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氦离子辐照下6061-Al合金中的氦泡行为研究

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材料导报 2024年第1期38卷 136-142页

作者：闫占峰郑健周韦王浩中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川绵阳621900

通过室温下的He离子辐照来研究核级6061-Al合金中氦泡的演变行为,辐照剂量为2×10^(15)cm^(-2)、1×10^(16)cm^(-2)、1×10^(17)cm^(-2)和2×10^(17)cm^(-2),通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)来表征分析辐照后铝合金表面的损伤情况... 详细信息

通过室温下的He离子辐照来研究核级6061-Al合金中氦泡的演变行为,辐照剂量为2×10^(15)cm^(-2)、1×10^(16)cm^(-2)、1×10^(17)cm^(-2)和2×10^(17)cm^(-2),通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)来表征分析辐照后铝合金表面的损伤情况,并通过透射电镜(TEM)表征辐照产生的氦泡等微观缺陷。结果表明,辐照后铝合金产生了表面损伤,表面起泡程度和粗糙度随着He辐照剂量的增加而明显增大。初步计算表明,入射的He大部分都用于形成表面起泡,只有少数分布在基体内形成均匀的氦泡。随着辐照剂量的增加,基体内氦泡的尺寸先保持不变,然后显著增加,而氦泡密度则先增加后降低。另外,还观察到氦泡在析出物和晶界上发生了偏向性聚集和长大。本工作对深入认识铝合金在研究堆内面临的宏观力学性能退化以及可能的辐照失效行为具有重要意义。

关键词：铝合金氦泡氦离子辐照表面起泡析出物

拉伸-扭转复合加载对镍基高温合金GH4169力学性能与变形机理的影响

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金属学报 2024年第1期60卷 30-42页

作者：杨俊杰张昌盛李洪佳谢雷王虹孙光爱中国工程物理研究院核物理与化学研究所中子物理学重点实验室绵阳621999

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其... 详细信息

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其微观变形机制差异。在25℃下对多晶镍基高温合金GH4169进行拉伸-扭转复合加载,结合SEM、TEM、EBSD和中子衍射研究了加载方式对其力学性能、微观组织以及变形机理的影响。结果表明,拉伸样品的屈服强度和极限强度均随预扭转角度增加而增大(增幅分别约为150%和13%);在20%预拉应变下,扭转样品的屈服强度和延伸率均有所增加(增幅分别约为31%和16%)。拉伸和扭转变形后样品中的位错密度明显增大;同时复合加载下位错密度相较于单轴加载略小,表明存在位错湮灭效应。预加载产生的位错强化效应提高了屈服强度,而随后复合加载下位错湮灭效应使预拉伸扭转样品的极限强度有所降低。预扭转形成梯度结构的力学强化作用一定程度上抵消了位错湮灭效应的影响。研究表明,多轴加载方式可调控材料微观结构和变形机制,进而实现材料强度和韧性的协调提升。

关键词：多晶镍基高温合金复合加载力学性能变形机理中子衍射

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HL-3装置7 MW中性束传输效率研究

核技术 2024年第5期47卷 102-108页

作者：杨宪福魏会领万银祥周博文余珮炫罗怀宇周红霞唐珮钦耿少飞核工业西南物理研究院成都610225

中性束注入加热是磁约束聚变实验中非常有效的辅助加热方法,已建成的5 MW中性束在中国环流三号(HL-3)托卡马克1 MA等离子体电流高约束模式放电中起到了重要的作用。为了实现HL-3装置2.5 MA的H模放电,计划建造3条中性束注入加热系统,总... 详细信息

中性束注入加热是磁约束聚变实验中非常有效的辅助加热方法,已建成的5 MW中性束在中国环流三号(HL-3)托卡马克1 MA等离子体电流高约束模式放电中起到了重要的作用。为了实现HL-3装置2.5 MA的H模放电,计划建造3条中性束注入加热系统,总加热功率达到20 MW。为HL-3设计了7 MW中性束注入器,从中性化效率和束功率沉积两方面研究束传输效率。基于蒙特卡罗方法分析了两种束流参数下中性化器性能,给出了最佳中性化效率所需的气体靶厚,并以功率沉积的方法分析了两种束流的传输性能。结果表明:当中性化送气分别为0.6 Pa·m^(3)·s^(-1)和1.1 Pa·m^(3)·s^(-1)时,束流达到最佳中性化效率;当束散角为1.2°时,两种束流参数得到的中性束功率分别为7.2 MW和6.8 MW,束传输效率分别为0.4和0.35。因此,7 MW中性束离子源参数将优选100 kV/45 A,但注入器仍保留了提供120 keV氘束的能力。

关键词：中性束传输效率中性化效率束散角功率密度

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HL-3装置二号中性束注入束线量热靶研制

核技术 2024年第5期47卷 109-115页

作者：周博文唐珮钦万银祥余珮炫罗怀宇魏会领耿少飞核工业西南物理研究院成都610041

在托克马克装置的中性束注入器中,量热靶是非常重要的水冷部件之一,承担着接收和测量束功率的任务。除此之外,利用内置热电偶阵列的方式,可以实时监测靶板不同位置的温升情况,进而获得引出离子束或中性束的功率密度分布。在HL-3装置二... 详细信息

在托克马克装置的中性束注入器中,量热靶是非常重要的水冷部件之一,承担着接收和测量束功率的任务。除此之外,利用内置热电偶阵列的方式,可以实时监测靶板不同位置的温升情况,进而获得引出离子束或中性束的功率密度分布。在HL-3装置二号中性束注入束线上,为量热靶设计了一种利用直线推杆机构实现升降,并采用“W”字型靶板结构实现中性束能量的吸收。此外,利用Ansys Workbench的流体计算模块对量热靶在满功率运行状态下的温度分布做了模拟计算,结果显示:量热靶的设计满足二号中性束注入束线的120 kV/40 A/5 s满功率运行的使用要求。可为量热靶进一步的工程设计提供设计参考。

