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双驱动射频负氢离子源匹配网络设计与实验研究

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强激光与粒子束 2024年第1期36卷 155-160页

作者：阳璞琼李宇乾蒋才超潘军军刘波陈世勇谢远来南华大学电气工程学院湖南衡阳421001 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

随着磁约束聚变实验装置对中性束注入器的输出束流强度与脉冲时间的要求越来越高,开展高功率大面积射频离子源的研究迫在眉睫。为了实现大面积、高密度均匀等离子体放电,基于多驱动射频离子源的设计是当前的发展趋势,而阻抗匹配网络是... 详细信息

随着磁约束聚变实验装置对中性束注入器的输出束流强度与脉冲时间的要求越来越高,开展高功率大面积射频离子源的研究迫在眉睫。为了实现大面积、高密度均匀等离子体放电,基于多驱动射频离子源的设计是当前的发展趋势,而阻抗匹配网络是射频功率源将最大功率输送至线圈并耦合至等离子体的关键,故对其结构设计和调谐特性的研究是不可或缺的。基于前期在单驱动射频离子源的研究基础上,结合双驱动射频离子源的放电需求,开展了双驱动阻抗匹配网络优化结构的设计与分析,通过实验中对匹配网络的调谐,成功实现了140 kW高功率和25 kW/1 000 s长脉冲的稳定运行。随后在等离子体稳定放电的基础上研究了两个驱动器之间的功率分配均匀性问题,实验结果表明了该匹配网络的优化设计合理可行,上下驱动器的射频功率分配基本均匀。

关键词：中性束注入系统双驱动射频离子源阻抗匹配射频功率传输系统等离子体

大功率射频负离子源等离子体发光监测系统的研制

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核技术 2024年第5期47卷 29-36页

作者：李玉凡阳璞琼韦江龙刘波彭旭峰杨宇雯李宇乾谢远来南华大学电气工程学院衡阳421001 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

基于射频波驱动的负离子源已成为未来中性束注入系统的首选方案。为监测大功率射频负离子源的各个激励器的等离子体放电状态,设计并搭建了基于光电二极管的等离子体发光监测系统。等离子体发光强度与特定碰撞发生次数、碰撞粒子密度、... 详细信息

基于射频波驱动的负离子源已成为未来中性束注入系统的首选方案。为监测大功率射频负离子源的各个激励器的等离子体放电状态,设计并搭建了基于光电二极管的等离子体发光监测系统。等离子体发光强度与特定碰撞发生次数、碰撞粒子密度、碰撞粒子能量等密切相关。因此,等离子体发光强度能够定性反映出等离子体参数;基于合理的碰撞辐射模型,同时通过分析等离子体特征谱线强度,能够定量地得到等离子体参数。据此,该系统通过实时采集不同位置的等离子体发光强度信息,并以电压信号形式展现并保存下来,用于上位机实时监测和后数据处理。实验结果表明:本系统能够准确、在线地测量射频激励器内的等离子体的激发、维持和熄灭过程,且等离子体发光强度与射频爬坡放电功率具有较好的线性度,并测试了等离子体电流产生的过滤磁场对等离子体发光信号的影响。

关键词：负离子源中性束注入等离子体诊断光电二极管

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NEG泵抽气性能仿真模拟与测试系统设计

真空科学与技术学报 2024年第2期44卷 139-145页

作者：王姣龙王国栋刘霄蔡洋洋张峰陈长琦谢远来合肥工业大学机械工程学院合肥230009 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

烧结型非蒸散吸气剂(NEG)泵HV400具有对氢及氢同位素有很高的亲和力,即使室温状态下也能发生吸附效应。为了适用于EAST托卡马克中性束注入器工作条件下稳定抽气,针对HV400的抽气性能开展了模拟仿真和实验研究。采用Molflow软件仿真分析... 详细信息

