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。     

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     

强流负离子束系统中电子偏转磁场分布的计算

在大型受控核聚变装置所要求的高能、大功率负离子-中性束注入器的负离子束系统中,对伴随负离子引出和由负离子剥离产生的电子的有效抑制是提高系统效率的关键之一。通常利用系统的引出电极内埋置的永磁体产生合理的磁场位形将电子在低能下偏转、吸收,而又极小影响负离子束的光学特性。为此,必须计算出磁场分布,进而求得在系统电、磁场综合作用下电子和负离子的轨迹,并通过数值模拟计算优化系统电磁场位形和束光学特性,为辅助设计负离子-中性束注入器的强流负离子束系统提供参考依据。     

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)。     

300keV,5电极负离子束系统的数值模拟研究

根据负离子-中性束注入器中强流负离子束引出、加速系统的特点,建立了为辅助设计强流负离子束系统而对其进行数值模拟研究的模型和计算程序,计算了负离子束和伴随引出的电子束在系统电、磁场共同作用下的运动行为,研究了系统束流密度、负离子初始温度以及负离子剥离损失和末电极孔位移等相关参数对负离子束光学特性的影响,并对系统的电、磁场位形进行了优化。对300keV,5电极负离子束系统的初步优化结果表明:该系统磁场可将伴随引出的电子束在低能下偏转到作为电子接收极的引出电极上;对引出流密度为21mA·cm~(-2)的H~-离子束,当H~-离子在引出区的剥离损失为20％时,由系统出射的各小束的均方根角度和85％小束的散角可分别达到0.327°和0.460°。     

300kV,5电极负离子束系统的数值模拟研究(英文)

根据用于负离子-中性束注入器的强流负离子引出、加速系统的特点,建立了负离子束系统的数值模拟模型和程序,以便辅助该系统的设计。计算了负离子束和伴随引出的电子束在系统电、磁场共同作用下的运动行为,研究了束密度、负离子初始温度和剥离损失及末电极孔位移等相关参数对负离子束光学特性的影响,优化了电、磁场位形。对 300 kV,5 电极负离子束系统的初步优化结果表明:该系统磁场可以在低能下将电子束偏转到作为接收器的引出电极上;设 H-离子在引出区的剥离损失为 20%并且引出的 H-束密度为 21 mA·cm- 时,所有出射小束的均方根散角和 85%束散角分别 2为 0.327°和 0.460°。     

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偏转磁体线圈水冷能力分析与测试研究

偏转磁体是中性束注入器的关键部件之一,它安装在中性束注入器真空室内部。为适应核聚变研究装置对中性束注入器高能量、长脉冲、稳态运行的要求,对其偏转磁体原先励磁线圈的水冷系统进行了分析,提出增加水冷抽头的方法完成了改进设计,并对改进前后线圈的冷却能力进行了实验测试。测试结果显示,当中性束注入器长脉冲稳态运行时,改进后的水冷结构能及时带走偏转磁体励磁线圈产生的热量;冷却水的进出口水温差约21 oC;偏转磁体线圈导体表面的温度约45 oC;改进设计水冷系统性能得到优化,满足了EAST-NBI高参数、稳态运行的要求。     

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     

EAST中性束注入器稳态偏转磁铁的参数设计与估算研究

中性束注入器偏转磁铁是剥离束流中剩余离子的关键设备,它与剩余离子吞食器等内部部件构成了中性束注入器的束偏转系统。束偏转系统的性能对中性束注入器束流的品质及其束传输效率发挥着重要作用。本文根据EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)中性束注入器对束偏转系统的要求,对其偏转磁铁各性能参数进行了估算。为中性束注入器设计了一台用以剩余离子180°偏转的偏转磁铁。该偏转磁铁采用H型二极电磁铁结构;其磁极端面设计为138cm×47cm的圆角矩形结构;其线圈设计为每侧2饼,每饼2层,每层8根的串联结构,导线选用外方内圆空心铜导体,以满足偏转磁铁稳态运行的需要。该设计的偏转磁铁在370 A励磁电流条件下,可提供80keV氘离子束偏转所需的磁场。实验测试结果显示:500 A励磁电流稳态运行条件下,偏转磁铁线圈冷却水温升约21.5℃,该设计结构的偏转磁铁满足EAST中性束注入器满参数稳态运行和未来运行参数逐步提高的需要。     

