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射频负离子源中性束关键参数监控报警系统研制

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核聚变与等离子体物理 2024年第2期44卷 183-190页

作者：王泽胡纯栋谢亚红刘伟崔庆龙赵远哲许永建班挺段练中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

为有效解决射频负离子源实验运行中关键参数监控不集中、报警不及时等问题,设计并开发了基于实验物理与工业控制系统(EPICS)架构的射频负离子源中性束关键参数监控报警系统。通过Phoebus集成开发平台实现监控报警界面的开发,基于Channel... 详细信息

为有效解决射频负离子源实验运行中关键参数监控不集中、报警不及时等问题,设计并开发了基于实验物理与工业控制系统(EPICS)架构的射频负离子源中性束关键参数监控报警系统。通过Phoebus集成开发平台实现监控报警界面的开发,基于Channel Access(CA)协议和s7nodave设备驱动模块实现EPICS与LabVIEW、PLC的跨平台集成。系统目前已在射频负离子源测试实验中正常运行,实现对中性束注入关键参数的可视化实时监控、故障报警和故障追踪,为射频负离子源中性束实验的正常运行提供了可靠的保障。

关键词：负离子源 EPICS Phoebus 实时监控故障报警

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无氧铜表面玻璃绝缘层烧制工艺研究

绝缘材料 2024年第4期57卷 82-87页

作者：吴亮亮梁立振钱玉忠吕迅许吉禅孟献才陶鑫胡纯栋安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽合肥230031 合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

为解决天线内置型射频等离子体中无氧铜线圈的匝间绝缘问题,本文研究了一种能够在无氧铜表面烧制玻璃绝缘层的工艺,并详细研究该工艺中不同表面处理方式、粘结剂、烧制温度等因素对玻璃绝缘层性能的影响。结果表明:对无氧铜表面进行酸... 详细信息

为解决天线内置型射频等离子体中无氧铜线圈的匝间绝缘问题,本文研究了一种能够在无氧铜表面烧制玻璃绝缘层的工艺,并详细研究该工艺中不同表面处理方式、粘结剂、烧制温度等因素对玻璃绝缘层性能的影响。结果表明:对无氧铜表面进行酸洗预处理相对于碱洗能够显著提高低温釉料在铜表面的润湿性,减少绝缘层表面“孔隙”的产生;同时添加适量的Na_(2)SiO_(3)·5H_(2)O粘结剂能够改善玻璃绝缘层与铜表面的界面结合效果,并提高玻璃绝缘层表面的硬度;此外,绝缘层表面硬度随着烧制温度的升高逐步提高,且绝缘层表面的“孔隙”数量逐步减少;最终根据该工艺制备了表面烧制玻璃绝缘层的无氧铜线圈天线,实现了长时间的放电维持,有效解决了放电过程中匝间的绝缘问题。

关键词：玻璃绝缘层低温釉表面处理方式粘结剂烧制温度

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Experimental results of a magnetic field modification to the radio frequency driver of a negative ion source

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Plasma Science and Technology 2024年第4期26卷 162-167页

作者：谢俊炜谢亚红韦江龙梁立振彭旭峰杨宇雯顾玉明胡纯栋谢远来 Institute of Plasma Physics Hefei Institutes of Physical ScienceChinese Academy of SciencesHefei 230031People’s Republic of China University of Science and Technology of China Hefei 230026People’s Republic of China

A magnetic field produced by a current flowing through the plasma grid(PG) is one of the solutions to reduce the collisional loss of negative ions in a negative ion source, which reduces the electron temperature in front of the PG. However, the magnetic field diffused into the driver has some influence on the plasma outflowing. In order to investigate the effect of changing this magnetic field on the outflowing of plasma from the driver, a circular ring(absorber) of high permeability iron has been introduced at the driver exit, which can reduce the magnetic field around it and improve plasma outflowing. With the application of the absorber, the electron density is increased by about 35%, and the extraction current measured from the extraction grid is increased from 1.02 A to 1.29 A. The results of the extraction experiment with cesium injection show that both the extraction grid(EG) current and H-current are increased when the absorber is introduced.

