EAST装置偏滤器靶板的可靠性研究

发布时间：2020-05-10 21:13

【摘要】：作为托卡马克装置内部的重要部件之一,偏滤器在强磁场环境中承受着高温等离子体的能量和高能粒子的冲击,是能量和粒子排出装置真空室的关键通道,同时还起到控制等离子体杂质的重要作用。在托卡马克装置运行的过程中,直接面向等离子体的偏滤器靶板在巨大的电磁载荷和热载荷作用下,呈现出多种失效模式,将会阻碍等离子体实验的正常进行,甚至损坏装置主机。因此,开展EAST装置偏滤器靶板的可靠性研究具有十分重要的意义。通过阐述能源利用的现状,引入了受控核聚变和托卡马克装置研究的相关内容,描述了偏滤器的发展。随后,展示了可靠性研究的历程,介绍了广义概念下可靠性的相关内容,并给出了目前主流的可靠性研究方法。根据对EAST装置偏滤器靶板可靠性的相关调研,总结了偏滤器靶板以材料的失效和功能的失效为主的一系列失效模式,分析了偏滤器靶板失效模式的原因,并统计了EAST装置下偏滤器靶板失效模式的相关数据和分布。基于最大期望值算法,对Halo电流在EAST装置上偏滤器靶板的峰值分布进行建模,构建了Halo电流峰值分布的高斯混合模型。依据上偏滤器靶板的等效结构以及设计参数,得到了上偏滤器靶板结构的极限状态方程。在此基础上,利用蒙特卡罗方法计算了EAST装置上偏滤器靶板的失效概率与可靠概率,结果显示了Halo电流作用下上偏滤器靶板结构极高的安全裕度。最后,根据实验运行中EAST装置上偏滤器靶板的现状,对计算得到的Halo电流作用下上偏滤器靶板的结构可靠度进行了分析。利用IDEF(?)方法,对EAST装置下偏滤器靶板自上而下从主要功能到基本功能进行了功能分析。依据失效模式的发生频率等级和严重程度等级,应用可靠性参数的估计,定性和定量评估了下偏滤器靶板的失效模式,并根据失效模式的风险水平,提出了EAST装置下偏滤器靶板风险缓解措施的建议。在此基础上,利用BlockSim软件计算了下偏滤器靶板初始和期望的可靠性与可用性。结果表明,采取风险缓解措施后,EAST装置下偏滤器靶板的期望可靠性与可用性相比初始可靠性与可用性均有所提高。最后,基于实验运行中EAST装置下偏滤器靶板的现状,对计算得到的EAST装置下偏滤器靶板的可靠性与可用性进行了分析。EAST装置偏滤器可靠性研究的相关工作还处于发展阶段,通过已经完成的工作,能够为EAST装置偏滤器的升级与改造提供依据,并为未来的聚变反应堆提供参考。
【图文】：

托卡马克装置,苏联

图１．２托卡马克装置逡逑托卡马克装置及其偏滤器逡逑．１托卡马克装置逡逑马克装置的概念诞生于２０世纪５０年代，由苏联科学家塔姆和［１４］。１９５４年，苏联开始设计建造世界上第一个托卡马克装置Ｔ－

实验堆,热核聚变,国际,托卡马克装置

图１．２托卡马克装置逡逑１．３托卡马克装置及其偏滤器逡逑１．３．１托卡马克装置逡逑托卡马克装置的概念诞生于２０世纪５０年代，由苏联科学家塔姆和萨哈罗夫逡逑共同提出［１４］。１９５４年，苏联开始设计建造世界上第一个托卡马克装置Ｔ－ｌｆ１５］，经逡逑过十几年的研宄，获得了一批具有参考价值的等离子体参数。随着研宄的深入，逡逑已经陆续开展托卡马克研究的各个国家都意识到了研宄在物理上的复杂程度和逡逑工程上的技术难度。以１９５８年举行的第二届和平利用原子能会议为标志，磁约逡逑束核聚变研宄开始了国际间的交流与合作。１９６５年和１９６８年，苏联科学家在相逡逑关国际会议上先后报告了邋Ｔ－３装置和ＴＭ－３装置上取得的进展，等离子体的相关逡逑参数都有了很大的提高［１６］。这极大鼓舞了国际上的研宄热情，磁约束核聚变的研逡逑宄也发生了重要转变
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL631.24

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