稳态中性束注入器束偏转系统研究与优化设计
发布时间：2021-02-13 03:16
中性束注入加热（Neutral Beam Injection,简称NBI）加热是托卡马克磁约束核聚变实验装置上主要的加热手段。束偏转系统是中性束注入器实现束流中性化的核心设备,它的性能决定了中性束注入器装置的安全和工作效率。本课题分析了束偏转系统束流传输特性,开展了束传输系统的物理设计；应用泊松程序、ANSYS等软件对相关设计内容进行了电磁特性、热力学性能仿真研究；根据仿真分析结果优化了束偏转系统相关设计,并对优化后的束偏转系统开展了相关实性能测试和验研究；针对未来发展需要，开展电偏转系统物理设计的预研工作。首先,分析磁偏转系统束传输特性,研究了EAST-NBI偏转磁体水冷结构,磁场分布,探究了EAST-NBI偏转磁体工作在稳态情况下可能出现的运行安全问题,开展了完善的偏转磁体物理设计分析。同时,针对EAST-NBI偏转磁体不能适应NBI稳态运行的情况,在不改变原偏转磁体的电磁参数和几何结构的前提下,仅对其水冷结构做了很小的改动。经理论计算和实验测试证明,在现有束能量下,改进后的偏转磁体完全能满足EAST-NBI稳态运行的需要。其次,应用泊松程序、ANSYS等软件对上述物理设计所获得的...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．７?ＥＡＳＴ－ＮＢＩ中性束注入器结构示意图??
ＥＡＳＴ提供辅助加热，现己顺利研制成功并投入使用。两套系统分别沿正、反切??向注入到托卡马克内的等离子体中。??ＥＡＳＴ中性束注入器结构如图１．７所示，每台中性束注入器包括两台强流??离子源，且两束流８。４０＇的夹角向会聚方向传输。为了提高装置运行的灵活??性和维护方便．注入器为两台离子源分别提供独立的束流通道：根据中性束传??输的Ｓ个基本过程（束的中性化、剰余离子的偏转、束的传输），其主真空室??设计为Ｓ段圆筒形结构，各内部部件分别安装在其中。第一段真空室主要安装??中性化室、离子吞食器和后低温冷凝屏；剰余离子偏转系统则安装在注入器真??空室的第二段；真空室第Ｈ段主要涉及束的漂移，形成中性束注入器与托卡马??克装置连接所需的梯度分布的真空系统，前低温冷凝屏和功率测量被安装在这??里。?Ｉ??巧｜?一。一??Ｎｗｏｉｌ?口行?１?Ｃｎｏｐｕｎ＾ｉ?Ｃ？Ｊｏｎｎ？？ｎ?ＣｏｆｌａｎｊｉｏＭ??Ｔｕｒｔ＞ｏ?ｐｕｎ＾?Ｉｏｎ?Ｄｍｐ＾???ＮＵｇａｒｔｉ??图１．７?ＥＡＳＴ－ＮＢＩ中性束注入器结构示意图??
方面可屏蔽ＩＴＥＲ称散磁场对中性束注入器的影响：另一方面，可＾文用来防护Ｉ??ＴＥＲ对中性束注入器的部分福射。通过Ｗ上的磁屏蔽手段，设计者希望中性束??注入器剰余离子偏转系统区域的ＩＴＥＲ弥散磁场小于５０ＧＳ，如图１．?９所示。??…＂＂一，??ｃｏｎ?Ｍａ?ｔ??、皿?Ｉ??ｔ／ＰＰ＃?牐椋停茫簦牐悖铮??＇?Ｉ??＼?ｗｒ？ｗｗｒ?ＣＯ＂??／?—?＼?ｃｏｎ?Ｍｏ?．?２???０〇＂〇ｔｆ?ｕｔＭｉ?ｃｏｎ?／??化．Ｊ?／??图１．９?ＩＴＥＲ中性束注入器磁屏蔽装置的结构示意图??１．７．５稳态中性束注入器的相关模拟研究??近年来，随着计算机技术和计算方法的迅猛发展，科研人员己经开始利用??计算机对中性束注入器的一些物理过程进行计算和仿真模拟，用指导工程建??造过程中的设计优化和问题解决。将计算机模拟结果和实际测试结果作对比，??又能对计算和模掛进行修正，从而使得计算机模拟结果和实际实验结果更加吻??合，利用模拟结果更好地指导实践。利用计算机对中性束注入器进行计算和模??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]EAST-NBI偏转磁体线圈水冷能力分析与测试研究[J]. 赵祥学,王艳,梁立振,胡纯栋,韦江龙. 核技术. 2014(12)
[2]Design of the reflection magnet and its shielding effect analysis for the neutral beam injector of EAST[J]. LIANG Lizhen HU Chundong XIE Yuanlai WEI Jianglong XIE Yahong LI Jun Institute of Plasma Physics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China. Nuclear Science and Techniques. 2011(02)
[3]Modeling process of the neutral beam re-ionization loss[J]. 梁立振,胡纯栋,谢远来,谢亚红,NBI组. 中国物理C. 2010(07)
[4]HL-2A托卡马克装置的工程和实验概况[J]. 李强. 原子能科学技术. 2009(S2)
[5]带电粒子的电偏转和磁偏转[J]. 靳广芬. 物理通报. 1997(06)
博士论文
[1]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014
[2]新时期国家能源发展战略问题研究[D]. 李文华.南开大学 2013
本文编号：3031879
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．７?ＥＡＳＴ－ＮＢＩ中性束注入器结构示意图??
