核聚变与等离子体物理

闻杰，石中兵*，钟武律，梁桉树，蒋敏，施培万，杨曾辰，陈伟，方凯锐，刘泽田

2019, 39(1): 1-8. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901001

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结合对多普勒频谱的分析，提出一种基于双高斯拟合的轴对称-非对称谱(SAS)分析方法。在此方法下，功率谱主要由轴对称功率谱和非轴对称功率谱两部分组成。前者主要由等离子体截止层密度的扰动调制决定，后者主要由波数为k _⊥=2k₀sinθ 的湍流的极向密度扰动决定。在分析多普勒反射计的数据时，相较于常用的频谱重心(COG)分析方法和相位微分(δ-phase)法，SAS 谱分析不仅提高了求取多普勒频移的准确性，同时还可以获取等离子体中波数为k_⊥ 的极向湍流的密度扰动强度和截止层的密度扰动强度。

托卡马克中局域磁扰动引起的高能量离子损失研究

王杰，向东，曹锦佳，龚学余

2019, 39(1): 9-14. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901002

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基于单粒子导心运动代码ORBIT，采用测试粒子模拟方法，研究了托卡马克等离子体内部不同径向位置处局域磁场扰动对高能量离子的损失的影响。研究表明，在局域磁扰动主要分布在某磁面附近、其环向具有类似纹波场形式下，可造成一些靠近等离子体中心区域的高能量离子损失，但对靠近等离子边界的离子损失影响相对不大。这些损失的高能量离子均为捕获离子，离子的投掷角越大就越容易损失。此外，造成高能量离子最大损失率的局域场径向位置与这些损失离子的初始径向位置通常存在一定的偏移，而且这个偏移与这些离子的能量密切相关。当局域场出现在某些位置时，能量较低的离子会有一定的损失，能量较高的离子反而不会损失。

EAST 反向束在不同电流平台下注入的实验分析

刘成岳，陈美霞，吴斌，宋逢泉

2019, 39(1): 15-20. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901003

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对EAST装置在相同束放电参数不同等离子体电流平台下开展的束反向注入实验进行了比较分析，并利用NUBEAM程序分析了不同的等离子体电流放电平台对束电流驱动、束功率沉积、束功率沉积分布及束能量损失的影响，以此来寻求优化的注入本底等离子体参数。结果表明，较高的电流平台更有利于束与等离子体的作用以及更有效提高本底等离子体温度、束驱动电流及等离子体旋转，更有效改善等离子体约束品质。

微波电子回旋共振等离子体阴极电子束的实验研究

李亮, 刘亦飞, 陈龙威, 王功, 刘鸣, 任兆杏, 刘兵山, 赵光恒

2019, 39(1): 21-27. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901004

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介绍了实验室研制的微波电子回旋共振(ECR)等离子体阴极电子束系统及初步研究结果，该系统包括微波ECR 等离子体源、电子束引出极、聚焦线圈等。通过测量水冷靶电流和靶上的束斑尺寸，实验研究了微波ECR 等离子体阴极电子束的流强、聚束性能等随电子束系统工作条件的变化。结果表明：微波输入功率越高、引出电压越高，引出电子束流强越大；工作气压对电子束流强的影响较复杂，随气压增加呈现出先降低后升高的特点；在7×10⁻⁴Pa 的极低气压下电子束流强可达75mA，引出电压9kV；能量利用率可达0.6；调整聚焦线圈的驱动电流，电子束的束斑直径从20mm 减小到13mm，电子束流强未有明显变化。

脉冲调制高压电源高频化改造的仿真分析与实验

周培海，李青*，毛晓惠，王雅丽，李春林

2019, 39(1): 28-33. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901005

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对HL-2A 装置原有的高压电源进行了高频化改造，改造后的单元电源采用脉冲步进阶梯调制(PSM)技术，采用24 个不可控整流电源模块与4 个调节电源模块串联输出，通过控制各模块的投入切出，使输出电压范围在0~20kV 可调，模块开关频率最高可以达到20kHz。通过仿真和实验测试结果表明，该电源运行参数可以达到20kV/200A，开关频率最高达到了20kHz，能够满足系统的实验需求。

