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托卡马克超导磁体失超电压探测技术

南方能源建设 2024年第3期11卷 65-74页

作者：王腾中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所安徽合肥230031

[目的]全超导托卡马克是稳态运行的基础,而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在,享有聚变装置安全的最高等级。[方法]文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径,简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡... 详细信息

[目的]全超导托卡马克是稳态运行的基础,而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在,享有聚变装置安全的最高等级。[方法]文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径,简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡马克装置所采用的失超探测方案,介绍了失超电压探测的基本原理和过程。并以全超导托卡马克实验装置(EAST)为例,分析失超电压探测的干扰来源及耦合机制,提出两级解耦补偿方案,并建立初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制。[结果]实测结果表明,该补偿方案能够实现99.9%以上的噪声抑制比,有效改善失超探测的信噪比和可靠性。[结论]建立的初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制可拓展至其他托卡马克装置,从而为未来聚变堆的失超探测设计和磁体安全运行提供必要积累。

关键词：托卡马克超导磁体失超探测电磁干扰抑制 EAST

超短脉冲激光驱动束靶中子源产生及应用研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 84-96页

作者：齐伟贺书凯崔波张智猛洪伟赵宗清谷渝秋周维民中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理全国重点实验室四川绵阳621900

短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点,在创新研究和应用方面显示出独特潜力,得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状,特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先,介绍了激光中子源束... 详细信息

短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点,在创新研究和应用方面显示出独特潜力,得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状,特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先,介绍了激光中子源束流品质提升方面的研究工作。其中,产额提升是激光中子源研究以及实现相关应用的首要问题。当前的研究主要通过反应通道选择、离子加速优化等技术途径来实现激光中子源产额的提升。除了产额提升之外,人们还格外关注激光中子源的方向性提升,提出了削裂反应、逆反应动力学等新方案。其次,介绍了激光中子源参数的诊断方法与现状。通过对激光中子源能谱、角分布、脉宽和源尺寸等参数的精密表征,人们对激光中子源的特性有了更全面的了解,这有力支撑了其应用。最后,回顾了激光中子源目前已开展的应用演示实验。激光中子源适用于部分与传统中子源类似的应用场景,同时基于激光中子源超短脉冲、超高通量等新特性有望拓展出新的独特应用。

关键词：激光光学激光离子加速激光中子源超短脉冲激光

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强磁场托卡马克环向场线圈应力缓解研究

核聚变与等离子体物理 2024年第1期44卷 1-6页

作者：王富甲陈德鸿徐国盛吴佳戎万宝年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 中国科学技术大学合肥230026

针对强磁场托卡马克环向场(TF)线圈应力过大、结构材料难以承受的问题,根据静水应力原理分析了通过外部承压结构来降低TF线圈内腿应力的有效性。采用COMSOL有限元软件开展模拟,研究了液氮冷却强磁场铜导体托卡马克外部承压结构在不同厚... 详细信息

针对强磁场托卡马克环向场(TF)线圈应力过大、结构材料难以承受的问题,根据静水应力原理分析了通过外部承压结构来降低TF线圈内腿应力的有效性。采用COMSOL有限元软件开展模拟,研究了液氮冷却强磁场铜导体托卡马克外部承压结构在不同厚度下TF线圈磁体应力的降低程度;对比了铍铜合金和无氧铜作为导体材料所需要的外部承压结构的厚度和体积。

关键词：托卡马克强磁场环向场线圈应力缓解

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光激发下水体系的超快动力学

物理学报 2024年第8期73卷 22-44页

作者：贾韫哲孟胜中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 松山湖材料实验室东莞523808

近年来,实验技术和理论计算在实现超快时间尺度的分辨以及对于原子尺度微观细节的解析上都有了突破性进展,对于水体系的超快微观动力学也带来了更多新的认识.本文将视角集中于水分子、水团簇以及液态水在不同强度的光激发下产生的电离... 详细信息

近年来,实验技术和理论计算在实现超快时间尺度的分辨以及对于原子尺度微观细节的解析上都有了突破性进展,对于水体系的超快微观动力学也带来了更多新的认识.本文将视角集中于水分子、水团簇以及液态水在不同强度的光激发下产生的电离、解离甚至等离子体化的过程,总结了人们在前沿工作中获得的有关水体系原子尺度超快动力学的知识.特别地,围绕光电离实验探讨了阿秒尺度的电离延迟以及水分子Feshbach共振理论分析;围绕液态水的解离过程探讨了水合电子产生、空穴的定域化等重要过程,补足了液态水解离完整过程的微观图像;围绕水的等离子体化介绍了通过含时密度泛函等方法计算得到的水在强激光脉冲作用下转变为等离子体状态的过程与机制,总结了在极高电子温度下水的特殊电子结构的相关知识.这些讨论将给出当前人们看待水的激发态的相对全面的视角.

