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长脉冲高功率负离子源实验平台量热靶研制

南方能源建设 2024年第3期11卷 81-86页

作者：周红霞万银祥周博文余珮炫唐珮钦魏会领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]高能、强流、长脉冲中性束负离子源技术是磁约束聚变堆等离子体达到燃烧条件的核心技术之一。为满足长脉冲高功率负离子源实验平台200 kV/20 A参数下的束诊断需求,研制了用于截获负离子束或中性束、诊断两种束功率密度分布和束发... 详细信息

[目的]高能、强流、长脉冲中性束负离子源技术是磁约束聚变堆等离子体达到燃烧条件的核心技术之一。为满足长脉冲高功率负离子源实验平台200 kV/20 A参数下的束诊断需求,研制了用于截获负离子束或中性束、诊断两种束功率密度分布和束发散角以及负离子的中性化效率等性能参数的量热靶。[方法]根据现有的实验平台真空室结构和引出电极尺寸,利用matlab程序获得了该参数下,束发散角为1°时的负离子束在量热靶前端处的功率密度分布和束斑尺寸,进而设计了V字形靶板的量热靶物理结构;在此基础上采用Workbench软件对无氧铜V字形靶板结构进行满功率运行状态下的热负荷模拟计算,获得了水流量为80 m~3/h条件下的量热靶长脉冲运行时的温度分布,最高温度为610℃。[结果]根据模拟计算结果,结合实验平台工程结构和诊断需求,完成了量热靶的工程设计。[结论]量热靶采用磁流体真空密封,实现V字形靶板开合,靶板背面布置了热电偶阵列实时监测靶板温度。量热靶工程结构紧凑,安装尺寸能够兼容离子束流诊断真空室和中性束流诊断真空室,满足诊断需求,能够长脉冲安全运行。

关键词：负离子源中性束量热靶热负荷核聚变

TH2103A型速调管阳极电流测量和保护系统

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南方能源建设 2024年第3期11卷 146-151页

作者：陈娅莉卢波白兴宇马悦心许凌飞梁军左览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]工作频率3.7 GHz的TH2103A型高功率速调管广泛应用在托卡马克实验装置中。为了简化高压供电系统(去掉阳极调制中的电真空四极管),在HL-2A装置的TH2103A型速调管中引入了一种基于分压模式的供电方式。为了保证速调管在该供电模式... 详细信息

[目的]工作频率3.7 GHz的TH2103A型高功率速调管广泛应用在托卡马克实验装置中。为了简化高压供电系统(去掉阳极调制中的电真空四极管),在HL-2A装置的TH2103A型速调管中引入了一种基于分压模式的供电方式。为了保证速调管在该供电模式下安全运行,研制了阳极电流的测量和保护系统。[方法]对该供电模式下的阳极电流特点进行了分析:阳极电流会出现正常、正向过流或反向过流的情况。当阳极电流出现正向过流或反向过流时,代表有大量的电子轰击阳极或大量电子从阳极流出,这些现象对速调管来说都是非常危险的,通常会引起速调管钛泵过流,甚至损坏速调管。因此对阳极电流进行准确的测量以及当阳极电流出现过流时切断高压对速调管进行保护非常重要。文章介绍了阳极电流测量系统的原理和供电模式,阳极保护系统的原理和实施方案,在实验过程中对阳极电流的测量和保护系统的可靠性进行了验证。[结果]证明了该供电模式下阳极电流测量和保护系统的有效性和可靠性。[结论]文章所述供电模式和阳极测量保护系统对基于TH2103A型速调管的运行和维护具有重要参考意义。

关键词：低杂波速调管阳极电流测量保护

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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纳米气泡分离同位素方法初研

华东师范大学学报（自然科学版） 2024年第4期 65-70页

作者：诸旭辉陈邦林中国核工业集团公司北京100142 华东师范大学上海200062

首次了提出纳米气泡同位素分离方法,并通过实验实现了氢、氧、碳和锂等轻同位素的分离,测得了分离系数,验证了该方法的科学性和有效性.研究揭示了纳米气泡同位素分离过程首先发生在由于快速塌陷式绝热自收缩形成纳米气泡时,可能因高温... 详细信息

