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hl-3装置上离子回旋波加热对中子产额的影响

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核技术 2024年第5期47卷 1-13页

作者：杨冠铭郝广周卢凌峰董冠岐郝保龙王硕核工业西南物理研究院成都610041

离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(hl-3,原名hl-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF... 详细信息

离子回旋射频(Ion Cyclotron Range of Frequencies,ICRF)波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号(hl-3,原名hl-2M)拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序,模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明:ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响,固定ICRF频率时,中子产额与加热功率成正比关系,而在固定ICRF加热功率的情况下,中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率,在研究参数范围内,30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示,在考虑ICRF加热后,中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV,有效地提高了中子产额。此外,基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明,中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化,这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。

关键词：离子回旋波聚变中子快离子 hl-3装置

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hl-3装置碳基第一壁螺栓预紧力分析

核聚变与等离子体物理 2024年第2期44卷 177-182页

作者：唐乐蔡立君卢勇袁应龙侯吉来张龙刘宽程赖春林核工业西南物理研究院成都610041

通过对hl-3装置第一壁基本模块进行高温下的螺栓预紧力分析,获得第一壁结构的应力分布及螺栓预紧力的变化情况,为碳基第一壁结构的现场安装提供数据支撑。

关键词： hl-3装置碳基第一壁螺栓预紧力应力

基于超级电容储能的hl-3装置中性束逆变型高压电源模块设计

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核技术 2024年第5期47卷 151-158页

作者：张锦涛王英翘汤贤夏于洋李青南华大学核科学技术学院衡阳421001 核工业西南物理研究院成都610225

高压电源是中性束注入加热系统的重要组成部分,决定着束能量和引出束流的品质。随着电压等级的逐步提高,脉冲阶梯调制(Pulse Step Modulation,PSM)高压电源无法满足实验要求。为了实现中性束调制注入功率的快速切换,提出一种基于超级电... 详细信息

高压电源是中性束注入加热系统的重要组成部分,决定着束能量和引出束流的品质。随着电压等级的逐步提高,脉冲阶梯调制(Pulse Step Modulation,PSM)高压电源无法满足实验要求。为了实现中性束调制注入功率的快速切换,提出一种基于超级电容储能的逆变型高压电源。采用超级电容储能方式,降低所需电网容量,减小对电网的冲击。采用软开关技术的直流(DC)-直流(DC)谐振变换器结构,提高电源的响应速度,减小开关器件的开关损耗。设计电源模块电路拓扑,根据电源性能指标要求完成系统建模计算。建立充电电路和主回路的电力仿真软件PSIM(Power SIMulation)仿真模型,对电源性能指标进行仿真验证。最后搭建了逆变电源模块测试样机,进行了阶跃响应、电压纹波和软开关性能指标测试。仿真及实验验证结果表明:设计的电源模块能够实现1 600 V/50 A的稳定输出,满足6 MW/120 kV设计要求。

关键词： hl-3装置超级电容中性束注入逆变型高压电源 DC-DC谐振变换器

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hl-3装置第一壁温度监测系统研制

核聚变与等离子体物理 2024年

作者：许婕蔡立君刘健卢勇张龙刘宽程黄文玉刘雨祥罗山核工业西南物理研究院

为了满足hl-3装置第一壁系统的安全运行和实验需求，对第一壁温度监测系统进行了设计和研制，主要包括对第一壁系统监控点位的设计、硬件设计研制和软件开发。采用S7-300PLC作为主控制器，ET200远程模块作为模拟数据输入采集器，实现了... 详细信息

为了满足hl-3装置第一壁系统的安全运行和实验需求，对第一壁温度监测系统进行了设计和研制，主要包括对第一壁系统监控点位的设计、硬件设计研制和软件开发。采用S7-300PLC作为主控制器，ET200远程模块作为模拟数据输入采集器，实现了第一壁关键位置包括第一壁强场侧、弱场侧、下偏滤器、活动孔栏等热负荷集中区域的温度实时监测。同时完成了人机界面交互，实现了对hl-3装置第一壁工程温度的数据实时显示、历史曲线查看和阈值报警等功能。该系统已成功投入到hl-3装置烘烤和放电实验运行中。自2022年以来的运行结果表明，该系统实现了对第一壁温度状态的动态监控，保障了hl-3装置主机安全可靠的运行。

关键词： hl-3装置第一壁温度监测 PLC系统

基于PLC的hl-3装置中性束逻辑控制系统设计

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南方能源建设 2024年第3期11卷 152-158页

作者：余珮炫周红霞万银祥中国核工业集团公司核工业西南物理研究院四川成都610041

[目的]中性束注入(NBI)是中国环流三号(hl-3)托卡马克装置重要的等离子体加热和电流驱动手段。NBI加热系统是涉及真空、电力电子、机械、自动控制、气体放电等多学科、多领域的复杂系统。控制系统是NBI加热系统可靠运行的基本保证,可实... 详细信息

