核聚变与等离子体物理

沈勇，董家齐，石中兵，赵开君

2015, 35(3): 193-197. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503001

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基于数字谱分析技术求解波耦合方程，进而计算与三波相互作用相关联的线性耦合系数和能量转移，以此开发了数据处理程序用于研究HL-2A 装置等离子体边缘湍流中的非线性能量传递过程。介绍了算法设计和开发的主要思想。应用该程序对与带状流相关的一次放电的实验数据进行了数据处理研究。结果表明，带状流是由等离子体湍流的能量逆级联所驱动的。

金属冷压方程的数值分析

段耀勇，郭永辉，邱爱慈

2015, 35(3): 198-203. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503002

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在金属等温体积模量和冲击波动态压缩实验数据基础上，利用胡-经(HJ)方法计算了57 种金属材料在Born-Mayer(BM)模型中冷压参数q 和Q，同时提出了在没有足够实测冲击波数据前提下结合零温 Thomas-Fermi(TF)模型与低压实验数据计算冷压参数的试探法。组合Faussurier 电子热压模型、Cowan 离子热压模型和以上方法得到的冷压拟合式，通过对Be、Co 和Pb 的计算和实验的冲击绝热数据的对比，分析了HJ 法与综合优选法得到的q 和Q 之间的差异。进一步计算了Sr、Ba 和Sm 材料沿冲击绝热曲线上的热力学量，通过与相应的实测结果以及与其他模型对比来评估HJ 冷压方程的精度。

HL-2A 装置低杂波系统高功率速调管调试

康自华，卢波，曾浩，饶军，王超，王明伟，王洁琼，姚涛，梁军，陈娅莉，冯鲲，王贺

2015, 35(3): 204-209. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503003

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建立了低杂波系统调试平台，在此平台上对4 只TH2103A 型高功率速调管及传输线主要部件进行了短脉冲调试，对每只速调管运行参数进行了优化和标定。在50kV/20A 的束电流条件下，速调管工作脉冲脉宽为30ms，4 只速调管输出功率分别为449kW、417kW、460kW 和450kW。测试数据和调试结果为下一步在HL-2A 装置上建设低杂波系统、开展物理实验等提供了重要的参考数据。

HL-2M 主机线圈冷却系统设计和优化

颉延风，李广生，邹晖，刘德权

2015, 35(3): 210-216. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503004

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用一维网络仿真和解析计算方法对HL-2M 磁体TF 线圈、PF 线圈和CS 线圈水冷却系统进行设计和计算，给出了冷却系统工程设计所需要的水力参数。通过优化冷却系统的资用压力和流量分配，得到满足子系统动力输出的最大流量为400m³•h⁻¹，最大压力为1.8MPa，满足线圈在最大流速4.5m•s⁻¹ 下热交换的要求。

ITER PF支撑结构焊接技术

廖敏，李鹏远，孙振超, 束润涛

2015, 35(3): 217-222. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503005

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介绍了ITER PF 支撑结构制造工艺及焊接技术方案，阐述了对控制焊接变形应力、提高低温冲击韧性、控制焊缝铁素体含量等采取的技术措施。焊后应力消除方案以及防变形措施使得加工精度和成品质量得到了提高。

超级电容在中性束弧放电电源中的应用研究

阳璞琼1, 2，宣伟民1，魏会领1

2015, 35(3): 223-227. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503006

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介绍了超级电容的结构原理与电路模型，以及超级电容在托卡马克装置实验中的应用。综合分析了大功率离子源弧放电电源的供电特性以及HL-2A 装置1MW 中性束注入系统的弧电源供电电路拓扑。提出了一种基于超级电容储能的5MW 中性束注入离子源弧放电电源供电方案，它能减小所需的电网容量，具有更小的体积和更高的效率、控制简单、响应速度快等特点。提出了采用恒压控制方式的基于超级电容供电的5MW 中性束注入离子源灯丝电源方案，分析了该方案的可行性和技术优势。为均衡用许多超级电容串并联组合储能时单体超级电容的电压，提出了一种可靠、高效的电压均衡电路。

