘丸注入实验研究

简要介绍了用于国家中型超导托卡马克装置HT-7弹丸注入系统;详细阐述了在HT-7装置首次用于加料实验的氘（D2）丸的成冰工艺、氘丸注入实验以及氘丸注入对等离子体产生的影响;研究了等离子体的密度、温度的分布变化。     

四极质谱计在超导托卡马克装置上的应用

四极质谱计广泛用于托卡马克装置上,用来监测聚变装置的真空品质,为真空系统的状态提供判断依据。本文介绍了四极质谱计在全超导非圆截面托卡马克装置(EAST)上的多种应用,为聚变装置的第一壁处理和聚变过程中多种残余气体成分含量变化提供数据。实验证明四极质谱计是EAST装置真空系统运行、等离子体与器壁相互作用研究过程中一种较为基础的测量工具。     

挤压式旋转切割弹丸注入器

阐述了合肥弹丸注入器的工作原理，结构特点及液氮冷冻下ＣＨ４弹丸的制造和发射实验。结果表明，该注入器可产生Φ１ｍｍ×１ｍｍ、速度约４５０ｍ／ｓ的弹丸，离散度小于±０．３，弹丸重复性及完整性较好。     

基于中性束注入的EAST托卡马克束发射光谱诊断研制

介绍了实验超导托卡马克(EAST)装置上束发射光谱(BES)诊断的研制工作和初步实验结果。本诊断探测器采用的是有128道探测通道的S8550APD相机,以水平方向16道极向8道的矩形方式排列。通过一套中心波长为659.33 nm,半高宽为1.59 nm的带通三腔干涉滤波片将信号从背景Dα谱线和C杂质辐射中提取出来。本系统以2 MHz的时间分辨率和1~3 cm的空间分辨率在等离子体小截面上获取一个长宽分别为20 cm和10 cm的等离子体的密度涨落二维分布。通过改变诊断系统的观察角,可以获取从芯部到边界等离子体的整个小截面的二维密度涨落分布。本论文还给出了该诊断系统关键部件滤波片的测试结果和最近一轮EAST放电实验中测得的等离子体密度涨落在低约束模——高约束模转换中的变化,验证了EAST托卡马克上的BES诊断系统研制的成功。     

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。     

高压气体驱动锂球弹丸混合注入系统的研发北大核心CSCD

高压气体注入及弹丸注入是进行等离子体破裂缓解的最常用的两种杂质注入方式,这两种杂质注入方式在单独应用于等离子体破裂防护方面都存在一定的缺点,都不足以完全满足未来ITER等核聚变装置进行等离体破裂缓解的需求。为了整合两种杂质注入方式的优点,同时为了弥补两者在等离子体破裂缓解应用方面的补足,我们研发一套高压气体推进锂球弹丸混合注入系统,该系统实现了锂球弹丸及高压气体的同时混合注入,高压气体可以被注入到等离子体边界区域,而锂球弹丸在高压气体推动下可以实现几百米每秒的注入速度,可以注入到等离子体芯部区域,因此可以实现等离子体芯部和边界的多点同时冷却,有可能进一步增强等离子体与杂质的混合效率,进而有可能提高破裂缓解效果,其在破裂缓解方面的优越性将在2018年的EAST物理实验中进行进一步验证。通过平台标定,在0.6 MPa工作气压时,测试弹丸的最大速度可以达到250 m/s,在1.1 MPa工作气压时,测试弹丸的速度可以达到350 m/s,而在1.5 MPa工作气压时,测试弹丸的速度最大可以达到400 m/s,通过提高工作气压可以实现更高的弹丸注入速度。该系统的成功研发一方面为EAST开展等离子体破裂缓解研究工作提供了更加有效的杂质注入工具,另外一方面,相关技术突破及物理研究也可以为未来ITER开展相关研究提供借鉴。     

高压气体驱动锂球弹丸混合注入系统的研发

高压气体注入及弹丸注入是进行等离子体破裂缓解的最常用的两种杂质注入方式,这两种杂质注入方式在单独应用于等离子体破裂防护方面都存在一定的缺点,都不足以完全满足未来ITER等核聚变装置进行等离体破裂缓解的需求。为了整合两种杂质注入方式的优点,同时为了弥补两者在等离子体破裂缓解应用方面的补足,我们研发一套高压气体推进锂球弹丸混合注入系统,该系统实现了锂球弹丸及高压气体的同时混合注入,高压气体可以被注入到等离子体边界区域,而锂球弹丸在高压气体推动下可以实现几百米每秒的注入速度,可以注入到等离子体芯部区域,因此可以实现等离子体芯部和边界的多点同时冷却,有可能进一步增强等离子体与杂质的混合效率,进而有可能提高破裂缓解效果,其在破裂缓解方面的优越性将在2018年的EAST物理实验中进行进一步验证。通过平台标定,在0.6 MPa工作气压时,测试弹丸的最大速度可以达到250 m/s,在1.1 MPa工作气压时,测试弹丸的速度可以达到350 m/s,而在1.5 MPa工作气压时,测试弹丸的速度最大可以达到400 m/s,通过提高工作气压可以实现更高的弹丸注入速度。该系统的成功研发一方面为EAST开展等离子体破裂缓解研究工作提供了更加有效的杂质注入工具,另外一方面,相关技术突破及物理研究也可以为未来ITER开展相关研究提供借鉴。     

