KMAX装置中减速场分析仪研究和尘埃加速器系统的设计

发布时间：2020-10-23 03:19

　　 KMAX装置是位于中国科学技术大学的一种新型串节磁镜装置,本论文的内容包括:(1)在该装置上开展的一些诊断工具搭建、运行和研究,例如光学诊断和减速场分析仪诊断;(2)尘埃加速器高压电源的研制、测量和尘埃加速器尘埃源的设计加工和测试。作为大型等离子体研究平台,该装置已经开展离子回旋加热和场反位形等实验;为了对等离子体数据测量,已经陆续安装静电探针、马赫探针、APD光学诊断、减速场分析仪和干涉仪等。其中减速场分析仪(RFA)主要用于离子温度测量。栅网总透射率越大RFA数据的精确性越高,而总透射率和栅网结构有密切联系。通过有限元软件COMSOL对RFA建立基于KMAX装置物理环境的三维模型,分析总透射率和栅网结构透镜效应、网格、栅网分布和离子入射角的关系。透镜效应对于不同能量离子束的影响不同,栅网网格形状、单栅网光学透射率、栅网分布均对总透射率有影响,有效入射角度范围00-100,仿真结果对RFA设计有一定的参考意义。在RFA的实际应用中,快扫带来的电容效应以及仪表放大器频率响应无法达到要求,被迫将扫描方式改为静态扫描确保数据的可靠性。高压电源作为尘埃加速器的重要部分,串激倍压电源拥有结构简单、体积较小便携性强等特点。针对CW倍压电路先通过理论计算和Simulink仿真检测电路方案可行性和优化,再通过COMSOL验证结构的合理性,最后通过导热绝缘胶泥新型绝缘方式实现120kV电压的绝缘,并且自主提出一种100kV以上电压的可视化测量方案。对整个高压系统不仅熟悉了理论基础也积累了高压电源的研制、测量经验。尘埃加速器系统设计和测试解决了快速高真空获取和高真空室内20kV高压馈入,测试表明优化后的尘埃源有效减弱爬电、打火等问题;定性分析了尘埃源内尘埃运动轨迹特点;实验初步表明低能尘埃加速器系统能够实现尘埃带电以及带电尘埃加速飞出;最后分析了带电尘埃测量电感应法的原理,为下一步的测量做好了开端。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O53
【部分图文】：

?提供，２０１８年更换ｗａｓｈｅｒ?ｇｕｎ为等离子体源后在装置两端增加了两个磁场线圈，??中心线圈内径１．６５ｍ，过渡线圈内径１．４０ｍ，子磁镜线圈内径０．９，如图１．３??所示。ＫＭＡＸ装置的零件工程图由ＣＡＤ软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ完成。??Ｉ?ｉ?ｉ??－５?〇?＋５??实验空ｒｔ侧?实酴货朱侧??图１．１?ＫＭＡＸ装置中心磁镜和子磁镜的剖面视图??图１．２?ＫＭＡＸ线性装置（含ｗａｓｈｅｒ?ｇｕｎ和１２个磁场线圈）的实验图??自２０１４年ＫＭＡＸ装置首次实现等离子体放电后，装置和设置均发生了一些??变化。目前己经开展了串列磁镜中偏压对等离子体的研宄、串列磁镜中离子回旋??加热ＩＣＲＨ?（Ｉｏｎ?ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ?ｒｅｓｏｎａｎｃｅ?ｈｅａｔｉｎｇ）加热设备的研制以及场反位形ＦＲＣ??（Ｆｌｅｌｄ－ｒｅｖｅｒｓｅｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）的实验研宄［２６］［２７］。产生磁约束的磁场线圈的供??电系统发生了变化，由前期的高功率电源提供供电，变成了现在由并联超级电容??器脉冲放电形式来提供放电。前期，电源为磁场线圈供电时，磁镜的磁喉处最大??磁场为３．２?ｋＧ；目前，改良为超级电容器并联放电后磁喉处最高磁场为３．６?ｋＧ。??通过调节电流的大小，可以更改每个线圈出的磁场大小，目前所用的磁场位形如??图１．４，也是较为典型的串节磁镜磁场分布。??２??