基于实验物理与工业控制系统的EAST 真空抽气及加料控制系统设计

袁啸林1, 2，陈跃1, 李建刚1，胡建生1，周跃1，侯吉磊1, 2，黄明1

2019, 39(1): 34-40. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901006

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介绍EAST 真空及加料监控系统底层和顶层的架构设计、连锁保护设计、运行模式设计以及系统部署。在底层架构中，真空抽气和加料监控系统分别采用两套相互独立的光纤环网拓扑，构成双光纤环网结构。顶层设计主要采用符合大科学装置规范的实验物理与工业控制系统(EPICS)架构。系统设计主要特点是将底层双光纤环网结构拓扑和顶层EPICS 架构相结合，构建了大型分布式真空抽气和加料数据采集与监视控制系统。测试结果表明整套监控系统运行稳定可靠，该监控系统不仅为EAST 装置实验提供了可靠支撑，同时也为未来其它大科学装置的监控系统构建提供参考和借鉴。

CFETR 微波诊断预研与设计进展

屈浩1, 2，韩翔1，高翔1，张涛1，王嵎民1，杨曜1，李恭顺1

2019, 39(1): 41-47. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901007

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针对最新的中国聚变工程实验堆(CFETR)零维物理设计参数，对微波诊断进行了研究以及设计工作。为了能够得到完整的密度分布，微波反射计需要同时在高场侧和低场侧进行测量，并采用寻常模以及左旋和右旋非寻常模结合的方式。电子回旋辐射一次谐频的寻常模用来测量芯部电子温度分布，而二次谐频的非寻常模测量能提供边缘温度分布。为了验证新技术在CFETR 上的可用性，EAST 装置上发展了基于频率选择表面的多波段耦合器，为CFETR 的多波段耦合的技术需求提供了可行的预研解决方案。

翅片结构对超汽化结构换热性能影响的研究

刘琦1，毛世峰*1，王忠伟2，刘旭峰2，叶民友1, 2

2019, 39(1): 48-54. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901008

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基于计算流体动力学软件ANSYS CFX，利用非均相流欧拉-欧拉模型耦合RPI(伦斯勒理工大学)沸腾模型开展超汽化冷却结构的过冷沸腾两相流模拟，比较不同翅片结构对超汽化结构换热性能的影响。研究发现在高热流量条件下三角形翅片结构的换热性能优于矩形翅片结构：其中顺流4×3 三角形翅片结构总体换热性能最好；矩形4×3 翅片结构受流速影响较大，由于翅片的阻碍作用使得流速越来越低，换热性能越来越差；逆流4×3 三角形翅片结构由于其翅片间的腔小，并且逆流翅片对主流的破坏使得腔内流体保持着很大的湍度，所以翅片区有很好的换热性能，但由于逆流翅片对流体阻碍作用大，小槽内流体速度越来越低，使得远离翅片区的侧边换热性能逐渐变差。

未来聚变工程实验堆真空室1/32 段扇区焊接分析

范小松1, 2，吴杰峰1，刘志宏1，顾永奇1

2019, 39(1): 55-61. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901009

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对未来聚变工程实验堆真空室1/8 段预研计划中第一个1/32 扇区的焊接过程进行了分析。数值模拟采用固有应变法，比较并设计了1/32 段扇区的焊接工装，同时对焊接形变趋势和形变量进行了预测。焊接过程中控制点的偏移反映了1/32 段扇区整体的形变趋势和形变量与数值模拟结果相符合，焊接工装的设计与焊接过程中预补偿的应用有助于提高1/32 段的制造精度。

