基于虚拟仪器下的温度测量

在中性束注入装置中,基于LabVIEW和PXI搭建了水流热量计系统。该系统实现串口通信与网络接口的转化,有限点多通道并行采集,实时显示及数据保存功能。经测试,系统工作稳定,采集准确,使用灵活,充分满足实验的需要。     

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。     

EAST中性束注入器水流热量累积测量系统误差分析

水流量热法是强流离子束束功率测量常用的方法,由于测量仪表安装位置的问题,EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)全超导托卡马克中性束注入水流热量累积测量系统中存在不可忽略的误差。本文结合水流热量累计测量系统的原理分析其误差的来源,针对其中由于采集时间有限和真空室内外热传递损失三部分误差来源进行了详细的分析和修正,将沉积功率百分比由73.72%提高到86.27%,修正结果显著。最终将修正方法嵌入到现有的沉积功率计算系统中,实时地进行误差修正,从而得到更精确的沉积在热承载部件上的功率沉积,为功率沉积分布和中性化效率的精确测量提供依据。     

东方超环准稳态中性束注入装置束流限制器结构设计

束流限制器是中性束注入(NBI)装置中典型的高热流承载部件,用来吸收束通道上发散的多余能量,其稳定运行能力对实现高功率NBI系统安全运行至关重要。结合东方超环准稳态NBI装置的运行要求,本文对该装置束流限制器结构进行了初步设计,并基于FLUENT软件对偏转系统入口处束流限制器初步结构进行了稳态热分析。分析结果表明,初步设计方案在给定工作条件下能较好满足东方超环准稳态NBI系统(4 MW,脉宽100s)的运行要求。本文研究为东方超环准稳态NBI装置其他典型部件的设计和系统安全运行提供了有益的参考。     

EAST-NBI反向电子吸收板换热计算与分析

中性束注入是托卡马克主要的辅助加热手段。目前先进实验超导托卡马克中性束注入(Experimental Advanced Superconducting Tokamak-Neutral Beam Injection,EAST-NBI)装置采用的是正离子源,运行过程中离子源的部分部件有很大的热沉积,其中反向电子吸收板最为严重。经实验研究,当束功率为3.5 MW时,沉积在反向电子吸收板上的平均功率密度高达4.4 MW·m~(-2),有着较大的换热负担。为探究反向电子吸收板的极限运行时间,采用数值模拟的方法,对反向电子吸收板在不同束功率、冷却水水压等多种工况进行了计算。结果表明,电子吸收板随着束功率的增大,换热负担加重、换热效果变差,通过增压泵提高冷却水入口压力一定程度上可以提高换热能力,使其极限运行时间延长。对该课题的研究可以指导EAST-NBI的运行,以保证离子源安全、稳定工作,此外还为反向电子吸收板的进一步结构优化奠定理论基础,对发展长脉冲、高功率的离子源具有重要意义。     

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。     

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...     

中性束注入器多通道远程真空测量系统设计

为满足中性束注入器多点、远程真空监测的需要,设计了基于STM32的多通道远程真空测量系统。该系统采用规管传感器测量得到真空室的真空度电压信号,采样芯片ADS1256测量经信号调理电路调理后的规管电压信号,以STM32F103ZET6作为主控芯片,结合模数转换电路、基准电压产生电路及其他电路,将处理后的数据由以太网传输到上位机,利用上位机软件实现对中性束注入器真空状态的实时监测、预警和分析。测试结果表明:该系统稳定有效运行,适用于中性束注入器真空度测量。     

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。     

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...     

Water Flow Calorimetry System of EAST Neutral Beam Injector

Neutral beam injection (NBI) is recognized as one of the most effective means of plasma heating. The EAST NBI water flow calorimetry system (WFCS) based on PCI extensions for instrumentation (PXI) was established, it can measure temperature rise and flow rate of cooling water of the heat load components, and achieve beam power distribution and neutralization efficiency. Experimental data obtained from WFCS are feedback of the ion source operation state and direct the operation parameter optimization of the ion source. Experimental results show that the WFCS is stable, reliable, and meet the experimental requirements fully.     

Analysis of Power Deposition on Heat Load Components for EAST Neutral Beam Injector

Neutral beam injection is recognized as one of the most effective means of plasma heating. The target values of EAST Neutral beam injector (NBI) are beam energy 50–80 keV, injection beam total power 2–4 MW, beam pulse width 10–100 s. The beam power will deposit on the beam collimator due to the beam divergence and it will cause heat damage to heat load components, or even destroy the entire NBI system. In order to decrease the risk, the beam power deposited on heat load components should be assessed. In this article, the percent of power deposition on each heat load components has been calculated using Gaussian beam transmission model. Comparison of the results measured with water flow calorimeter and calculated results shows the beam transmission model has relative good agreement with real distribution. The results can direct the operation parameter optimization of EAST NBI.     