关键词： neutral beam injection negative ion source magnetic filter radio frequency ion source

大面积单激励器射频离子源等离子体均匀性分析

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能源研究与管理 2024年第1期16卷 138-144页

作者：杨立鑫陈俞钱谢亚红彭旭峰梁立振胡纯栋东华理工大学核科学与工程学院南昌330013 中国科学院合肥物质研究院等离子体物理研究所合肥230031

为了提高等离子体分布均匀度,基于有限元分析法与实验相结合的方法,从射频离子源驱动器尺寸和引出区尺寸2个方面对单驱动射频离子源放电室进行设计。模拟研究结果表明,电子均匀度的增长幅度随驱动器尺寸的大小变化比较缓慢。根据不同驱... 详细信息

为了提高等离子体分布均匀度,基于有限元分析法与实验相结合的方法,从射频离子源驱动器尺寸和引出区尺寸2个方面对单驱动射频离子源放电室进行设计。模拟研究结果表明,电子均匀度的增长幅度随驱动器尺寸的大小变化比较缓慢。根据不同驱动器尺寸电子密度分布研究结果,在引出区尺寸为320 mm时,电子均匀度能够满足90%的要求。根据实验研究结果表明,在引出区尺寸为320 mm时电子分布均匀且均匀度>90%,并与模拟结果相吻合。因此,为使得等离子体分布均匀度能够达到要求,离子源放电室底部引出面附近引出区尺寸应该设计为320 mm。

关键词：射频离子源驱动器尺寸引出区尺寸电子均匀度

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基于TDLAS的气体检测技术对比与分析

计量与测试技术 2024年第4期51卷 35-39页

作者：柳山虎吴勇梁立振谢亚红韦江龙胡纯栋山东建筑大学理学院中国科学院合肥物质科学研究院安徽建筑大学

根据可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术测量气体浓度的基本原理,对三种主要测量方法,即直接吸收光谱技术(DAS)、波长调制技术(WMS)、频率调制光谱技术(FMS)进行详细分析,并根据TDLAS技术的应用情况,分别将系统组成、技术要点、检测... 详细信息

根据可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术测量气体浓度的基本原理,对三种主要测量方法,即直接吸收光谱技术(DAS)、波长调制技术(WMS)、频率调制光谱技术(FMS)进行详细分析,并根据TDLAS技术的应用情况,分别将系统组成、技术要点、检测极限、系统成本和适用环境进行对比分析。

关键词：可调谐半导体激光吸收光谱气体检测检测限

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紧凑型氘氘中子发生器中钛自成靶实验研究

真空科学与技术学报 2024年第10期44卷 922-928页

作者：冯子楠徐伟李旭吴亮亮孟献才王纪超钱玉忠王维海耿成龙梁立振胡纯栋安徽理工大学材料科学与工程学院淮南232000 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 合肥230031

靶作为氘氘中子发生器关键部件之一,其性能直接影响了中子发生器的中子产额及其稳定运行。文章从钛自成靶的设计、制备、表征及测试四个方面系统的介绍了中子发生器中靶的关键技术实验研究。首先,为满足靶的温度控制需求,采用无氧铜作... 详细信息

靶作为氘氘中子发生器关键部件之一,其性能直接影响了中子发生器的中子产额及其稳定运行。文章从钛自成靶的设计、制备、表征及测试四个方面系统的介绍了中子发生器中靶的关键技术实验研究。首先,为满足靶的温度控制需求,采用无氧铜作为靶基底材料,并在其内部开设套环式主动水冷回路。通过ANSYS热工模拟靶在加速器运行时的表面温升情况,并利用电子枪轰击测试靶表面实际温度变化情况。模拟和测试结果表明,在中子发生器运行期间,靶表面温度可以有效控制在200℃以内。随后,利用直流磁控溅射技术在无氧铜靶衬底表面制备微米级高纯靶膜。并且,利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和划痕仪研究了靶膜表面的微观结构、成分及膜基结合力。结果表明利用磁控溅射制备的钛膜表面十分均匀紧凑,以六方晶系结构的α-Ti沉积在靶衬底表面,钛膜与基底的膜基结合力为0.22 N。最后,在感应耦合型中子发生器中子产额达到了1.25×10^(8)n/s,电子回旋共振中子发生器中子产额达到了1.75×10^(8)n/s,都实现了稳定运行5 h。

关键词：中子发生器自成靶磁控溅射钛膜

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不同冷却剂对感性耦合等离子体性能的影响

真空与低温 2024年第3期30卷 343-348页

作者：陶鑫梁立振王宾钱玉忠吴亮亮肖金龙孟献才胡纯栋安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031

