轮胎型真空室在核聚变装置上的设计与分析研究

在磁约束核聚变装置中,真空室是一个非常重要的关键部件,它为高温等离子体提供洁净运行环境。KTX装置是一种反场箍缩核聚变装置,它有别于托卡马克装置和仿星器核聚变装置。目前核聚变装置上使用的真空室由多个虾米扇段通过焊接成环形真空室,此类型真空室焊缝数量多,焊缝距离长,焊接变形控制难度大。根据装置要求,KTX磁约束核聚变装置真空室设计为轮胎型结构,大半径为1.4 m,截面半径为0.4 m,真空度为1.5×10-6Pa,且具有易于进入维护和更换真空室内部部件功能。本论文针对KTX装置真空室设计要求和技术参数,对轮胎型真空室开展设计,在设计过程中,基于真空室各种运行工况,对真空室开展了热、电磁和结构相关方面分析计算,根据计算结果对真空室进行优化和验证。本类型真空室设计和分析方法为未来磁约束核聚变装置真空室设计研制提供参考和借鉴。     

基于ANSYS Workbench的薄壁二极铁真空室优化设计

薄壁二极铁真空室由于其特殊的作用被应用在HIAF装置的部分位置,由于真空室的壁非常薄,在抽真空状态下易变形,因此对其进行有限元分析明确其在抽真空状态下的应力、变形情况很有必要。本文利用ANSYS Workbench对薄壁二极铁真空室进行结构静力分析,在静力分析的基础上对真空室进行多目标优化及结构优化得到了最佳设计点和可以减少的质量,为薄壁二极铁真空室的后续设计提供一定的参考。     

CFETR窗口领圈电子束焊接真空室设计

CFETR窗口领圈具有非常复杂的三维结构,由于其尺寸庞大,在窗口与领圈焊接完成之后不能进行整体加工,因此,要求领圈的焊接具有变形小,焊接精度高,焊接质量可靠等特点。真空电子束焊接作为一种微变型的高能束焊接方法,能够保证真空室领圈的焊接质量,因此,将搭建一套真空电子束焊接系统用于真空室窗口领圈焊接。真空电子束焊接系统由真空室、电子束焊枪、运动系统、抽气系统等主要部件组成。真空室尺寸为6×5×5m,其工作稳定性非常重要,因此本文对真空室结构进行了设计,通过ANSYS有限元分析软件对其工作状态进行了模拟分析校核,并对此真空抽气系统的抽气时间进行了详细的计算。其结果为真空室的设计和真空抽气系统设计提供了参考。     

HL-2A装置真空室总体检漏

介绍中国环流器2号A偏滤器托卡马克装置真空室总装检漏及结果.根据其真空室特点设计了不同结构的检漏子系统,用氦质谱检漏仪、四极场质谱计与氦质谱检漏仪相结合的方法(双质谱法)分别进行零部件和真空室总体检漏,对有关检漏技术问题进行了讨论.     

矩形大开孔薄壁圆筒真空室的强度及屈曲分析

本文运用三维有限元分析方法，对薄壁圆筒真空室上有大面积矩形开孔和接管的一类真空室进行了应力分析，并依据第三强度理论给出了应力及变形情况。此外，本文还应用特征值法对真空室进行了屈曲分析，得到了其一阶临界载荷和波形。结果表明真空室在承受工作载荷条件下满足强度和稳定性要求。     

聚变装置真空系统远程泄漏检测方法研究

磁约束核聚变装置真空室具有体积较大,法兰连接和焊接结构多,内部水冷管道较长等特点。在热应力、电磁力以及中子辐照的共同作用下,真空室存在较大的泄漏风险。未来的托卡马克装置将涉及氚运行工况,考虑到核辐射对人体的影响,传统的真空室泄漏检测方法在氚运行工况下已不再适用。提出了基于真空羽流效应的托卡马克真空室内部泄漏检测方法和基于分子屏差分作用的托卡马克管道泄漏检测方法,分别用于托卡马克真空室内部水冷管道泄漏和外部窗口管道泄漏的检测和定位。实验结果表明,二者能够准确地检测出真空室内部水冷管道发生的泄漏和真空室连接的外部窗口管道发生的泄漏,并可以实现较为精确的定位,为未来涉及氚运行工况的托卡马克装置的检漏提供了新的方案。     