[目的]中性束注入(NBI)是中国环流三号(hl-3)托卡马克装置重要的等离子体加热和电流驱动手段。NBI加热系统是涉及真空、电力电子、机械、自动控制、气体放电等多学科、多领域的复杂系统。控制系统是NBI加热系统可靠运行的基本保证,可实现对加热系统现场设备的远程控制、运行状态的实时监控和放电实验的逻辑控制。[方法]根据NBI加热束线控制需求确定PLC系统的硬件配置,组建了以西门子S7-416为主控制器,以Profibus-DP网络和工业以太网为基础,以光纤为传输介质的分布式I/O系统。采用组态软件STEP7实现硬件组态、通信连接和程序编写,利用界面软件WinCC完成集中管理、过程监控和信息归档。[结果]PLC系统能够实时监控现场设备状态,与NBI控制系统进行数据交换,指导现场设备稳定运行。此外,图形化的用户界面使得实验过程可视化,真空值、流量和温度的实时显示,为实验运行人员提供了及时的状态信息。[结论]整个PLC系统高效可靠,重复性好,具有良好的兼容性和可扩展性,实现了对NBI束线现场设备的监测和控制。

关键词： hl-3装置中性束注入 PLC 现场总线实时监控

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基于cos RMC对hl-3装置的天空反散射模拟及屏蔽分析

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核聚变与等离子体物理 2024年

作者：张一恒赵自强栗再新才来中核工业西南物理研究院

中国环流三号(hl-3)装置下一步将进行氘氘/氘氚聚变实验，聚变中子对人体的电离辐射损伤不可忽视，辐射防护安全是开展聚变实验研究的保障。利用蒙特卡罗方法，通过三维粒子输运程序cosRMC[1]计算了在hl-3装置芯部中DD聚变中子对主机大... 详细信息

中国环流三号(hl-3)装置下一步将进行氘氘/氘氚聚变实验，聚变中子对人体的电离辐射损伤不可忽视，辐射防护安全是开展聚变实验研究的保障。利用蒙特卡罗方法，通过三维粒子输运程序cosRMC[1]计算了在hl-3装置芯部中DD聚变中子对主机大厅周围1000m半径范围内的天空反散射问题。将天空反散射和直接贯穿两种情况下中子辐照对人体的有效吸收剂量进行评估，确定现在主机大厅的辐射防护在安全范围以内。针对DT聚变实验，估算在10MJ的聚变能量下，DT聚变中子的天空反散射情况，在现有的屏蔽措施基础上提出加强屏蔽的合理建议，供未来hl-3装置实验的环境评估和防护设计使用。

关键词： hl-3装置 cosRMC 天空反散射辐射防护

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hl-3装置电子回旋电流驱动的优化计算

核聚变与等离子体物理 2023年第4期43卷 444-449页

作者：王卓孙爱萍王元震李正吉核工业西南物理研究院成都610041 大连理工大学大连116024

利用托卡马克集成模拟与实验分析平台(OMFIT)开展了hl-3装置ECCD驱动效率的研究,分析了ECCD系统发射天线在等离子体环向与极向所成的角度、等离子体密度、电子温度和磁场对驱动电流大小和位置的影响。研究发现,环向角和极向角范围分别为... 详细信息

利用托卡马克集成模拟与实验分析平台(OMFIT)开展了hl-3装置ECCD驱动效率的研究,分析了ECCD系统发射天线在等离子体环向与极向所成的角度、等离子体密度、电子温度和磁场对驱动电流大小和位置的影响。研究发现,环向角和极向角范围分别为185°~200°、85°~105°时,ECCD电流驱动效率比较高,驱动电流可以覆盖到归一化半径0.4~0.6。研究还发现,电子温度显著影响ECCD电流驱动效率,温度越高驱动电流越大;在弱场侧磁场强度(1.9~2.2T)越小,驱动电流分布归一化半径越小和驱动电流越大。

关键词：电子回旋电流驱动 hl-3装置集成模拟

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hl-3装置强场侧低杂波天线的波谱设计

核聚变与等离子体物理 2023年第4期43卷 402-406页

作者：左览白兴宇卢波梁军核工业西南物理研究院成都610041

为研究高参数等离子体的低杂波可近性,基于hl-3装置设计了一套位于强场侧的低杂波天线。利用ALOHA代码对强场侧的天线进行模拟分析,针对只有一个单元的PAM天线,分别对其子波导数量、有源/无源子波导的高度、宽度和壁厚等参数进行模拟,... 详细信息

为研究高参数等离子体的低杂波可近性,基于hl-3装置设计了一套位于强场侧的低杂波天线。利用ALOHA代码对强场侧的天线进行模拟分析,针对只有一个单元的PAM天线,分别对其子波导数量、有源/无源子波导的高度、宽度和壁厚等参数进行模拟,得到了天线的最佳结构和尺寸。最终优化后的天线发射参数为:波谱中心的平行折射率N|为2.25,天线的反射系数小于2%,方向性系数大于0.59。

关键词：低杂波强场侧天线 ALOHA代码 hl-3装置