真空室模块D 形环筋板焊接数值模拟与结构选型

王泽明，陶海燕，叶晓凤，俞德怀，王世忠

2015, 35(3): 228-232. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503007

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基于有限元分析软件，以双椭球热源为内热源，对不同筋板型式下的真空室模块D 形环筋板焊接进行了三维动态模拟，得到了不同筋板型式下的瞬间温度场分布图、特征点热循环曲线以及应力应变曲线。结果表明：不同筋板型式下的焊接温度场以及各特征点的热循环曲线保持一致，相比采用I 型筋板的D 型环结构，采用 T 型筋板后的D 型环结构应力应变以及变形量都更小，真空室模块D 形环工程化试制过程中可优先考虑采用T 型筋板。

EAST 四条带ICRF 天线的三维电磁场分析

杨桦1，吴丛凤1，董赛1，张新军2，赵燕平2，尚雷1

2015, 35(3): 233-239. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503008

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采用3 维电磁场代码CST MWS 对EAST 4 条带的离子回旋(ICRF)天线性能进行模拟研究，分析了天线的耦合阻抗随频率的变化，计算了电流和波谱的分布，模拟研究了不同电流相位对天线的电压击穿打火和引入杂质的影响。计算结果表明：此EAST 的ICRF 天线耦合阻抗和波谱总体设计合理；但天线局部电场较高，当环向电流条带为(0, 0, 0, 0)相位时E_max 为3.61MV•m⁻¹超出击穿阈值，经过结构尺寸的优化后E_max低于阈值。同时表明天线运行时限制器处有较高的RF 电势，当电流相位为(0, π, π, 0)时法拉第屏前10mm 处的RF 电势是(0, 0, π, π)相位时的1/3。

KTX真空室支撑焊接设计及有限元分析

汪震1，杨庆喜1，宋云涛1，徐皓1，万树德2，刘万东

2015, 35(3): 240-245. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503009

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提出了一种KTX 真空室支撑焊接方案，并利用有限元方法模拟计算了焊接温度场分布及焊接残余应力场分布。通过理论分析和有限元分析相结合的方法，对焊缝结构进行了强度分析。分析结果验证了焊接结构的可靠性，并为真空室支撑结构的焊接工艺提供了理论依据。

铁芯托卡马克中二维和三维极向磁场计算模型的对比分析

程际，陈志鹏，余文曌，李复名，饶波，谈浩，王之江，庄革

2015, 35(3): 246-252. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503010

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为方便计算托卡马克磁场分布，建立了一些二维解析铁芯模型。由于前提假设的不同而给磁场分布的计算带来了不同的边界条件，因而得到的磁场分布计算结果与实际情况有所偏差。为了获得铁芯托卡马克的极向磁场三维分布，建立了带铁芯的极向磁场线圈三维数值模型，计算铁芯托卡马克的三维磁场，与不同铁芯模型的磁场计算结果进行比较，并且研究铁芯托卡马克的三维磁场的极向分量在环向上的不对称性。

聚变堆高热流部件超汽化换热实验研究

储德林1，潘保国1，梅洛勤1，张强华1，江海燕2，汪卫华*1

2015, 35(3): 253-258. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503011

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搭建了常压水超汽化实验回路(HVL-Ⅰ)，采用平面激光诱导荧光(PLIF)、高速摄影、微距摄影、粒子成像测速(PIV)等先进测量技术，开展聚变堆面对等离子体部件(第一壁、偏滤器)在高热流过冷沸腾工况下强化换热特性实验研究。选择三角形和矩形翅片的铬锆铜超汽化样件，实验工况为常压室温(296K)，若丹明B 水溶液流速 0.3～0.5m•s⁻¹ 连续可调，热流密度～5MW•m⁻²。实验结果表明同等工况下，矩形翅片比三角形翅片换热效果显著增强，性能提升约30%～50%。微距摄影显示翅根涡流形态保持时间越短，越有利于小汽泡充分扩散，从而使换热得到强化。