烧结型非蒸散吸气剂(NEG)泵HV400具有对氢及氢同位素有很高的亲和力,即使室温状态下也能发生吸附效应。为了适用于EAST托卡马克中性束注入器工作条件下稳定抽气,针对HV400的抽气性能开展了模拟仿真和实验研究。采用Molflow软件仿真分析了工作状态下不同进气量的压力分布规律与抽气性能,得到了系统平衡压力与进气量以及抽速随着平衡压力而变化的特性曲线,发现三种气体在10^(-3)~10^(-2)Pa时抽速有微小起伏,表明HV400对H_(2)、CO_(2)和N2抽气性能稳定,评估结果与实际抽速相比误差分别为1.95%、3.13%和2.09%,均在合理误差范围内。基于标准化流量计法完成了NEG泵抽速测试系统设计与平台搭建,并进行了抽速性能测试实验,实验结果与仿真模拟都验证了系统设计的可行性,且在10-3Pa量级下抽氢效果最好,为NEG泵在中性束注入器的真空系统设计提供了理论依据和技术支持。

关键词：非蒸散吸气剂泵中性束注入器抽速测试罩 Molflow

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一种高性能非蒸散型吸气剂的性能分析

真空科学与技术学报 2024年第6期44卷 503-510页

作者：王国栋刘霄王姣龙蔡洋洋张峰陈长琦谢远来合肥工业大学机械工程学院合肥230009 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

非蒸散型吸气剂(NEG)是高真空和超高真空系统维持真空度的重要材料,具有高稳定性和高气体吸附性能,文章采用粉末冶金的方法制备出Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂,并基于小孔流导法搭建了一套吸气剂性能测试的高真空系统,分别测试... 详细信息

非蒸散型吸气剂(NEG)是高真空和超高真空系统维持真空度的重要材料,具有高稳定性和高气体吸附性能,文章采用粉末冶金的方法制备出Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂,并基于小孔流导法搭建了一套吸气剂性能测试的高真空系统,分别测试了气体种类及工作温度对吸气剂性能的影响,实验结果表明:Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂对H_(2)、CO_(2)、N2都有很好的吸气性能,其对H_(2)的吸气性能远超N2和CO_(2),但它不吸收He等惰性气体,不同工作温度对吸气性能有很大差异,其最佳工作温度为200℃。利用X射线衍射图谱(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)及能量色散图谱(EDS)对吸气剂进行晶相、形貌和成分分析,结果表明Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂表面呈现多孔状结构,其主要由α-Zr基固溶体、C15 Laves相及少量Zr_(x)Al_(y)化合物组成,多孔的结构及α-Zr基固溶体、C15 Laves相的高比例有利于吸气剂对活性气体的吸附,因此Zr_(59.46)V_(29.81)Al_(10.73)吸气剂展现出较好的性能。

关键词：非蒸散型吸气剂粉末冶金性能测试形貌分析晶相结构

Design of the reflection magnet and its shielding effect analysis for the neutral beam injector of EAST

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Nuclear Science and Techniques 2011年第2期22卷 70-76页

作者： LIANG Lizhen HU Chundong xie yuanlai WEI Jianglong xie Yahong LI Jun Institute of Plasma Physics Chinese Academy of Sciences Hefei 230031 China

In this paper,a reflection magnet to be installed in the EAST neutral beam injection system is simulated and *** field intensity of reflection magnet of 42-cm maximum bending radius is about 1.539×10-1 T for 100 keV deuterium *** shielding cage is formed by *** the ANSOFT software,the magnetic shielding effect was estimated at about 3% at the magnet pole region.

关键词：中性束注入系统屏蔽效果效果分析设计反射磁铁 Ansoft软件磁场强度

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基于4 K制冷机的低温泵抽气单元性能分析

真空科学与技术学报 2024年第4期44卷 318-324页

作者：江耀谢远来田焜王姣龙连振午汪谦旭洪慧慧潘卓王昉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 合肥工业大学合肥230009

中性束注入实验单元系统调试和小尺寸样机验证测试需要真空环境支持,针对实验气体负载性质与真空要求,探索研制外置式制冷机低温泵。设计了一种基于单台4 K制冷机的低温泵并开展抽气单元性能分析,采用ANSYS热分析方法研究抽气单元热学性... 详细信息

