当期目录

2015年 第35卷 第2期    刊出日期：2015-06-15

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等离子体物理学

高能量粒子尾隆分布情况下的色散函数研究

赵 康，蒋海斌，何宏达，何志雄

2015, 35(2):  97-102. 

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当同时使用离子(或电子)回旋及中性束注入方式加热等离子体时，高能量粒子的能量分布函数一般应为尾部隆起(简称尾隆)分布。这种具有正能量梯度区域的分布函数更容易激发不稳定性，同时由于分布函数尾部隆起，在色散关系中引入了新的色散函数。主要研究了这种新色散函数的计算方法，结果表明：色散函数实部是关于原点对称的奇函数；而虚部则是关于纵轴对称的偶函数。色散函数的实部有2~4 个极值点且极值点的位置与尾隆分布函数的能量梯度Δ 有关、虚部有1~3 个极值点但极值点位置与Δ 无关。当其宗量趋于无穷大时，色散函数的值趋于零。当尾隆分布趋近于麦克斯韦分布时，用该方法计算的结果与色散函数表中给出的结果非常吻合。

等离子体天线色散关系的一种高精度快速算法

黄 冶

2015, 35(2):  103-108. 

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建立了等离子体-绝缘管-真空结构的等离子体天线物理模型，推导了新的色散关系方程，通过几何诠释，给出了一种新的高精度快速收敛求解方法，计算机仿真验证了结论的正确性和有效性。利用算法研究了当电子密度按线性律减小时，圆柱等离子体天线的色散关系，并绘制了方向图。这些结果对等离子体天线的分析与设计具有重要的参考价值。

核聚变工程技术

HL-2A 装置LHCD 微波功率测量系统设计

王 贺，王 超，陆志鸿，卢 波，饶 军

2015, 35(2):  109-113. 

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为了解决在功率测量中检波器输出的非线性曲线和动态输入功率范围小等问题，为500kW/3.7GHz 的LHCD 系统设计了对数检波器，并由其组成新型线性微波功率测量系统。测试结果表明，该测量系统具有更大的动态功率测量范围，其特征曲线在本系统功率参数内具有优良的线性特性，对数一致性误差在-1dB~+1dB 范围内可输入微波功率动态范围>40dB，在系统可用范围内利用线性拟合获得的相关系数大于0.999。该结果优于以前设备测试结果。

ITER 磁体支撑结构多维加载系统测控系统的设计

廖 敏，李鹏远，侯炳林，潘传杰，迟成芳

2015, 35(2):  114-119. 

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为了验证ITER 磁体支撑结构的可靠性，建立了多维加载测试平台对支撑部件进行机械性能检测。测量控制系统由7 台EDC 控制器、计算机系统、16 通道准动态应变仪、25 只位移传感器、7 套油缸中的负荷和位移传感器组成。基于可编程语言，利用EDC220 数字控制器实现了多通道协调加载的测量和控制过程，完成了 7 套双油缸高精度同步控制实验。针对典型的加载工况进行工程测试。结果表明，测控系统设计合理，控制系统可靠，能满足下一步的实验要求。

ITER 718合金螺栓断裂原因分析及工艺改进

张 腾，李鹏远，许 丹，韩石磊，康道安

2015, 35(2):  120-124. 

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通过化学成分检测、金相组织分析、氢含量的测定、断口的宏微观观察、大直径高强螺栓的原型件拉伸试验以及有限元分析等手段从材料、结构、制造工艺三个方面上探究了ITER 磁体支撑718 螺栓低强度断裂的原因。材料分析结果表明，国产718 螺栓材料的性能满足要求。工艺分析结果表明，螺栓低强度断裂的主要原因为滚压螺纹后的热处理导致螺纹根部脆性。结构分析结果表明，由于应力集中的影响，718 螺栓的强度低于原材料强度，而且随着螺栓直径的增大而降低。基于以上分析结论，提出了能显著提高718 螺栓强度的新工艺。通过原型件的拉伸试验，新工艺螺栓可以有效地提高螺栓的强度160MPa，达到1230MPa。

中国固态增殖剂实验包层小模块工程结构设计与研制工艺探讨

王泽明，胡 刚，陈 路，陶海燕，陈高詹，叶兴福，王平怀，俞德怀，王世忠，李 勇，冯开明

2015, 35(2):  125-130. 