首次了提出纳米气泡同位素分离方法,并通过实验实现了氢、氧、碳和锂等轻同位素的分离,测得了分离系数,验证了该方法的科学性和有效性.研究揭示了纳米气泡同位素分离过程首先发生在由于快速塌陷式绝热自收缩形成纳米气泡时,可能因高温或纳米表面效应作用引起表面分子离解,而使气泡表面带负电荷对周围介质的吸附过程中,并且也出现在后续纳米气泡与特定溶液组成分离体系的同位素(离子)化学交换过程中,它具有双重分离效应.由于纳米气泡的形成是一个快速过程,并且气泡在溶液中的离子交换是同位素共振交换化学反应,过程也很快达到平衡,两者共同决定了纳米气泡同位素分离可能是一种平衡时间很短的分离方法,克服了通常化学方法平衡时间长的缺点.在研制成纳米气泡分离原型单机的基础上,本文也设计了纳米气泡同位素分离级联,增加分离效果,以获得各种丰度的同位素,从而说明其工业化生产的可能性。

关键词：纳米气泡同位素分离氢同位素锂同位素

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挺起中华民族的脊梁

求是 2024年第19期 73-78页

作者：无中共中国核工业集团有限公司

今年,是新中国成立75周年,也是中国第一颗原子弹爆炸成功60周年。“东风起舞,壮志千军鼓。苦斗百年今复主,矢志英雄伏虎。”1964年10月16日15时,新疆罗布泊戈壁滩上空,伴随着腾空而起的蘑菇云和惊天动地的巨响,中国第一颗原子弹爆炸成功... 详细信息

今年,是新中国成立75周年,也是中国第一颗原子弹爆炸成功60周年。“东风起舞,壮志千军鼓。苦斗百年今复主,矢志英雄伏虎。”1964年10月16日15时,新疆罗布泊戈壁滩上空,伴随着腾空而起的蘑菇云和惊天动地的巨响,中国第一颗原子弹爆炸成功,首次核试验总指挥张爱萍将军豪迈抒怀。这一“东方巨响”,有力打破了超级大国的核垄断和核讹诈,使新生的中华人民共和国巍然屹立于世界东方,中华民族的腰杆挺得更直了。

关键词：张爱萍原子弹爆炸新疆罗布泊腾空而起核垄断戈壁滩中华民族超级大国

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反常电子粘滞性引起的双撕裂模非线性演化

南方能源建设 2024年第3期11卷 36-46页

作者：何志雄董家齐蒋海斌福建理工大学电子电气与物理学院福建福州350118 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]在常规电阻撕裂模方程的基础上加入反常电子粘滞性,用圆柱位形的磁流体动力学,对由反常电子粘滞性引起的双撕裂模的非线性发展做了数值研究。[方法]通过对非线性发展阶段磁岛和磁力线的演化分析,详细研究了两个有理面间距分别为... 详细信息

[目的]在常规电阻撕裂模方程的基础上加入反常电子粘滞性,用圆柱位形的磁流体动力学,对由反常电子粘滞性引起的双撕裂模的非线性发展做了数值研究。[方法]通过对非线性发展阶段磁岛和磁力线的演化分析,详细研究了两个有理面间距分别为较大、中等、较小3种情况下,由反常电子粘滞性引起的双撕裂模非线性发展的不同阶段的磁场拓扑结构的变化以及相关动力学特征,探讨了非线性发展的驱动问题。[结果]研究表明,两个有理面的间距的大小,对双撕裂模非线性发展有很大影响。间距中等时,会发生快速磁重联,对位形破坏最快最大。[结论]研究结果对托卡马克的位形设计和运行时的控制提供了参考。