ＥＡＳＴ提供辅助加热，现己顺利研制成功并投入使用。两套系统分别沿正、反切??向注入到托卡马克内的等离子体中。??ＥＡＳＴ中性束注入器结构如图１．７所示，每台中性束注入器包括两台强流??离子源，且两束流８。４０＇的夹角向会聚方向传输。为了提高装置运行的灵活??性和维护方便．注入器为两台离子源分别提供独立的束流通道：根据中性束传??输的Ｓ个基本过程（束的中性化、剰余离子的偏转、束的传输），其主真空室??设计为Ｓ段圆筒形结构，各内部部件分别安装在其中。第一段真空室主要安装??中性化室、离子吞食器和后低温冷凝屏；剰余离子偏转系统则安装在注入器真??空室的第二段；真空室第Ｈ段主要涉及束的漂移，形成中性束注入器与托卡马??克装置连接所需的梯度分布的真空系统，前低温冷凝屏和功率测量被安装在这??里。?Ｉ??巧｜?一。一??Ｎｗｏｉｌ?口行?１?Ｃｎｏｐｕｎ＾ｉ?Ｃ？Ｊｏｎｎ？？ｎ?ＣｏｆｌａｎｊｉｏＭ??Ｔｕｒｔ＞ｏ?ｐｕｎ＾?Ｉｏｎ?Ｄｍｐ＾???ＮＵｇａｒｔｉ??图１．７?ＥＡＳＴ－ＮＢＩ中性束注入器结构示意图??
方面可屏蔽ＩＴＥＲ称散磁场对中性束注入器的影响：另一方面，可＾文用来防护Ｉ??ＴＥＲ对中性束注入器的部分福射。通过Ｗ上的磁屏蔽手段，设计者希望中性束??注入器剰余离子偏转系统区域的ＩＴＥＲ弥散磁场小于５０ＧＳ，如图１．?９所示。??…＂＂一，??ｃｏｎ?Ｍａ?ｔ??、皿?Ｉ??ｔ／ＰＰ＃?牐椋停茫簦牐悖铮??＇?Ｉ??＼?ｗｒ？ｗｗｒ?ＣＯ＂??／?—?＼?ｃｏｎ?Ｍｏ?．?２???０〇＂〇ｔｆ?ｕｔＭｉ?ｃｏｎ?／??化．Ｊ?／??图１．９?ＩＴＥＲ中性束注入器磁屏蔽装置的结构示意图??１．７．５稳态中性束注入器的相关模拟研究??近年来，随着计算机技术和计算方法的迅猛发展，科研人员己经开始利用??计算机对中性束注入器的一些物理过程进行计算和仿真模拟，用指导工程建??造过程中的设计优化和问题解决。将计算机模拟结果和实际测试结果作对比，??又能对计算和模掛进行修正，从而使得计算机模拟结果和实际实验结果更加吻??合，利用模拟结果更好地指导实践。利用计算机对中性束注入器进行计算和模??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]EAST-NBI偏转磁体线圈水冷能力分析与测试研究[J]. 赵祥学,王艳,梁立振,胡纯栋,韦江龙. 核技术. 2014(12)
[2]Design of the reflection magnet and its shielding effect analysis for the neutral beam injector of EAST[J]. LIANG Lizhen HU Chundong XIE Yuanlai WEI Jianglong XIE Yahong LI Jun Institute of Plasma Physics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China. Nuclear Science and Techniques. 2011(02)
[3]Modeling process of the neutral beam re-ionization loss[J]. 梁立振,胡纯栋,谢远来,谢亚红,NBI组. 中国物理C. 2010(07)
[4]HL-2A托卡马克装置的工程和实验概况[J]. 李强. 原子能科学技术. 2009(S2)
[5]带电粒子的电偏转和磁偏转[J]. 靳广芬. 物理通报. 1997(06)
博士论文
[1]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014
[2]新时期国家能源发展战略问题研究[D]. 李文华.南开大学 2013
本文编号：3031879
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