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为部分验证中国固态增殖剂TBM 模块中原尺寸模块结构设计的合理性和研制工艺的可行性，针对性地开展了TBM 小模块(仅高度为1/3)研制工作。在前期设计工作基础上，开展TBM 小模块结构详细优化设计与分析，提出模块加工、连接及集成装配等工艺方案，为TBM 小模块的工程化试制奠定坚实基础。

EAST 六自由度内窥机械臂的逆运动学算法研究

魏小洋，王 堃，潘洪涛，赵文龙

2015, 35(2):  131-136. 

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为了实现 EAST 装置真空室内的内窥多关节机械臂的实时高精度控制，提出了一种逆运动学算法，即建立机械臂多变量的方程组，转化成为矩阵的特征值问题求解。为了验证和满足实际控制的需要，还基于 VC++6.0 开发了 MFC 运动学算法程序。结果表明，该算法能在 ms 级别内得到机械臂的所有运动学逆解。

J-TEXT 装置静态扰动场电源系统结构分析及实现

南杰胤，施文丰，易 斌，张 明，丁永华，饶 波，庄 革

2015, 35(2):  137-142. 

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研制了一种基于电容储能的脉冲电源系统用于J-TEXT 装置扰动磁场线圈的运行，介绍了J-TEXT 装置静态扰动磁场线圈(SRMP)，对静态扰动磁场电源系统进行了原理分析，并给出了电源的运行结果。实验运行效果表明，输出电流最大能达到8kA，最大电流上升率为200A.ms^-1，静态扰动场电源系可以稳定地工作，可以产生足够的扰动磁场并开展相关物理实验。

J-TEXT 远程参与实验系统的设计与实现

李 光，张 明，郑 玮，张 璟，刘 睿，庄 革

2015, 35(2):  143-150. 

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设计了一个开放平台使研究者能够远程参与J-TEXT 装置实验，应用Representational State Transfer (RESTful)软件架构模式实现Web 应用，提供大量的开放API 给开发者开发托卡马克应用软件。认证和授权功能避免了开放的API 被用户恶意使用。J-TEXT 装置远程参与实验Web 应用使用了ASP.NET SignalR 框架，在实时刷新界面状态方面取得良好的效果，还实现了多种服务器推送信息的策略。系统具有良好的灵活性，兼容 Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS)软件，目前已经集成到J-TEXT Control, Data Access and Communication (CODAC)系统中使用。Web 应用和Android 应用的测试和使用结果表明，系统能够连续稳定运行，可以满足装置远程参与实验的需求。

频率调制对ICRH 天线阻抗匹配的影响研究

谭清懿，龚学余，杜 丹，郭征荣

2015, 35(2):  151-155. 

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采用三支节液态调配器使离子回旋加热(ICRH)天线系统达到阻抗匹配，在阻抗匹配的条件下结合频率调制技术来减小由天线输入阻抗变化所引起的反射功率。数值模拟了频率调制前后天线负载与反射系数的变化关系，用来验证频率调制对ICRH 天线中阻抗匹配装置的影响。模拟结果表明：三支节液态调配器结合频率调制方法，能更好地降低天线传输系统的反射系数，使得发射机的功率通过天线辐射更加有效地耦合到等离子体中去。

水冷包层模块局部模型流量分配数值模拟

王慕飞，佟立丽，曹学武

2015, 35(2):  156-162. 