小型D-D中子发生器氘靶的热流固耦合分析

靶温对小型D-D中子发生器的使用寿命有重要影响,在假设束斑功率密度分布为高斯分布的前提下,使用ANSYS14.0软件对设计的小型D-D中子发生器的自成靶进行了热流固耦合分析。模拟了冷却水流量及冷却水层厚度对靶温的影响,同时模拟了两种不同结构的自成靶在束流轰击及冷却水共同作用下的应力及形变。模拟结果表明,两种结构的自成靶在使用中最高温度、最大应力与形变均满足设计要求。     

基于电子直线加速器的空间电子环境地面模拟用电子源设计与实现

空间电子环境地面模拟装置由1台电子直线加速器提供能量1~5 MeV范围内的电子,后续束流传输系统将电子束进行扩束处理。较大的能量范围对加速器的设计与运行条件提出了较高要求。本文主要阐述了该加速器的设计与实现过程,综合考虑了能量开关技术和束流负载效应,通过研究不同条件下的耦合度参数特性确定了加速管耦合度,分析提出了磁控管输出参数并进行了实验研究。加速器实验测试结果表明,电子束能量参数达到指标要求,为模拟装置提供了有效可靠的电子源。     

中国散裂中子源反角白光中子源准直器的设计与测试

为获得核数据测量所需的束斑形状及较低的实验本底,反角白光中子源需通过准直器对束流进行刮束准直。以中子开关为例,根据相关要求确定了整体的设计方案。通过将挡块一分为二的设计,解决了小直径深孔加工的难题。利用有限元分析软件,优化了真空盒的外形结构及密封方式。针对挡块的工作环境,搭建了可用于真空的高精度耐辐射移动平台。经测试,中子开关的主要技术指标均满足要求,说明设计合理。     

核电站三维剂量场评价系统的开发及应用

基于核电站营运单位和设计单位对三维剂量场评价系统的需求分析,得出并解决了三个核心技术问题,即:三维剂量场计算、显示和基于三维剂量场的剂量优化问题,进而开发了核电站三维剂量场评价系统(RPOS)。基于在役核电厂控制区内典型区域的系统测试结果表明:三维剂量场评价系统能够较准确地模拟所测试的核电站典型区域的三维剂量场,并实现测试区域内三维剂量场的虚拟显示以及核电站内工作人员操作的剂量优化。     

A Calculation Model of Beam Power Based on Thermocouple for EAST Neutral Beam Injector

Beam power measurement usually adopts water flow calorimetry (WFC) for neutral beam injector. In this article a calculation model of beam power for EAST neutral beam injector was given basing on thermocouples installed in the calorimeter plate. In order to obtain calculation model: (1) the heat flux of the surface of beam stopping elements was calculated using heat transfer science, (2) the processing method of data obtained from the thermocouple was given, (3) mathematic derivations of beam power is given basing on theory of Gaussian distribution. The model could point another way to beam power measurement of EAST neutral beam injector besides WFC.     

50 MeV负氢回旋加速器主磁铁设计研究

本文介绍了50 MeV负氢回旋加速器（CYCIAE-50）的总体设计考虑和主磁铁系统的优化设计过程及结果。确定了CYCIAE-50主磁铁的主要尺寸参数,建模计算出满足等时性的主磁铁中心平面磁场。通过调整参数,优化了主磁铁的峰值磁场、局部饱和等,以控制建造及运行成本。优化了磁极张角与磁气隙高度等参数,使负氢离子满足轴向和径向的聚焦要求,避免穿越有害共振。最后对主磁铁的结构进行形变校核,并估计了形变对束流动力学的影响。设计结果表明,CYCIAE-50的主磁铁设计符合要求,可为后续其他系统的设计和建造提供重要参考。     

基于DRS4波形数字化的高速数据采集系统设计

针对一些粒子物理实验中高采样率、多参数测量以及长距离传输等要求,设计了一套基于DRS4波形数字化的高速数据采集系统。该系统由波形数字化前端板、高速数据传输板和上位机软件组成。测试结果表明,该数据采集系统具有较高的数据传输速率和较低的误码率,采集到的数据能很好地重建和还原输入信号波形。该数据采集系统具有一定的通用性,适用于对采样率和传输距离有较高要求的粒子物理实验。     

CEFR堆顶固定屏蔽冷却系统流动特性数值研究

堆顶固定屏蔽在中国实验快堆(CEFR)中承担着重要功能,对其进行充分冷却极其重要。本文采用CFD方法对该设备的冷却系统进行了三维数值研究,详细分析了该冷却系统的流动特性和水力学设计,并对设计中的不足提出了优化建议。研究表明,该冷却系统基本可满足要求,但部分环节需要优化。将调节阀尽量均匀布置可改善水平风道流场分布;入口处设置两道通风孔可提高竖直风道内空气流动的均匀性;调节阀开度应适当增加以进一步满足流量分配需求。该研究可为CEFR运行安全和类似冷却系统的设计提供参考。