EAST装置等离子体放电真空室抽气系统抽速标定及应用

真空系统是聚变装置的重要组成部分,EAST真空系统包括等离子体放电真空室和低温超导真空室。等离子体放电真空室又称内真空室。内真空室抽气系统直接影响装置的粒子排出,关系到高参数等离子体放电获得。EAST装置升级改造后的内真空室抽气系统主要包括主抽管道抽气子系统、偏滤器抽气子系统和低杂波加热系统抽气子系统,整个抽气系统使用了6台分子泵、14台外置低温泵和2套内置低温泵。采用粒子平衡的方法,对内真空室抽气系统各子系统进行了抽速标定。实验结果表明,最佳抽气性能区间在5×10^-4～5×10^-3 Pa,并且随着真空室压力增大或者减小,各子系统的抽气速率均下降。对比改进前后的内真空室抽气系统的总抽速,改进后的最大抽速可达170 m³/s,总体抽气速率提升20%左右。在百秒量级等离子放电参数下,利用标定的抽气速率数据初步评估了燃料粒子的滞留情况。本研究为等离子体放电的壁滞留与再循环控制以及其他相关物理实验开展提供了数据支持。     

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。     

油蒸汽流泵喷嘴的实际抽速及何氏系数计算的探讨

本文根据斐克第二定律的扩散微分方程式，在文［１］的基础上求出了油蒸汽流泵喷嘴实际抽速的计算式。用文中的公式对几种油扩散泵喷嘴的实际抽速进行了验证计算，第一级喷嘴的值与泵的实测抽速比较接近（其他的喷嘴没有实测值可比较）。另外，还求出了何氏系数Ｈｏ的计算公式，它的最大值是在蒸汽射流方向与被抽气体流动方向垂直时，而不是现在通常所认为的是在二者方向一致的时候。     

扩大高抽速范围的3L—220型溅射离子泵的研制

为满足微电子学、光电子学、超导电子学等获得超高清洁真空的需要而研制了３Ｌ－ ２２０型溅射离子泵．该泵体积小，容积利用率高．采用了两种不同直径的阳极简组合的 三极结构型式等一系列措施。极限压力低、抽气压力范围宽，对氩气抽速较高。 文中论述了泵的方案选择、主要结构设计，泵性能测试及其结果分析．     

油扩散泵抽气速率与被抽气体的关系

通过对油扩散泵抽气速率、气体分子平均热运动速度和分子流态下气体流导的分析，指出油扩散泵对不同气体的抽气速率具有选择性，给出了泵对不同气体和空气抽气速率比值的计算值，同时指出电离规的规管常数与气体种类有关。     

影响KT—150型扩散泵抽速因素的研究

本文运用气体动力学的理论，重点从结构上分析了影响ＫＴ－１５０型扩散泵的抽速因素。对设计其他类型的扩散泵具有一定的参考作用。     

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.     

提高溅射离子泵抽速的研究

按抽气过程推出了溅射离子泵的抽速公式。实验研究了阳极结构、阴极材料对提高抽速的作用。通过离子泵抽氩清洗后抽速提高现象的分析研究.证实了阴极材料表层成分对离子泵抽速有几倍的影响;钛阴极的泵在抽氮气达到稳定值后,阴极表层即盖满 TiN,而泵的正常抽速是离子溅射 TiN 生成的钛原子在阳极表面抽气提供的。研究表明,理想的离子泵阴极材料不仅应当溅射率高,溅射膜有高的吸气性能,而且应对入射的被抽气体原子有足够高的扩散能力。     

采用流量计测量复合分子泵抽速装置研制

本工作研制了一台采用流量计测量复合分子泵抽速的装置.本装置由测试台车、机柜、计算机自动控制和数据采集处理系统三部分组成.选用3个高精度流量计,满量程分别为1000 sccm、100 sccm和10 sccm,并联组成流量计组件用于测量输入气体的流量,选用高精度的复合真空计测量真空测试罩内气压.抽速测试结果显示,一台1200 L/s的复合分子泵N2抽速重复测量5次,14个气压测试点对应的抽速的最大相对标准偏差小于2％,重复性好.抽速测量的误差主要由流量计和真空计的系统误差决定.采用流量计测量一台分子泵在气压2.00×10-3 Pa～2.00 Pa范围的抽速,测量时间20 min以内.     