水平磁场中液态锂膜流动实验装置及初步结果

刘佰奇1，阳倦成2，齐天煜1，任东伟1，倪明玖1

2019, 39(1): 62-67. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901010

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设计了用于水平磁场中锂膜流动铺展性及磁流体动力学效应研究的实验装置，介绍了所用磁铁、锂循环回路、动力系统、回路温控系统和测量系统五个组成部分。各部分加工完成，进行现场组装与回路调试，最后加入锂锭熔融后完成实验台搭建工作。利用该实验台研究了锂膜在不锈钢表面的铺展情况、锂膜表面形态与流动雷诺数的关系，以及磁场对液膜表面形态的影响等方面。结果发现液态锂膜在充分锂浸润的不锈钢表面能够完全铺展，水平磁场对锂膜流动有致稳作用，并且可以抑制磁场方向的表面波动。

边缘局域模热流冲击下偏滤器铜夹层疲劳行为的数值模拟

柳世民，黄生洪*

2019, 39(1): 68-75. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901011

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采用有限元方法对偏滤器单块铜夹层在高热通量(HHF)和边缘局域模(ELMs)叠加载荷条件下的热力响应和热疲劳行为展开了细致的数值模拟，结果表明：(1) ELMs 瞬态热冲击引起的铜夹层损伤将与HHF 载荷引起的损伤相耦合；(2) 在HHF 和ELMs 叠加载荷作用下，夹层的疲劳寿命不断下降，下降的幅度随着ELMs 峰值和时均热流密度的增加而非线性增大；(3) 夹层疲劳寿命的缩短对ELMs 峰值热流密度和频率更为敏感。

大孔径背景场磁体的设计与分析

杨皓君1, 2，陆坤1，荣建1

2019, 39(1): 76-82. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901012

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基于中国聚变工程实验堆(CFETR)接头的设计要求，提供了一种大孔径背景场磁体的设计方案。构造出大孔径背景场磁体的结构，利用背景场磁体来得到相应的磁场数据，对比研究磁体的参数对磁场的影响，得出相关参数的变化规律。利用Gandalf 程序模拟计算出CFETR 接头背景场磁体的分流温度，考虑到液氦的流体力学性能，采用Gandalf 程序模拟超导股线的失超行为，估算出较为精确的最小失超能。将最小失超能作为Q₀ 值代入到程序中得出热斑温度值，分析结果表明，设计符合要求，为CFETR 高温超导接头的制作和实验提供了可靠依据。

火药燃气作用下电离种子产生等离子体研究

李俊，毛保全，白向华，钟孟春，朱锐

2019, 39(1): 83-88. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901013

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为研究电离种子在火药燃气作用下产生等离子体的规律，建立了密闭爆发器(定容)条件下电离种子产生等离子体的数学模型，设计了火药燃气作用下电离种子产生等离子体的试验系统。采用某型火炮发射药和不同种类的电离种子分别进行了试验，结果表明：电离种子在火药燃气作用下可以产生等离子体，加入钾盐和铯盐后电子密度分别为2.25×10¹⁸m⁻³ 和4.63×10¹⁸m⁻³，铯盐电离效果优于钾盐。通过试验数据和仿真结果比对，发现它们保持在同一数量级内。

常压双频驱动Ar/CCl4 等离子体射流制备碳薄膜的研究

张亚东，袁强华，殷桂琴*，王勇，李洋

2019, 39(1): 89-96. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901014

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在大气压下双频Ar/CCl4 等离子体射流的驱动下，固定低频功率，通过改变射频功率在硅基底上制备了非晶态碳薄膜，并且通过程序进行相应的数值模拟计算。结果给出了不同功率下电子与离子的密度、温度、电场、电势、角度分布等参数对碳材料样品形貌的影响；样品变化趋势的预测及其原因的分析，以及与实验结果的对比。结果表明，对于双频大气压等离子体，射频可以独立控制等离子体的能量和反应强度，可以相对地控制产物。这为制备薄膜材料的形貌提供重要的实验基础。

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