中性束注入实验单元系统调试和小尺寸样机验证测试需要真空环境支持,针对实验气体负载性质与真空要求,探索研制外置式制冷机低温泵。设计了一种基于单台4 K制冷机的低温泵并开展抽气单元性能分析,采用ANSYS热分析方法研究抽气单元热学性能,得到了不同气体热负载下的温度分布,结果表明,抽气面温度处于5 K左右,能够有效抽除H_(2)、He等难凝性气体。采用MOLFLOW对连接抽速测试系统的低温泵进行了气体粒子运动模拟,验证了抽气单元设计的合理性,并模拟得到气体捕获系数为0.409;探究了气体负载对抽气性能的影响,结果表明,受温升影响,泵的抽速波动较小,抽气性能良好。研究方法与结果为实验用制冷机低温泵的研制提供了有益参考。

关键词：中性束注入加热低温泵真空 4 K制冷机

Analysis of the characteristics of the plasma of an RF driven ion source for a neutral beam injector

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Plasma Science and Technology 2020年第2期22卷 109-114页

作者： Yongjian XU Li ZHANG Chundong HU Yahong xie Caichao JIANG Jianglong WEI Lizhen LIANG yuanlai xie Institute of Plasma Physics Chinese Academy of SciencesHefei 230031People's Republic of China Nuclear Power Institute of China Chengdu 10213People’s Republic of China

A radio frequency(RF)driven ion source is a very important component of a neutral beam injector for large magnetic confinement fusion *** order to study the key technology and physics of an RF driven ion source for a neutral beam injector in China,an RF ion source test facility was developed at the Institute of Plasma Physics,Chinese Academy of *** this paper,a two-dimensional fluid model is used to simulate the fundamental physical characteristics of RF plasma *** results show the relationship of the characteristics of plasma(such as electron density and electron temperature)and RF power and gas *** order to verify the effectiveness of the model,the characteristics of the plasma are investigated using a Langmuir *** this paper,experimental and simulation results are presented,and the possible reasons for the discrepancies between them are *** paper can help us understand the characteristics of RF plasma discharge,and give a basis for further R&D for an RF ion source.

关键词： RF ion source numerical simulation neutral beam injection inductive coupled plasma

First results of negative ion extraction with Cs for CRAFT prototype negative beam source

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Plasma Science and Technology 2021年第1期23卷 3-7页

作者： Yahong xie Chundong HU Jianglong WEI Yongjian XU Caichao JIANG Yuming GU Yuanzhe ZHAO Lizhen LIANG yuanlai xie Institute of Plasma Physics Chinese Academy of SciencesHefei 230031People’s Republic of China

In order to understand the physics and pre-study the engineering issues for radio frequency(RF)negative beam source,a prototype source with a single driver and three-electrode accelerator was ***,the beam source was tested on the RF source test facility with RF plasma generation,negative ion production and extraction.A magnetic filter system and a Cs injection system were employed to enhance the negative ion *** a result,a long pulse of 105 s negative ion beam with current density of 153 A m-2 was repeatedly extracted *** source pressure is 0.6 Pa and the ratio of co-extracted electron and negative ion current is *** details of design and experimental results of beam source were shown in this letter.

关键词： neutral beam injector RF ion source negative ion source long pulse Cs feeding

Hefei utility negative ions test equipment with RF source:commissioning and first results

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Plasma Science and Technology 2018年第12期20卷 125-131页

作者： Jianglong WEI Yahong xie Caichao JIANG Lizhen LIANG Qinglong CUl Shiyong CHEN Yongjian XU Yan WANG Li ZHANG yuanlai xie Chundong HU Institute of Plasma Physics Chinese Academy of SciencesHefei 230031People＇s Republic of China University of Science and Technology of China Hefei 230026People＇s Republic of China

In order to study the key technology and physics of RF driven negative ion source for neutral beam injector in China, the Hefei utility negative ions test equipment with RF source was developed at Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences（ASIPP）. Its negative ion source can be equipped with single or double RF drivers. There is a plasma expansion chamber with depth of 19 mm and an enhanced filter field. A three electrodes negative ion accelerator was employed to extract and accelerate the negative ions, which are plasma grid,extraction grid and ground grid. And there are several diagnostic tools for the plasma and beam parameters measurement. The characteristics of plasma generation, negative ion production and extraction were studied on the test equipment. The negative ion beam was extracted from the RF driven negative ion source for the first time. The detailed structure and main results are presented in this article.

关键词： neutral beam injection negative ion source CFETR negative ions extraction