EAST装置等离子体放电真空室真空泄漏研究

真空系统是EAST全超导托卡马克装置安全稳定运行的基础保障系统,真空泄漏会影响等离子体放电并对真空设备造成严重的损坏。随着EAST逐步地升级与改造,真空系统变得更加复杂,同时设备逐渐老化,导致泄漏的风险逐年增大。介绍了EAST内真空抽气系统、真空测量站及漏率实时监测系统。根据真空室压力变化数据,采用静态升压法分析了内真空室漏放率,计算出内真空室在等离子体放电前整体漏放率约为2.2×10^-4 Pa·m³/s。基于历年发生泄漏故障时的压力和残气成分数据,对EAST装置内真空室在不同运行阶段的不同类型泄漏进行了分析。研究发现,发生的泄漏位置不同、泄漏介质不同、器壁条件不同,在残气成分特征上表现差异较大。根据泄漏的特点,采取了不同的泄漏处理方式。研究结果可为及时准确地判断和处理EAST及未来聚变堆真空室的泄漏提供参考。     

CFETR堆芯真空室抽气系统的初步设计

根据中国聚变工程实验堆(CFETR)堆芯真空室的尺寸、偏滤器工作气压及抽气要求,模拟计算出低温泵在偏滤器口对燃料粒子的有效抽速约43 m³/s,运用粒子平衡法计算出堆芯真空抽气所需的低温泵的数量,并验证了氦灰抽除的可行性和分析了低温泵对氚滞留的情况。通过计算堆芯真空室抽极限真空所需要的抽速和前级抽气系统的平均有效抽速,初步设计了维持泵的数量和预抽气的前级泵组。CFETR堆芯真空抽气的初步设计为后续真空系统的工程设计及建造提供了理论依据。     

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。     

液态锂中氘脱附特性分析

锂化壁处理/液态锂第一壁可为托卡马克装置提供良好壁条件，但存在燃料滞留问题，为解决这一问题，需进一步研究氢同位素在液态锂中的脱附特性。本文设计了液态锂中气体吸附/脱附系统，开展了氘气在液态锂中的吸附实验，并分析了其脱附过程，通过采用微调阀调整进气速率的方式标定不同氘气分压下的系统抽速，计算了热脱附过程中气体的抽除量。结果表明，氘气在液态锂中的脱附峰温度在481℃附近，脱附的氘气仅有约36%被抽气系统抽除，剩余部分被壁面冷凝的锂重新吸附。该研究可为深入分析氘在液态锂中的脱附行为奠定良好基础，为未来解决液态锂中的燃料回收问题提供技术支持。