感性耦合等离子体(ICP)源作为聚变中性束注入(NBI)加热系统的关键部件,其工作过程中会产生大量的热量,不仅会影响装置真空,还会导致等离子体阻抗发生变化,进而对射频功率馈入产生一定的影响,因此有必要对放电腔体进行冷却。设计了双层... 详细信息

感性耦合等离子体(ICP)源作为聚变中性束注入(NBI)加热系统的关键部件,其工作过程中会产生大量的热量,不仅会影响装置真空,还会导致等离子体阻抗发生变化,进而对射频功率馈入产生一定的影响,因此有必要对放电腔体进行冷却。设计了双层玻璃筒放电腔体以实现对放电腔体的主动冷却,并定量研究了不同冷却剂(去离子水、纯净水、氟化液等)情况下对ICP放电的影响。实验结果表明,在双层玻璃筒中间层主动通入冷却剂能够有效避免等离子体热负荷对放电腔体真空度的影响。采用氟化液作为冷却剂时,等离子体阻抗值最低,对等离子体电子密度提升最大,较采用去离子水和纯净水最大高出约15.3%和18%。通过比较冷却剂的体积电阻率和相对介电常数发现,冷却剂的相对介电常数与等离子体电子密度和等效阻抗的变化呈现出负相关性,即在放电腔体温度不变情况下,相对介电常数越低等效阻抗也越低,等离子体密度也越高。实验结果对于感性耦合等离子体放电腔体的设计及冷却剂的选择具有指导意义。

关键词：感性耦合等离子体冷却剂氟化液阻抗特性相对介电常数

基于全永磁微波离子源钛自成靶的D-D中子源设计研究

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真空与低温 2024年第3期30卷 336-342页

作者：李旭廖晨伦谢亚红曹小岗洪兵梁立振顾玉明胡纯栋孟献才合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室合肥230031 东华理工大学核科学与工程学院南昌330032 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031

介绍了一种基于全永磁微波离子源钛自成靶技术的紧凑型氘氘(D-D)中子源,其设计中子产额为1×10^(9)s^(-1)。该D-D中子源已经进行了800 h以上的测试,系统可重复稳定运行。早期测试结果显示,系统打火频率高、中子产额低,长时间放电后反向... 详细信息

介绍了一种基于全永磁微波离子源钛自成靶技术的紧凑型氘氘(D-D)中子源,其设计中子产额为1×10^(9)s^(-1)。该D-D中子源已经进行了800 h以上的测试,系统可重复稳定运行。早期测试结果显示,系统打火频率高、中子产额低,长时间放电后反向电子会烧蚀Al2O3陶瓷窗,导致微波耦合困难,氘等离子体无法点亮。通过在等离子体腔室中添加氮化硼(BN)保护片以及在钛靶与高压电极之间增加电子抑制电阻,有效抑制了Al2O3陶瓷窗的损伤。通过对等离子体电极孔径的优化和降低腔室压力,降低了打火频率,提高了中子的产额。系统优化后,氘离子能量为70 keV、束流强度为5 mA时,中子产额达到了2.0×10^(8)s^(-1)。在氘离子能量为97 keV、束流强度为6.6 mA时,系统中子产额达到5.2×10^(8)s^(-1)。

关键词：微波离子源氘氘核反应钛自成靶中子源

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利用密度反馈实现离子源长脉冲放电

强激光与粒子束 2009年第9期21卷 1331-1334页

作者：刘胜胡纯栋中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

介绍了等离子体密度对离子源放电的影响,为了获得长脉冲放电,采用朗缪尔探针测量等离子体密度并反馈调节离子源放电。基于朗缪尔探针测量,设计了控制部分硬件与软件构架,建立了离子源等离子体密度反馈控制系统,并成功地应用于离子源等... 详细信息

介绍了等离子体密度对离子源放电的影响,为了获得长脉冲放电,采用朗缪尔探针测量等离子体密度并反馈调节离子源放电。基于朗缪尔探针测量,设计了控制部分硬件与软件构架,建立了离子源等离子体密度反馈控制系统,并成功地应用于离子源等离子体放电实验,通过反馈调节实验进气,得到了长达4.5 s的长脉冲放电,为中性束注入稳态运行提供了依据。

关键词：离子源朗缪尔探针密度反馈控制长脉冲放电