关键词：光激发水超快动力学激发态

Bi_(2)O_(2)Se纳米线的生长及其超导量子干涉器件

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物理学报 2024年第4期73卷 285-290页

作者：刘怀远肖建飞吕昭征吕力屈凡明中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 合肥国家实验室合肥230088

Bi_(2)O_(2)Se是一种新型半导体材料,具有载流子迁移率高、空气中稳定和自旋轨道耦合强等优点,并且其合成方法多种多样,应用范围十分广泛.但已有研究大多集中在其二维薄膜,本文介绍一种使用三温区管式炉通过化学气相沉积生长Bi_(2)O_(2... 详细信息

Bi_(2)O_(2)Se是一种新型半导体材料,具有载流子迁移率高、空气中稳定和自旋轨道耦合强等优点,并且其合成方法多种多样,应用范围十分广泛.但已有研究大多集中在其二维薄膜,本文介绍一种使用三温区管式炉通过化学气相沉积生长Bi_(2)O_(2)Se一维纳米线的方法,研究了云母衬底处于水平方向不同位置以及竖直方向不同高度对Bi_(2)O_(2)Se纳米线生长的影响,并归纳出适于其生长的优化条件.之后,基于生长的Bi_(2)O_(2)Se纳米线构建了超导量子干涉器件,并观测到随磁场的超导量子干涉,为拓宽Bi_(2)O_(2)Se纳米线的应用提供了思路.

关键词： Bi_(2)O_(2)Se纳米线化学气相沉积超导量子干涉器

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基于改进BP的分子泵故障诊断研究

真空科学与技术学报 2024年第3期44卷 220-228页

作者：周阳袁啸林江明左桂忠刘鹏侯吉磊陈跃庄会东成志新安徽工程大学高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室芜湖241000 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031

分子泵为EAST装置提供洁净的真空环境,其运行状态影响EAST实验的顺利开展。由于在EAST实验运行过程中,分子泵设备可能会出现异物坠入或者真空泄漏故障,对装置造成次生危害。针对分子泵故障数据集不平衡导致故障诊断精度低以及模型过拟... 详细信息

分子泵为EAST装置提供洁净的真空环境,其运行状态影响EAST实验的顺利开展。由于在EAST实验运行过程中,分子泵设备可能会出现异物坠入或者真空泄漏故障,对装置造成次生危害。针对分子泵故障数据集不平衡导致故障诊断精度低以及模型过拟合问题,提出一种基于时域频域预处理与改进BP相结合的算法,实现分子泵故障诊断。通过在BP神经网络的基础上,引入粒子群算法(PSO)并结合五折交叉验证优化模型。首先在模拟分子泵故障的破坏性测试平台上,采集正常态、真空泄漏以及异物坠入故障振动信号,然后对数据进行时域频域特征提取融合,将得到的特征向量集作为优化算法的输入,对模型进行训练,实现分子泵故障诊断。经实验验证,所提出改进BP算法在诊断精确率上可以达到96.84%,优于支持向量机(SVM)、K近邻(KNN)和BP算法。

关键词：分子泵时域频域分析粒子群算法交叉验证故障诊断

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

等容预压缩等离子体中的快点火热斑形成与燃烧波传播

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物理学报 2024年第5期73卷 247-256页

作者：王美乔徐泽鲲吴福源张杰中国科学院大学物理科学学院北京100049 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 上海交通大学物理与天文学院激光等离子体教育部重点实验室上海200240 上海交通大学 IFSA协同创新中心DCI联合研究团队上海200240

研究热斑点火物理过程对于实现聚变点火和高增益聚变放能具有重要意义,但是,迄今为止的大部分相关研究都是针对等压构型预压缩等离子体进行的,对等容构型预压缩等离子体中的热斑点火过程研究尚不充分.本文针对双锥对撞点火方案产生的等... 详细信息

研究热斑点火物理过程对于实现聚变点火和高增益聚变放能具有重要意义,但是,迄今为止的大部分相关研究都是针对等压构型预压缩等离子体进行的,对等容构型预压缩等离子体中的热斑点火过程研究尚不充分.本文针对双锥对撞点火方案产生的等容预压缩高密度等离子体,建立了描述热斑边界演化和核聚变燃烧的半解析模型.该模型表明,在等容预压缩高密度等离子体中的热斑边界,可以用对热斑产生的α粒子具有强烈吸收作用的激波波峰的位置来定义,且等容预压缩等离子体中的热斑点火过程也存在α粒子射程主导的自调节现象.通过考虑α粒子的空间不均匀沉积效应,可以利用该模型描述等容预压缩等离子体中热斑内部的温度和密度演化.使用该模型分析热斑在点火初期时刻的劳森参数和平均热斑温度发现,在快电子总能量相同情况下,能量较低的快电子束更有利于实现点火.辐射流体模拟程序O-SUKI-N的验证计算表明,本文提出的半解析模型的计算结果具有较强的合理性.

关键词：等容预压缩等离子体快点火热斑演化 α粒子沉积

基于Python 的等离子体平衡重建程序设计及实现

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核聚变与等离子体物理 2024年第1期44卷 98-104页

作者：鲍娜娜黄耀闫星廷魏世闻王梓昊安徽大学互联网学院合肥230039 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031 中国科学技术大学物理学院合肥230026

基于Python环境,设计和编写了等离子体平衡重建算法(Py-EFIT)。利用NumPy和SciPy库求解平衡重建算法中矩阵的运算问题,运用Matplotlib库实现重建算法计算结果的可视化,基于交互式可视化设计包QT Designer,使用PyQt库设计并实现该程序的... 详细信息

基于Python环境,设计和编写了等离子体平衡重建算法(Py-EFIT)。利用NumPy和SciPy库求解平衡重建算法中矩阵的运算问题,运用Matplotlib库实现重建算法计算结果的可视化,基于交互式可视化设计包QT Designer,使用PyQt库设计并实现该程序的用户界面。Py-EFIT的测试结果显示等离子体平衡重建过程操作更加简单、直观,为托卡马克实验数据分析提供了一种有效的工具。

关键词：托卡马克等离子体平衡重建 Python PyQt 用户界面