?提供，２０１８年更换ｗａｓｈｅｒ?ｇｕｎ为等离子体源后在装置两端增加了两个磁场线圈，??中心线圈内径１．６５ｍ，过渡线圈内径１．４０ｍ，子磁镜线圈内径０．９，如图１．３??所示。ＫＭＡＸ装置的零件工程图由ＣＡＤ软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ完成。??Ｉ?ｉ?ｉ??－５?〇?＋５??实验空ｒｔ侧?实酴货朱侧??图１．１?ＫＭＡＸ装置中心磁镜和子磁镜的剖面视图??图１．２?ＫＭＡＸ线性装置（含ｗａｓｈｅｒ?ｇｕｎ和１２个磁场线圈）的实验图??自２０１４年ＫＭＡＸ装置首次实现等离子体放电后，装置和设置均发生了一些??变化。目前己经开展了串列磁镜中偏压对等离子体的研宄、串列磁镜中离子回旋??加热ＩＣＲＨ?（Ｉｏｎ?ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ?ｒｅｓｏｎａｎｃｅ?ｈｅａｔｉｎｇ）加热设备的研制以及场反位形ＦＲＣ??（Ｆｌｅｌｄ－ｒｅｖｅｒｓｅｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）的实验研宄［２６］［２７］。产生磁约束的磁场线圈的供??电系统发生了变化，由前期的高功率电源提供供电，变成了现在由并联超级电容??器脉冲放电形式来提供放电。前期，电源为磁场线圈供电时，磁镜的磁喉处最大??磁场为３．２?ｋＧ；目前，改良为超级电容器并联放电后磁喉处最高磁场为３．６?ｋＧ。??通过调节电流的大小，可以更改每个线圈出的磁场大小，目前所用的磁场位形如??图１．４，也是较为典型的串节磁镜磁场分布。??２??

－５?－４?－３?－２?－１?０?１?２?３?４?５??ｚ（ｍ）??图１．?４?ＫＭＡＸ装置中典型的串节磁镜磁场位形??ＫＭＡＸ串节磁镜装置的真空环境主要有２台机械泵和３台真空分子泵共同??运转来获得，机械泵抽气速率均为２４?Ｌ／ｓ，３台分子泵的抽气速率分别为１２００?Ｌ／ｓ、??１２００Ｌ／Ｓ和２０００Ｌ／Ｓ。两台１２００Ｌ／Ｓ的分子泵安装于ＫＭＡＸ装置子磁镜下部，一??台２０００Ｌ／Ｓ的分子泵安装于中心磁镜上部，分子泵均通过水循环进行冷却。随着??实验开展的需要，真空室中陆续又添加了?ＲＭＦ天线、ＲＦ天线、磁探针和离子能??量分析仪探针，所以抽真空的时间慢慢变长。达到ｌ〇－４Ｐａ的真空环境需要３小时??以上；如果出现漏气等问题一般采用８０号真空封泥进行堵塞，这是非常有效的??办法。??３??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄方成;万树德;李弘;温晓辉;周海洋;刘万东;;KTX反场箍缩实验装置感应加热烘烤除气方案设计[J];真空科学与技术学报;2014年07期

2 李自成;袁保山;;改进型低纹波Cockcroft-Walton倍压电路及其特性研究[J];科学技术与工程;2014年17期

3 孙玄;刘明;谢锦林;余羿;林木楠;张情;;KMAX实验装置中的重点研究问题[J];中国科学技术大学学报;2014年05期

4 潘永强;王飞飞;杭凌侠;弥谦;;栅网式离子能量分析仪的模拟及实验研究[J];真空科学与技术学报;2014年04期

5 杜慧聪;刘方军;张伟;赵晶;;150kV高压逆变电源倍压整流电路仿真[J];北京航空航天大学学报;2014年07期

6 王帅;彭磊;;几种高压开关电源倍压电路的研究[J];通信电源技术;2013年04期

7 谢雄杰;刘琴;霍锋;朱雷;刘云鹏;周国杨;;1000kV与500kV交流同塔输电线路的电晕损耗仿真及试验分析[J];高电压技术;2013年03期

8 陈桂文;张周胜;肖登明;;大功率高压高频变压器模式和损耗分析[J];变压器;2009年01期

9 秦爱玲;秦泓江;麻惠生;鲁宁;;倍压电路中电容串的电压分布分析[J];石油仪器;2008年04期

10 江秀臣;周录波;曾奕;徐青龙;;直流高压发生器设计中的四个关键问题[J];高电压技术;2007年06期

相关博士学位论文 前1条

1 安少辉;高时间分辨TOF探测技术的研究[D];中国科学技术大学;2007年

相关硕士学位论文 前1条

1 张情;KAMX串列磁镜中研究偏压对等离子体的影响[D];中国科学技术大学;2016年

本文编号：2852487