一种基于CF400接口分子泵抽速测试装置

针对国产化大抽速分子泵测试需求,研制出基于CF400接口分子泵抽速测试装置。采用量程为10~10^-9 Pam³/s的复合型标准气体流量计提供可变的标准流量,仅用流量法实现了测试罩内气体压力处于10^-1~10^-7 Pa范围的抽速测试,而传统测试方法采用标准流导法和流量法相结合实现该范围的测试;装置集成了在线真空校准功能,用磁悬浮转子真空计作为参考标准,实现在10^-1~10^-4 Pa范围内对测试罩内气体压力的直接测量及副参考标准电离真空计的在线校准。研制的装置与原有测试方法相比较优点主要为:采用一种方法实现了分子泵抽速测试;在线校准技术解决了原有测量过程电离真空计灵敏度系数发生变化引起测量结果出现的较大偏差;实现对不同气体抽速的直接测量,避免原方法只能给出等效氮气测试结果的不足。实验结果证明,装置对分子泵抽速的测试范围为3000~5000 L/s,测量结果的合成标准不确定度为2.2%~4.4%。     

涡轮分子泵入口结构改进的计算研究

针对涡轮分子泵的入口管道束流效应和涡轮端盖反射效应对传输几率的不利影响、以及大口径涡轮分子泵与小型仪器相连接的难题, 本文提出分子泵入口结构的改进方案:将涡轮转子的平板端盖改成锥形反射屏结构, 把过渡连接件做成圆弧过渡段结构。文中根据实际结构参数, 建立了不同结构类型的计算模型, 采用试验粒子蒙特卡洛方法, 基于自由分子流态基本假设, 利用Molflow+软件, 计算了各个结构模型的传输几率。计算结果表明:当倾角α的取值范围在60°~70°、圆锥底角β的取值范围在25°~45°之间时, 理论上可将涡轮分子泵的抽气速率提升5%左右。     

内置式深冷泵抽速计算及数值模拟研究

基于全舱布泵概念设计的内置式深冷泵是真空羽流效应实验中维持真空舱内动态真空度的关键设备.对基于麦克斯韦速度分布假设的内置式深冷泵抽速计算公式分析发现,该式不适用于带喷流的空间发动机羽流实验舱内的动态真空度和冷板面积计算.采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法对所设计的内置式深冷泵的抽速和真空舱内的动态真空度进行了数值模拟研究,结果表明DSMC方法在给定条件下能更准确地计算带喷流的空间发动机羽流实验舱内的动态真空度和冷板面积,计算结果与国外同类实验中空间发动机喷流流量与所需冷板面积的计算结果一致.     

涡轮分子泵入口结构改进的计算研究北大核心CSCD

针对涡轮分子泵的入口管道束流效应和涡轮端盖反射效应对传输几率的不利影响、以及大口径涡轮分子泵与小型仪器相连接的难题,本文提出分子泵入口结构的改进方案:将涡轮转子的平板端盖改成锥形反射屏结构,把过渡连接件做成圆弧过渡段结构。文中根据实际结构参数,建立了不同结构类型的计算模型,采用试验粒子蒙特卡洛方法,基于自由分子流态基本假设,利用Molflow+软件,计算了各个结构模型的传输几率。计算结果表明:当倾角α的取值范围在60°～70°、圆锥底角β的取值范围在25°～45°之间时,理论上可将涡轮分子泵的抽气速率提升5%左右。     