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用JAEA 水冷包层(WCSB)模块侧壁的流量分配实验验证了SST 湍流模型，建立了水冷包层模块第一壁的数值分析模型，研究了第一壁各冷却管中的流量分配情况。分析结果发现，第一壁模型入口集管中存在复杂的流动行为，冷却剂可以明显的区分为主流和逆流两大部分，其中主流进入冷却管的位置是影响流量分配的主要因素，逆流区形成了一系列次级涡流和沿管壁的环向流动。分析结果表明，在第一壁模型中，在所以条件下，各冷却剂通道中存在流量分配不均匀现象，流速最大值与最小值偏差均小于2%。

热通量和液态锂流速对自由流动液态锂温度分布的影响

朱志川，张传武，芶富均，王建强，杨党校，苗 峰

2015, 35(2):  163-169. 

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应用商业软件ANSYS CFX 计算了等离子体热通量和液态锂流速对自由流动液态锂温度分布的影响。计算结果表明，导向槽中心附近液态锂温度较高，冷却水入口和出口对应位置液态锂温度最低。液态锂出口温度随着等离子体热通量的增大而线性升高，冷却水流速为1.5m·s⁻¹，热通量分别为0.1MW·m⁻² 和1MW·m⁻² 时，液态锂在出口处对应的温度分别为255.3°C 和458.6°C。增大液态锂流速，导向槽内液态锂的温度逐渐降低，但温度变化的幅度较小。计算结果对液态锂回路安全稳定运行提供了一定参考。

氩气驱动液态锂回路的总体设计及初步运行结果

薛晓艳，张卫卫，左浩毅，欧 巍，王建强，杨党校，芶富均，朱志川，陈顺礼，潘宇东，黎 颖，曹小岗

2015, 35(2):  170-174. 

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为了研究等离子体与自由液态锂表面相互作用的物理过程，建立了用氩气驱动的液态锂回路装置。介绍了建立的液态锂回路装置的组成部分、技术参数及运行原理。此回路主要由主回路、等离子体与液态锂相互作用试验段和单阴极高密度等离子体发生装置三部分组成。目前，此回路已取得一些初步的模拟结果和实验结果。

表面粗糙度对面向等离子体钨材料溅射的影响

杨 涛，龚学余，胡继文，杜 丹

2015, 35(2):  175-180. 

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依据钨材料表面溅射的实验现象，建立钨材料表面粗糙模型，模拟了高能H⁺、He⁺粒子辐照下的钨材料表面的溅射行为过程，并与基于离子输运的双群模型计算得到的结果作了比较。结果表明，随着钨材料表面粗糙程度的增加，溅射率降低；对一定的粗糙表面，相同能量的不同入射粒子，质量越大粒子溅射率越高，这些结果为分析聚变装置中心等离子体杂质水平和评价偏滤器寿命等提供了一定的理论支撑。

等离子体应用

圆柱形霍尔推进器的三维刻蚀模拟与实验研究

李宏斌，唐德礼，聂军伟，耿少飞，张 帆

2015, 35(2):  181-186. 

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通过使用数值模拟和实验相结合的方法研究圆柱形霍尔等离子体推进器。应用蒙特卡洛方法和Particle In Cell (PIC)方法对放电通道内等离子体碰撞和行为进行模拟。建立圆柱形霍尔推进器的物理和数值模型；通过对放电和加速区等离子体的产生和输运进行模拟，掌握了等离子体放电和加速机理以及内磁极的刻蚀
情况。结果表明：随着电压的升高，内磁极刻蚀较为严重；推进器内部离子能量值约为放电电压值的50%左右。同时通过实验方法测定不同放电电压情况下推进器的放电性能。

红外无损检测在面向等离子体部件检测的应用

刘文勇，刘雷雷，佟立丽，曹学武

2015, 35(2):  187-192. 

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建立了主动式内热源激励的红外无损检测平台，并进行了不同缺陷大小的EAST W/Cu 面向等离子体部件(PFC)的无损检测实验(NDT)，得到试件表面的红外热图。通过最大温差值融合法消除由试件表面发射率不均匀引起的温度误差，通过快速离散傅里叶变换法提高了图像的信噪比，实现了对W/Cu 面向等离子体部件缺陷的分辨。通过数值模拟的手段对可能影响该检测技术的关键因素进行了定量分析。