负离子源测试平台真空室结构设计及优化北大核心CSCD

负离子源测试平台是用于开展未来磁约束聚变装置中性束注入系统负离子束源性能研究的测试装置。研究分析了负离子束源性能特征及测试方法,基于测试平台工程及物理设计需求,完成了国内首台以盒形壳体作为结构模式的大功率负离子源中性束注入系统(Negative ion based Neutral Beam Injection system,NNBI)束源测试平台真空室的结构设计及重要部件的集成。运用ANSYS Workbench软件建立有限元模型,数值分析了真空室结构静态力学特性,得到了应力与变形分布规律,并通过应力线性化分类处理与响应面的方法分别进行了各类应力评估和束线真空室变形最大的后端封头的结构优化。结果表明:真空室的结构强度与变形量均满足工程设计需求,优化后的封头变形幅值显著降低,为负离子源测试平台的集成设计优化与研制奠定了基础,具有工程应用价值。     

HT—7托卡马克装置的外真空室改造设计

ＨＴ－７超导托卡马克装置是我国第一台具有超导环向场磁体系统的专用于进行核聚变科学研究实验的大型科学研究设备。它的最主要的结构特点是多层嵌套结构,外真空室是ＨＴ－７装置的多层嵌套结构的最外一层,它的密封性能和结构的可靠性对于整个装置具有决定性的影响。所以,确定密封结构和选择密土间外真空室改造设计的关键问题。     

KZ-400离子束刻蚀装置设计中的若干真空问题

本文解决了KZ-400离子束刻蚀装置设计中遇到的若干真空问题.通过抽速计算选择了合理的真空配置;用有限元分析软件ANSYS计算了真空室的受压形变,优化了真空室的结构,采取了合理的误差补偿措施;并通过摩擦润滑试验和质谱分析检测了二硫化钼润滑剂的真空润滑性能,解决了工作台扫描运动的有效润滑.     

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.     

一种基于对称结构的固体材料放气率测试装置设计北大核心CSCD

为了解决小于10-8Pa·m^(3)/s的固体材料放气率测试问题,设计出一种基于对称结构的测试装置。通过对称结构的两个相同真空室分别作为样品室和空载参考室,避免了采用一个真空室先后分别测量空载时本底放气和放置样品后放气重复过程及引入的较大测量偏差;采用耐高温特殊石英材料制成的低放气率真空室,为实现放气率比较小的固体材料测试解决了真空室本底放气的限制条件;设计出用同一台真空计通过转换气路分别测量样品室和空载室内压力的对称结构,避免了原有动态流量法采用两台真空计分别测量时由于灵敏度的差异而引入的较大偏差;装置集成了标准气体流量计用于真空计的在线校准,提高了测量结果的准确性;采用的对称结构陶瓷加热炉,对样品实现25℃~1000℃范围的加热,设计的装置对材料放气量的测量范围为5×10^(-6)Pa·m^(3)/s~5×10^(-10)Pa·m^(3)/s。     

制备铝基复合基板真空室的结构设计

铝基复合基板是一种大功率模块芯片理想的散热基板,在非真空环境下高温热压制备容易出现氧化腐蚀等问题,造成基板致密度不高,无法满足芯片匹配要求,设计了一种供在真空热电挤压下制备铝基复合基板的真空室。通过对真空室形状大小的确定、材料的选择、壁厚的计算,设计完成满足制备基板工艺的真空室结构以及静、动态密封结构。通过ANSYS有限元分析软件对真空室结构进行计算机仿真,分析其最大应力应变处,满足真空室基本强度刚性要求,从而为真空热电挤压制备铝基复合基板创造了一个密封、稳定的真空制备环境。     

全封闭α能谱测量系统的真空装置设计

为满足全封闭α能谱测量系统研制的要求,设计了用于α能谱测量系统的全封闭真空装置。该装置主要由α样品真空室、α真空室连接组件、抽放气装置和尾气排放装置等非标件构成,配以机械真空泵,其真空度可达0.8Pa。该装置具有全封闭、安全可靠和性能稳定等特点,适用于剧毒、强放射性特种材料的α能谱测量。     

