HT-7U托卡马克核聚变装置中纵场超导磁体系统的设计

HT-7U核聚变实验装置是"九五"国家重大科学工程项目,它是一个具有非圆截面的全超导托卡马克装置,是用于研究先进的托卡马克运行模式来获得准稳态的、极长的长脉冲等离子体,并可实现全电流下的双零高β和单零等离子体的运行实验。整个装置包括装置主机以及低温、真空、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断与公共基础设施等重要子系统,其中装置主机是由超导纵场磁体系统、超导极向场磁体系统、真空室及其内部部件、内外冷屏和外真空杜瓦5大部件组成。文章主要介绍了HT-7U纵场超导磁体系统结构与超导管状电缆CICC(Cable-in-ConduitConductor)的设计以及该磁体系统的各种力学分析等。     

EAST零场区优化及可视化

由于EAST全超导托卡马克采用极向场系统一体化的设计,只能通过极向场线圈电流的调节来实现零场区的优化,因此快速的计算并显示线圈电流变化对零场区的影响就显得尤其重要;文章采用在VC6.0环境下编程对数据进行预处理,然后通过调用IDL接口计算真空室各格点处的场强,并作出分布图;实现了零场区优化的可视化,为放电实验提供了很好的参考。     

EAST托卡马克等离子体电流和位形演化的数值模拟

EAST托卡马克是世界上第一台全超导托卡马克装置.文章利用普林斯顿大学开发的著名托卡马克模拟程序对EAST的首轮放电中等离子体电流和位形的控制进行了数值模拟,获得的结果与实验吻合得很好,说明控制系统的稳定性.同时模拟结果对EAST今后开展等离子体平衡和控制系统设计有重要的参考价值.     

EAST托卡马克低杂波电流驱动的放电模拟研究

低杂波电流驱动是实现托卡马克稳态运行的主要手段。文章对EAST全超导托卡马克低杂波电流驱动进行了放电模拟研究,着重分析了低杂波驱动电流、波功率沉积、放电过程的伏秒消耗、等离子体电流、位置及等离子体电流剖面和位形演化,模拟结果对今后EAST开展长脉冲稳态放电有参考意义。     

HT-7U真空室抽气窗口设计

HT-7U超导托卡马克装置是大型可控热核聚变实验装置,其内外真空系统是该装置的重要外部设备,内真空抽气系统为等离子体放电提供必要的清洁的真空条件,外真空系统为超导纵场线圈和极向场线圈及电流引线罐提供绝热真空。该文介绍了真空室及其抽气窗口的结构设计原则,根据装置运行的物理要求和抽气过程计算,设计组建了内外真空室的抽气机组,它们由主泵、预抽泵、前级泵、管道和阀门及其它附件组成,经试验运行表明,该设计是合理的。     

EAST等离子体击穿阶段真空室上涡流算法研究

托卡马克装置产生等离子体击穿的条件是在真空室区域中达到足够大的环电压以及尽可能大的零场区。在等离子体击穿阶段,由于EAST装置极向场线圈有较大的电流变化,会在真空室上感应出涡流,因此要考虑涡流对环电压和零场区的影响。主要介绍了数值法计算EAST装置真空室上涡流,只有正确计算涡流,才能为EAST实验提供了很好的参考价值。     

HT－7超导托卡马克电流调制抑制破裂不稳定性的实验研究

HT-7超导托卡马克上的实验观察到,通过对等离子体环向电流的交流调制(即振荡通量电流驱动)的方法,可有效抑制撕裂模不稳定性,从而抑制大破裂。环向电流的交流调制也可减轻等离子体与壁的相互作用,减少杂质辐射,延长托卡马克等离子体放电时间。HT-7超导托卡马克上的实验发现,用等离子体环向电流的交流调制的方法,有效抑制MHD、推迟或避免大破裂的阈值是：当等离子体电流的交流调制幅值与等离子体电流的比值为10％～30％时有明显的抑制效果,小于10％时无抑制效果,大干35％会影响等离子体的稳定性。     

世界首台全超导核聚变实验装置在合肥首轮实验成功——我国聚变研究向前迈出一大步

我国自行设计、研制的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置，9月28日在此间进行的首轮物理放电实验过程中，成功获得电流超过200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。这标志着世界上新一代超导托卡马克核聚变实验装置已经正式投入运行，我国聚变研究向前迈出一大步。     

EAST托卡马克拉长位形演化的数值模拟

文章利用TSC对先进实验超导托卡马克(EAST)拉长偏滤器位形的放电进行了数值模拟,放电全过程中等离子体电流、等离子体大半径、小半径、拉长比随时间演化的模拟结果与实验结果及与EFIT反演结果吻合很好,为相关实验和开展更深入的EAST放电模拟研究提供了理论依据。     

基于Fortran和Matlab混合编程的EAST零场计算可视化

EAST全超导托卡马克零场区优化是成功进行等离子体放电的基础,快速计算显示优化后的零场分布十分重要.基于Fortran和Matlab混合编程,通过Fortran和Matlab接口函数,在Matlab中成功实现对Fortran程序的调用.将Fortran的快速计算与Matlab可视化结合起来,实现了EAST零场计算可视化.     