一种基于CF400接口分子泵抽速测试装置北大核心CSCD

针对国产化大抽速分子泵测试需求,研制出基于CF400接口分子泵抽速测试装置。采用量程为10~10-9 Pam3/s的复合型标准气体流量计提供可变的标准流量,仅用流量法实现了测试罩内气体压力处于10-1~10-7 Pa范围的抽速测试,而传统测试方法采用标准流导法和流量法相结合实现该范围的测试;装置集成了在线真空校准功能,用磁悬浮转子真空计作为参考标准,实现在10-1~10-4 Pa范围内对测试罩内气体压力的直接测量及副参考标准电离真空计的在线校准。研制的装置与原有测试方法相比较优点主要为:采用一种方法实现了分子泵抽速测试;在线校准技术解决了原有测量过程电离真空计灵敏度系数发生变化引起测量结果出现的较大偏差;实现对不同气体抽速的直接测量,避免原方法只能给出等效氮气测试结果的不足。实验结果证明,装置对分子泵抽速的测试范围为3000~5000 L/s,测量结果的合成标准不确定度为2.2%~4.4%。     

分子泵中螺旋通道在过渡流和滑流态抽气特性的研究

螺旋通道过渡流和滑流状态下抽气特性的理论是分子泵研究的最重要的课题之一。在这篇文章中，介绍了一种螺旋槽移动的计算抽气特性的理论模型。根据这一模型，可以模拟分子泵在过渡流和滑流工作条件下的抽气性能。这一理论模型是ＭＤＰ设计的基础和抽气特性优化的必要条件。     

惯性导航系统中加速度计标定方案设计与研究

本文主要基于车载筒装导弹基础之上,对捷联惯性导航系统的加速度计标定方法和误差机理进行了研究。首先,对惯性导航系统加速度计误差机理进行分析,提出了加速度计的标定补偿方案,以车载作为激励方式,设计了不开箱加速度计标定方法,该方法能够对误差进行补偿来提高关系导航系统的精度。     

面向聚变堆排灰气的直线型水银扩散泵抽气性能DSMC模拟研究

在德国卡尔斯鲁厄理工学院提出的 KALPUREX(Karlsruhe liquid metal based pumping process for fusion reactor exhaust gases)流程中,利用直线型水银扩散泵实现对聚变堆排灰气的连续抽气,从而解决使用捕集式低温泵带来的高氚滞留量问题.为了支持直...     

强背景磁场下分子泵磁屏蔽体的设计与研究

中国原子能科学研究院目前正在研制一台230 MeV超导回旋加速器,该回旋加速器未来是安装于医院应用于质子治疗,采用了非常紧凑型的超导磁体结构设计.其分子泵所安装位置有非常大的漏磁场,其漏磁场强度达到1000 Gs,是分子泵安全运行阈值(50 Gs)的20倍,导致分子泵不能正常工作.为了解决这个问题,首先进行了分子泵磁屏...     

一种水环泵抽气时间自适应分段计算方法研究

含有水环泵的真空系统是一种典型的变抽速抽气系统。针对变抽速抽气时间计算问题,目前常用的方法是分段计算法。为了提高计算精度,相关研究主要集中在优化抽气速率模型以及提高抽气速率数值计算精度上,对分段方法研究较少。本文对变抽速抽气过程的分段方法进行了研究。首先,讨论了分段计算结果随分段数的收敛性,分析了收敛性的影响因素。其次,建立了抽气时间验证计算模型,设计了一种自适应分阶段计算方法。最后通过对实例计算结果的对比,验证了该方法能以较少的分段数得到较高的计算精度。     

氦光泵磁敏传感器抽真空及精确充气系统的研究

氦磁敏传感器是氦光泵磁力仪的核心部件。其中氦光源的制作工艺直接影响整机的性能。为此建立一套抽真空及精确充气的设备。其中,抽真空部分主要由机械泵、涡轮分子泵和离子泵组成。通过高精度微漏阀和薄膜压力计实现精确充气。所制氦光源可利用高压发生器及高频振荡器来激励,并测试了其光谱。利用该设备成功研制出高性能的氦光源。该设备的成功研制为其他磁力仪的相关核心部件的研制提供了经验。