等离子体破裂工况下的聚变堆包层组件电磁分析

陈明锋1，刘素梅1, 2，孙朋飞1，雷明准2，王忠伟2

2015, 35(3): 259-264. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503012

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在聚变堆中，包层是真空室内的核心部件之一，它直接面对等离子体，工作环境十分恶劣。利用ANSYS 软件的矢量电磁法，计算了中国聚变工程实验堆(CFETR)包层在离子体破裂和垂直位移事件中感应的涡电流和电磁力。介绍了建模、电流源加载、边界条件的设置、求解和计算结果。这为今后包层组件结构的详细设计和优化提供了必要的参考数据和方法。

基于J-TEXT 装置的光耦合隔离放大器设计与分析

潘明俊1, 2，张明1, 2，李霆霆1, 2 ，郑玮1, 2，饶波1, 2，庄革1, 2

2015, 35(3): 265-271. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503013

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基于反馈技术设计了一款带宽2.7MHz、高线性度、低传输延时的光耦合隔离放大器，仿真分析了 I-V 转换电路补偿电容对电路频率特性的影响，并选择了合适的电路参数。将部分寄生参数考虑在内，建立了电路数学模型，仿真、测试与理论分析相结合研究了电路的线性度与频率特性。基于J-TEXT 装置静电探针悬浮电位测量系统验证了电路在系统中的可用性。

强磁场链式电力滤波器的均压控制与仿真

刘嘉1，吴平志1，刘小宁2，程思明2

2015, 35(3): 272-277. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503014

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针对稳态强磁场超导磁体装置的链式高压有源电力滤波方案规划，提出一种三级电容均压控制方法，并基于有源滤波系统的非线性特性，采用分数阶PI 控制器代替普通PI 控制器；基于改进的Oustaloup 算法，完成分数阶积分的求解。通过仿真与实验对比分析了分数阶PI 与常规PI 控制器的运行效果，经仿真和实验均表明直流均压控制策略是可行的。

液态锂实验装置中水冷效率模拟

朱志川1，芶富均2，苗峰1，王建强2，杨党校3，张传武*1

2015, 35(3): 278-283. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503015

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应用商业软件CFX 计算了液态锂流速、热通量、冷却水的速度和温度对自由流动液态锂在热负荷作用下液态锂温度和水冷效率的影响。结果表明：液态锂温度随液态锂流速的增大而降低。热通量小于2MW·m^-2 时，水冷能够满足对液态锂温度控制的要求；在更大热通量作用下，水冷却显现出冷却能力不足。增大冷却水流速是降低液态锂温度、提高冷却效率的有效途径；冷却水温度对液态锂温度和冷却效率的影响较小。

强流离子束流聚焦状态的数值模拟

张凤娟，张潮海

2015, 35(3): 284-288. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201503016

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结合空间电荷透镜的原理图以及离子束流的磁流体运动方程对离子束流聚焦状态进行了理论研究。采用层流非碰撞模型数值计算了离子束流不同初始半径以及不同入射角的束流出射角、焦距以及最小焦斑半径。理论分析了能散度、色散像差等因素对束流最小焦斑半径的影响。在离子束流遵循能量和角动量守恒的原则下，对不同入射角度的离子束流的束流最大半径进行了模拟计算。研究表明，束流入射角度增大，会聚角和最小焦斑半径减小，焦距增大。束流半径增大，会聚角、焦距和最小焦斑半径都增大。最佳会聚角所在的平滑区域内束流的发散度以及能散度对最小焦斑半径的影响较大。束流发散度或者能散度的增加，都能导致最小焦斑半径的增大。入射角度绝对值相同的束流，束流最大半径相同。

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