在感应电场下射频电流驱动与等离子体平衡

本文从漂移动力论准线性Ｆｏｋｋｅｒ一Ｐｌａｎｃｋ方程出发，推导出在感应电场存在下，射频波驱动等离子体电流由新经典电流ｊＮＣ、射频驱动电流ｊＲＦ、欧姆电流ｊｏｈ和附加电流ｊｌ组成，并给出了在高相速度极限下的解析式．在密度、温度分布给定下，若与波迹方程和波功率变化方程相结合，可以求出ｊｌｌＢ在极向通量表面上的平均值（ｊｌｌＢ），从而可以求解描述等离子体平衡的Ｇｒａｄ－Ｓｈａｆｒａｎｏｖ方程，获得自洽的通量以及等离子体的平衡参量．     

CVD金刚石膜沉积设备的稳流控制电路

研制了DCPLASMAJETCVD金刚石膜沉积设备电源的稳流控制电路。该电路利用负反馈原理,通过SG3524调节输出脉冲的占空比,推动IGBT,为磁饱和电抗器提供控制电流,达到电源稳定输出电流的目的。     

固定边界Grad-Shafranov方程的数值求解

本文针对D型截面的托卡马克中等离子体平衡问题进行了研究。在研究中首先从磁流体力学平衡方程出发推导出描述等离子体平衡问题的Grad-Shafranov方程的理论表达式,并分析其在固定边界区域内的求解途径;然后在给定的压强分布情况下采用基于能量形式的变分法对其进行了数值计算,并在一定的误差范围内得到了极向磁通的大致图像以及等离子体的平衡位形分布;最后求出了D-型截面下的极向磁场以及环向磁场分布。     

固定边界Grad-Shafranov方程的数值求解

本文针对D型截面的托卡马克中等离子体平衡问题进行了研究。在研究中首先从磁流体力学平衡方程出发推导出描述等离子体平衡问题的Grad-Shafranov方程的理论表达式,并分析其在固定边界区域内的求解途径;然后在给定的压强分布情况下采用基于能量形式的变分法对其进行了数值计算,并在一定的误差范围内得到了极向磁通的大致图像以及等离子体的平衡位形分布;最后求出了D-型截面下的极向磁场以及环向磁场分布。     

H1仿星器磁场电源滤波器的设计

大量的谐波的存在,会直接影响供电系统的稳定性与安全性,H1仿星器的磁场电源为主要谐波源,对电网电能质量造成很大影响。首先对磁场电源的原理进行分析,利用傅氏分解对磁场电源的谐波特性进行理论分析,借助于SIMULINK工具搭建磁场电源的仿真模型,通过仿真分析,得出注入电网侧A相电流总谐波畸变率为2.52%,23与25次谐波电流分别为23.54 A与16.99 A;其次针对其谐波的特点,提出谐波治理的方法,通过引入两个单调谐滤波器对磁场电源中注入电网侧的谐波进行治理,搭建滤波器的仿真模型。仿真结果显示:注入电网侧的A相电流总谐波畸变率降低至0.37%,23与25次谐波电流分别降低至2.83 A与2.01 A,电流波形变平滑,表明针对磁场电源设计的滤波器对注入电网的谐波治理效果明显,电网电能质量得到显著提高。     

隔离式双闭环开关电源的系统分析与实验

针对单闭环结构的开关电源受外界干扰时的动态响应速度慢,严重时会造成系统的不稳定问题,采用UC3842电流控制模式控制器,设计了一种基于电流型PWM(Pulse Width Modulation)控制技术的单端反激式隔离开关稳压电源.采用连续建模的状态空问平均法,建立了小信号模型,并利用控制理论,对双闭环反馈控制下的反激式变换器进行了补偿和稳定性分析,分析了其频域特性与系统性能指标之间的关系.实验结果表明:该系统具有快速限流特性,使高频变压器功耗和开关管功耗下降,系统动态响应的快速性和稳定性较好.     

固定边界平衡方程的数值求解

采用基于能量原理的变分法求解等离子体平衡方程,在给定的压强和环向电流密度分布情况下,采用变步长默森法对平衡方程进行了数值求解,得到了D型截面下极向和环向磁场分布.采用NSTX装置参数计算所得结果与文献结果一致.开发的固定边界平衡方程求解程序具有通用性特点,可以模拟不同装置的平衡位型.