关键词：双撕裂模反常电子粘滞性非线性演化等离子体模拟磁重联

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以强核报国之志筑牢中国式现代化战略支撑

党建 2024年第2期 11-13页

作者：余剑锋中国核工业集团有限公司

党的二十大擘画了全面建设社会主义现代化国家、以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的宏伟蓝图。深入学习领会、贯彻落实习近平总书记关于中国式现代化的重要论述,是学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想主题教育的重要内容... 详细信息

党的二十大擘画了全面建设社会主义现代化国家、以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的宏伟蓝图。深入学习领会、贯彻落实习近平总书记关于中国式现代化的重要论述,是学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想主题教育的重要内容。核工业是高科技战略产业,是国家安全重要基石。中国核工业集团有限公司(以下简称“中核集团”)将全面学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的二十大精神,以强核报国的实际行动把党的二十大各项战略部署贯彻落实到核工业发展的全过程、各方面,全面推进核工业强国建设,为推进中国式现代化筑牢战略支撑。

关键词：习近平新时代中国特色社会主义思想中国式现代化报国之志高科技战略战略部署战略支撑中核集团主题教育

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HL-3聚变用大容量Crowbar

南方能源建设 2024年第3期11卷 137-145页

作者：吴琳君李海燕雷枭吴一刘邵轩广州擎天实业有限责任公司广东广州510860 中国核工业集团公司核工业西南物理研究院四川成都610225 新奥聚变研究中心河北廊坊065099

[目的]面向HL-3聚变大科学装置极端故障能量快速转移,配置短路保护用大容量旁路开关需求。[方法]基于HL-3磁体电源参数,结合电力电子变流技术及可控硅触发应用基础,针对快速冲击应用中多并联可控硅一致性导通及稳定均流的严苛工况,融合... 详细信息

[目的]面向HL-3聚变大科学装置极端故障能量快速转移,配置短路保护用大容量旁路开关需求。[方法]基于HL-3磁体电源参数,结合电力电子变流技术及可控硅触发应用基础,针对快速冲击应用中多并联可控硅一致性导通及稳定均流的严苛工况,融合电力电子变流工程实践经验,经并联分支导电线路等长型式改良;并联元件参数一致性筛选,并联臂内元件位置与参数差异化选配;通过在可控硅侧附加串联电阻物理强迫均流,并对附加电阻热稳定性核算,并联桥臂电动力冲击验算;可控硅元件高频脉冲列强触发等手段和方法。[结果]推导设计了一种稳定的可控硅220 kA级大容量聚变用crowbar旁路保护电子开关系统,经试验模拟实测验证及实载160 kA冲击考验,实现了HL-3保护用大容量旁路开关的匹配要求。[结论]在做好热动、稳定性验算的基础上,采用线路改良,附加物理强迫均流,元件参数筛选及装配,触发模式调整等综合手段,实现大容量crowbar在聚变中的配套应用是完全可行的。

关键词：核聚变可控硅 Crowbar 保护开关设计应用

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提高热离子能量转换效率的核心因素初析

核动力工程 2024年第4期45卷 134-141页

作者：倪文涛罗琦钟武烨吕征中国原子能科学研究院北京102413 中国核工业集团有限公司科技委北京100822

高效热离子能量转换技术是提升热离子燃料元件热电转换效率、推动空间热离子反应堆电源向更大功率和更长寿命迈进的核心关键技术。为探究提高热离子能量转换效率的核心因素,本文从热离子能量转换的基本原理出发,从发射极的改进、接收极... 详细信息

高效热离子能量转换技术是提升热离子燃料元件热电转换效率、推动空间热离子反应堆电源向更大功率和更长寿命迈进的核心关键技术。为探究提高热离子能量转换效率的核心因素,本文从热离子能量转换的基本原理出发,从发射极的改进、接收极的改进和电弧压降的降低三个方面综述了提升热离子燃料元件热电转换效率的方法。分析表明,大幅提升热电转换效率的明确方向是接收极的改进,关键是新一代低吸铯功函数接收极材料的研发。

关键词：高效热离子能量转换技术热离子燃料元件热电转换效率接收极材料