负离子——中性束注入系统发展概况

本文综述了大型和下一代受控核聚变装置对负离了－中性束系统的技术以及负离子－中性束注入器的发展概况２，阐明了所取得的进展和需要进一步解决的物理和技术问题。     

EAST中性束注入器大厅内辐射剂量计算与测量

利用解析方法对EAST大功率中性束注入器充氢运行时实验大厅内6个关键点的辐射剂量进行了理论计算,并利用光致光剂量计(OSL)对这些位置点进行了辐射剂量测量。理论计算和OSL测量结果表明:理论计算结果与实验测量结果具有一定吻合度。同时还表明:EAST中性束注入器现有的防护装置满足实验运行时辐射防护要求。     

射频负离子源关键参数测量系统研制

强流离子源是大功率中性束注入系统的关键部件之一,为了实现中性束注入系统的稳态运行,需要开展射频负离子源的实验研究。射频负离子源的负离子引出电流、引出总电流和引出电子流等关键参数的测量是射频离子源实验理论分析的基础,本系统通过信号调理隔离传输实现射频负离子源关键参数的测量。实验结果表明,系统测量采集数据精准可靠,运行稳定。     

ASDEX中性束注入器的供电系统

本文介绍ＡＳＤＥＸ中性束注入器供电系统概况，对注入器的高压电源，磁场反馈控制和弧打坑电路作较较详细的介绍。     

EAST中性束注入器电源故障实时监测系统设计

为实现对EAST中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)器电源系统在线运行状态进行实时监测,论文提出了一个基于FPGA、百兆以太网和C#用户终端的全光纤组网实时故障态监测系统解决方案。系统对中性束注入装置各电源的故障态以及输出波形进行实时采集和组网传输,并拥有用户终端进行监测和控制操作,在中性束装置实验运行测试中获得了较好的结果。系统对于大量分散信号的分布采集和远程监测系统设计具有一定参考价值。     

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。     

射频负离子源分布式定时同步系统设计

为满足负离子源中性束注入系统对定时同步的功能需求,设计了射频负离子源分布式定时同步系统.通过精密时钟同步协议对中性束系统中的各子系统进行同步控制,建立统一的时钟基准.实现精准控制各子系统的投入时序以及运行时间,有效提高定时精准度,保证每炮实验完整有序进行.实验测试结果表明:目前同步控制精度控制在1 μs以下,满足时序控...     

HLS储存环注入系统冲击磁铁微秒脉冲磁场设计计算

介绍了合肥光源(HLS)新注入系统中铁氧体磁芯冲击磁铁的脉冲磁场形态的设计与计算。首先根据注入过程跟踪计算,给出了冲击磁铁脉冲磁场的设计要求。然后对脉冲磁场的产生进行了定性分析和数值计算,讨论了在不同条件下磁芯中产生的涡流对脉冲磁场均匀性的影响,最后根据物理设计要求确定了磁铁设计参数。     

中性束注入器水流热量计系统优化分析

介绍了用于计算中性束注入实验中束流功率沉积的水流热量计系统优化及优化后的测试结果。前期的水流热量计系统利用串口传输和分散式牛顿模块采集,采样率低、传输速度慢、抗干扰能力差、无法满足实验要求;优化后的系统基于虚拟仪器,采用TCP\IP协议传输和虚拟仪器技术,提高了系统的采样率和精度、优化了数据传输速度及抗干扰能力。优化后的系统经测试可以准确监测中性束注入器装置上各热承载部件冷却水的温升及流量,并分析得到中性束注入时束流在各热承载部件上的功率沉积。实验结果表明优化后的系统工作稳定,使用灵活,数据准确,满足实验要求。     

一维Fokker-Planck方程的有限体积法求解及其在中性束注入加热中的应用

采用有限体积法数值求解一维Fokker-Planck方程,通过模拟电子自碰撞过程进行程序校验。研究表明,有限体积法能高效求解Fokker-Planck方程,能确保分布函数的非负性和粒子数密度守恒,同时计算程序能有效克服传统求解方法中出现的分布函数对麦克斯韦分布的过冲现象。模拟了HL-2A装置在中性束注入加热等离子体过程中,离子分布函数和温度随时间的演化情况。结果表明,随着中性束的注入,离子分布函数出现非麦克斯韦化,离子温度迅速增加后稳定;计算结果和实验结果符合较好。进一步讨论束能量和功率的影响,随束能量和功率的增加,等离子体离子温度均升高,离子温度随束能量的增加升高的幅值较大,而随束功率的增加升高的幅值较小。