预应力作用下的薄壁二极铁真空室模态分析

真空室受到外界激励时会产生振动,当外界激励频率接近真空室的固有频率时就会产生共振。真空室作为束流运行的场所,如果发生共振不但会影响真空系统的气密性还可能会引起结构的损伤破坏。本文结合薄壁二极铁真空室的实际使用工况,采用有限元软件分析了二极铁真空室的自由振动模态及预应力作用下的模态,得出了在自由振动情况下结构的前6阶模态固有频率基本为0,属于刚体模态,在预应力作用下结构前6阶模态固有频率在400-720 Hz范围内,并且第1和第2阶模态为整体模态,其模态特征主要集中在结构中间的薄壁和加强筋上,第3-6阶模态为局部模态,其模态特征主要集中在结构侧面的加强筋上。     

KTX反场箍缩实验装置感应加热烘烤除气方案设计

KTX反场箍缩实验装置不锈钢环形真空室外包覆一层1.5 mm厚无氧铜皮用来稳定等离子体,真空室外壁与铜皮间用聚四氟薄板隔开,简单的壁加热烘烤除气手段难以实现。巧妙地将纵场(TF)线圈作为感应加热线圈,通过工频电磁感应直接加热方法来实现真空室的烘烤除气。计算了热平衡条件下由于传导、对流引起的热量损失确定了保温阶段所需的加热功率。工频电源采用三相交流供电,晶闸管全波整流;4只晶闸管构成的H桥逆变电路为串联LC谐振电路供电。电源频率选择2000 Hz,通过对系统电参数的计算,确定串联谐振电容参数。串联LC谐振电路等效为纯电阻电路,通过改变整流晶闸管的触发角改变直流电压来实现加热功率在0~153 kW间可调,满足了加热初始大功率升温和后阶段小功率保温的加热流程的要求。加热中通过TF线圈的电流、电压以及过程中的温升对TF线圈都是安全的,设计方案可行。     

铜铍合金二次发射体激活条件的研究与16级电子倍增管的性能

在质谱分析技术中,为了提高对被分析成份的最小可检能力和实现快速分析,常采用一个放大离子流的电子倍增装置——离子检测器。检测器分 Daly 型和开式两种。Daly 装置由安装在真空室外面的光电倍增管和真空室里面的离子—光子转换系统构成。在精心的设计和严格的工艺条件下,它可达到很低的最小可检能力。开式装置则是在真空室内和质量     

核聚变装置放电真空室材料的要求和发展

通过回顾托马克构核聚变实验装置的发展历程和放电真空室及内部部件材料的运用历史,联系近些年国内外一些托马克装置的最新实验结果,对不锈钢、钛合金、纤维增强的复合材料在放电真空室上的应用进行展望,为未来核聚变实验装置的工程设计和材料选择提供了依据。     

离子注入生物实验的计算机控制技术研究

离子注入生物诱变是不同于传统辐射生物学的工人诱变新方法，在离子注入生物诱变实验中，真空室真空度及其稳定性影响着生物样品的存活状态，注入剂量决定着生物样品的辐射损伤程度，是要求精确测量并控制的重要参量。本文介绍了以单片微机为核心的计算机系统对50keV注入装置上离子注入生物实验实时在线控制的实施方法，对控制系统的硬个结构和软件功能模块作了较详细的说明。     

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。     

CFETR VVPSS中爆破片优化设计与疲劳分析北大核心CSCD

为了应对泄漏事故下真空室内的过压情况,防止腔室内相关组件的过压损害,设计了真空室超压保护系统(VVPSS)。VVPSS是利用泄放装置(爆破片组件和泄压阀组件)泄放过压气体。考虑CFETR真空室内部布置的大量冷却管路,一旦发生严重的泄漏事故需要采用大直径爆破片在短时间内泄放大量过压气体。而国内的生产商无生产大尺寸爆破片的经验,所以大尺寸爆破片的研究工作迫切需要进行。本文简要描述了真空室超压保护系统的总体工程设计;为了方便快速拆装,满足遥操作的要求,开展了爆破片组件设计;利用有限元分析方法(FEM)研究了爆破片的厚度、圆角半径和缝宽对其爆破性能的影响,获得了符合设计要求的爆破片尺寸;同时针对使用寿命要求,对爆破片进行疲劳分析研究,获得目前爆破片结构使用寿命,分析结果满足设计要求。