HL-2A装置挤压切割弹丸注入器及其工程调试

与俄罗斯培林实验室共同研制的挤压切割弹丸注入器现已研制完成并安装在HL-2A装置上。该弹丸注入器一次能制备和发射40粒弹丸,注入频率高达30 Hz,弹丸直径1.3 mm,长度1.3~1.7 mm可调,注入速度150~800 m/s。本文主要介绍了挤压切割弹丸注入器的构成、工作原理及工程调试结果,并给出了HL-2A装置上的加料实验结果。     

HPI弹丸注入器

叙述了HPI弹丸注入器的结构特点、工作原理及液氮冷凝条件下甲烷弹丸的制造及发射实验。结果表明，该注入器产生的弹丸具有较好的重复性和完整性，并且在整个弹丸制造、加速及传输过程中质量损失极少。目前已得到速度约450m／s，散角小于0．3°的φ1mm×1mm圆柱体甲烷弹丸。     

HL—1装置弹丸发射器的设计

弹丸注入是一项新兴的聚变加料技术,它的应用对等离子体的密度控制,改善粒子和能量约束都产生了良好效果。介绍了用于 HL-1托卡马克加料实验的弹丸发射器工作原理.结构特点和技术难点,对有关参数作了简单估算。发射器采用气动发射技术。主要指标;弹丸尺寸φ1.1×1.1mm,丸速500-750m/s,贮量150粒;工作频率0—5Hz;推进气体 H_2;推进气压10-30kgf/cm~2,制剂 He;稳态液氦耗量0.5t/h。     

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。     

HL—1M装置的八发弹丸注入系统及工程实验

八发弹丸注入系统自１９９６年投入ＨＬ－１Ｍ（中国环流器新一号）托卡马克加料实验并成功实现Ｈ２弹丸的八发连续注入等离子体。描述了此系统及其在液氮和液氦条件下分别以ＣＨ４和Ｈ２为丸料气的工程实验。压力高于５ＭＰａ的Ｈｅ为推进剂,弹丸速度达８００－１０００ｍ／ｓ。     

EAST超导托卡马克装置真空抽气系统

真空系统在EAST全超导托卡马克装置中是非常重要的组成部分,它主要由内真空室抽气系统和外真空室抽气系统组成。内真空室抽气系统主要由主抽系统、偏滤器抽气系统、低杂波抽气系统组成,主要为等离子体的稳定运行提供清洁的超高真空环境;外真空室抽气系统主要由主抽系统、电流引线段抽气系统及低温阀箱抽气系统组成,主要为超导磁体的正常运行提供真空绝热条件。EAST真空抽气系统经过三轮物理实验的不断改造和完善,目前基本满足了等离子体物理实验的需要。     

EAST锂化系统的优化及其对等离子体性能的影响

为提高锂膜在先进实验超导托卡马克(EAST)内真空室器壁上的均匀性,从而提高锂膜对再循环的控制,对杂质的抑制能力,优化设计了新型三孔蒸发型坩埚,并成功的用于锂化壁处理实验。实验表明,锂膜在内真空室器壁上更加均匀,坩埚附近没有出现明显的锂膜起皮现象,下石墨偏滤器得到有效的覆盖。锂膜均匀性的提高,有效的提升了初次锂化壁处理对控制再循环,抑制杂质的能力,同时也延长了锂膜的寿命。为了恢复内真空室第一壁上退化锂膜的性能,优化设计了一套新型炮间锂化系统。新型炮间锂化系统成功在等离子体放电间隙开展了锂化壁处理,挡板开启后,锂蒸气成功注入到内真空室中,有效地抑制了等离子体放电中的再循环水平、杂质含量及总辐射功率。     

超导托卡马克EAST限制器材料的腐蚀与沉积的研究

在磁约束聚变实验装置托卡马克中,第一壁材料直接面对高温等离子体,承受高能粒子的轰击。随着聚变装置等离子体存在时间的延长及辅助加热功率的增加,第一壁材料腐蚀和沉积将会越来越严重。材料的腐蚀一方面会污染等离子体影响聚变等离子体的品质,另一方面将危害装置的安全运行。为了提高材料的物理和化学溅射阈值,超导托卡马克东方超环(EAST)装置上选用掺杂碳化硅涂层石墨作为第一壁材料。本实验通过离子束表面分析方法,研究了EAST装置中限制器石墨材料的腐蚀与沉积特性,结果显示在累计大约36000s的等离子体实验中,安装在限制器上的标记瓦块近1μm的碳涂层基本被腐蚀,其腐蚀速率超过0.0278 nm/s。     

EAST低温系统俄制氦透平膨胀机维修改进与测试

EAST氦低温系统是EAST( Experimental Advanced Super-conducting Tokamak)先进超导托卡马克实验装置重要子系统之一,4台不同进口参数的氦透平膨胀机又是EAST氦低温系统的核心部件,4种类型的氦透平膨胀机全是俄罗斯进口的氦透平膨胀机,其启动过程稳定差,易损坏.主要对俄制损...