关键词：中性束注入器量热靶有限元计算

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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磁约束核聚变能研究进展、挑战与展望

科学通报 2024年第3期69卷 346-355页

作者：刘永李强陈伟核工业西南物理研究院成都610225

当前,能源安全、环境和气候变化等问题成为21世纪面临的最严峻挑战.核聚变能具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势,是目前认识到的解决人类社会能源与环境问题的根本途径之一[1,2].因此,像核聚变能这样的新能源的研发一直为公众... 详细信息

当前,能源安全、环境和气候变化等问题成为21世纪面临的最严峻挑战.核聚变能具有资源丰富、环境友好、固有安全等突出优势,是目前认识到的解决人类社会能源与环境问题的根本途径之一[1,2].因此,像核聚变能这样的新能源的研发一直为公众和行业所关注.特别是,美国国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)在2022年12月的实验中实现了能量增益达到1.53倍.

关键词：国家点火装置核聚变能能源安全能源与环境固有安全能量增益新能源气候变化

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HL-3装置ECRH天线系统研制

核技术 2024年第5期47卷 159-166页

作者：郑万欣叶际若陈罡宇黄梅核工业西南物理研究院成都610041

电子回旋共振加热(Electron Cyclotron Resonance Heating,ECRH)系统是中国环流三号(HL-3)实验装置的一种重要加热和等离子体电流控制方法,微波通过天线发射器注入等离子体,是ECRH系统的重要组成部分。根据ECRH系统需求,对其天线系统进... 详细信息

电子回旋共振加热(Electron Cyclotron Resonance Heating,ECRH)系统是中国环流三号(HL-3)实验装置的一种重要加热和等离子体电流控制方法,微波通过天线发射器注入等离子体,是ECRH系统的重要组成部分。根据ECRH系统需求,对其天线系统进行了概念设计和光路设计以及具体的天线制作,并进行了测试与安装。HL-3装置ECRH天线系统由三个天线组成,包含一个中平面天线和两个上斜天线,三个天线位于装置弱场侧的同一扇段,可协同完成加热、新经典撕裂模(Neoclassical Tearing Mode,NTM)控制等功能。目前已经完成其中两个天线的设计、制造和测试,另外一个天线完成了发射光路的设计。测试结果表明:中平面天线和上斜一号天线控制精确、快速,达到了装置实验使用的要求。

关键词： HL-3装置天线电子回旋共振加热

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基于GPU加速的投影后变分壳模型计算

原子能科学技术 2024年第2期58卷 272-278页

作者：陆晓连占江高早春中国原子能科学研究院核物理研究所北京102413

为进一步拓展投影后变分(VAP)壳模型计算应用核区范围,需提升VAP的计算效率。为此,利用OpenACC并行编程指令,首次将VAP程序从传统的CPU平台移植到了高性能GPU计算平台上。在角动量投影的每个积分格点上实现了数目庞大的各独立转动矩阵元... 详细信息

为进一步拓展投影后变分(VAP)壳模型计算应用核区范围,需提升VAP的计算效率。为此,利用OpenACC并行编程指令,首次将VAP程序从传统的CPU平台移植到了高性能GPU计算平台上。在角动量投影的每个积分格点上实现了数目庞大的各独立转动矩阵元的GPU并行化计算。经验证,采用GPU加速后的VAP程序计算得到的结果与原来的OpenMP并行化程序计算得到的结果完全相同,而计算效率得到了数倍的提升。借助于GPU加速技术,首次计算了变形重核^(178)Hf的基带能谱,打开了VAP壳模型方法应用于变形稀土重核之门。

关键词：壳模型投影后变分 GPU OpenACC

非匹配负载固态平板Blumlein线的初步设计与输出性能研究

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原子能科学技术 2024年

作者：张迎鹏祁建敏叶明天中国工程物理研究院核物理与化学研究所

为满足强流介质壁加速器对高倍压比脉冲形成线的研制需求，设计了一种非匹配负载平板固态脉冲形成线（Blumlein线）。首先使用电磁仿真程序研究了平板Blumlein线各参数对输出脉冲宽度的影响，设计并研制了4种形成线进行实验验证；其次... 详细信息

为满足强流介质壁加速器对高倍压比脉冲形成线的研制需求，设计了一种非匹配负载平板固态脉冲形成线（Blumlein线）。首先使用电磁仿真程序研究了平板Blumlein线各参数对输出脉冲宽度的影响，设计并研制了4种形成线进行实验验证；其次利用仿真与实验结合，分析了层叠Blumlein线输出性能下降的主要原因，并提出解决方法；最后对多级Blumlein线的输出性能进行了仿真研究。结果表明：薄平板形成线在非匹配负载工作状态下的耦合作用影响显著，是导致层叠Blumlein线输出性能下降的主要原因；采用对向堆叠结构可有效降低耦合作用、提高波形质量，对向堆叠的20级层叠Blumlein线在1 V输入下可输出峰值33 V、脉宽154 ns的长脉冲，平均倍压比大于1.6，波动±3%的平顶占比37.3%。多级Blumlein线的仿真结果表明，设计的S型平板Blumlein线在多级叠加下具有较好的非匹配负载输出性能，可满足强流介质壁加速器的需求。

关键词：介质壁加速器固态脉冲形成线非匹配负载 Blumlein线耦合电容