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2017年 第37卷 第2期    刊出日期：2017-06-15

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等离子体物理学

托卡马克边缘湍流中带状流的负粘滞阻尼

胡世林1，李继全1, 2

2017, 37(2):  125-130.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702001

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基于Hasegawa-Wakatani湍流模型，数值模拟了托卡马克边缘等离子体中漂移波湍流和相关的反常粒子输运。从等离子体动量守恒方程出发导出了不采用常规的布辛涅斯克近似的带状流方程，论证了大振幅密度扰动和湍性粒子流对激发带状流的贡献可等效地对应于低阶负粘滞阻尼效果。数值模拟表明，大振幅密度扰动的非线性大大增强了带状流饱和振幅，从而有效抑制了湍性粒子输运。研究结果阐明了托卡马克边缘等离子体大振幅密度扰动的非线性对驱动等离子体旋转、动量输运和带状流的重要性。

小磁岛转动引起的沿磁力线电流对撕裂模的影响

王 丰，曲洪鹏

2017, 37(2):  131-136.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702002

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利用离子香蕉轨道中心坐标和香蕉轨道平均算符，讨论了磁岛转动引起的沿磁力线电流分布及其对新经典撕裂模演进的影响。结果显示，考虑此电流的影响，当磁岛旋转频率ω=ω_*i 时，被离子香蕉轨道宽度效应削弱的自举电流驱动项基本恢复；当ω=ω_*e时，离子香蕉轨道宽度效应对自举电流驱动项的削弱则加剧。这意味着磁岛转动方向不同时，此沿力线电流能显著增大或减弱离子香蕉轨道宽度效应对自举电流驱动项的削弱作用。

湍流雷诺协强及密度扰动对极向动量输运影响的实验研究

郭栋，聂林，吴一帆，袁博达，龙婷，柯锐，龚少博，许敏

2017, 37(2):  137-143.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702003

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利用静电探针阵列对HL-2A边缘等离子体径向和极向速度进行了测量，获得了最后闭合磁面附近湍流的雷诺协强 以及 和 间相位差的剖面。实验表明，虽然 、 的幅值对雷诺协强的大小会有影响，但雷诺协强的变化趋势主要取决于二者相位差的变化；另一方面，欧姆放电以及不同电子回旋加热功率L模放电条件下的实验结果显示，密度扰动引起的粒子输运所带来的极向动量输运的贡献与雷诺协强项对极向动量输运的贡献是可比的。这表明在分析湍流引起的动量输运时必须考虑粒子输运的贡献。

石英晶体微天平在HL-2A装置上的应用

曾晓晓，才来中，吴 婷

2017, 37(2):  144-151.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702004

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在HL-2A装置上采用石英晶体微天平(QCM)测量碳元素及其化合物的沉积质量，从测量的数据可知，每次等离子体放电后QCM的沉积量都会有细微变化，每次放电测得的沉积质量约为0.1~10μg。沉积量的变化与沉积物质再腐蚀或者溅射有关。根据一天的测量结果，可以计算得出HL-2A装置偏滤器区域平均每次放电(非H模放电)的沉积厚度约为10nm。

核聚变工程技术

HL-2A装置实时等离子体位形重建系统的加速优化

凌 飞，夏 凡*，马 瑞

2017, 37(2):  152-158.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702005

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现有的HL-2A实时平衡重建系统采用的是网格尺寸为33×33，将无法满足HL-2M装置对控制精度和速度要求。为此开发了网格尺寸为129×129的重建系统，并通过GPU并行、算法重构等优化方法，使得新的重建系统在保证计算精度的情况下能够使得每一次平均重建计算维持在600μs内，可满足HL-2A和HL-2M中周期为1ms等离子体控制系统对重建系统精度和速度要求。

HL-2A等离子体实时平衡重建的GPU并行化

马 瑞，夏 凡，凌 飞，李佳鲜

2017, 37(2):  159-166.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702006

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描述了HL-2A等离子体实时平衡重建的GPU并行化算法，主要包括G-S方程的并行化处理、三对角方程求解、网格边界磁通计算以及一系列矩阵相乘的并行加速。并行后，在129×129的网格下完成一次迭代计算需要约575μs。

中国氦冷固态增殖剂试验包层模块系统活化计算分析

曹启祥1，赵奉超1，武兴华1，王晓宇1，冯开明1，Michael Loughlin2

2017, 37(2):  167-172.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702007

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基于中国氦冷固态增殖剂试验包层模块(CN HCCB TBM)的最新设计方案和ITER提供的中子学基准模型C-lite，采用国际通用的Monte Carlo粒子输运程序MCNP和欧洲活化程序FISPACT-2007对HCCB TBM及其辅助系统(统称为HCCB TBS)进行了详细的活化计算分析，得到并讨论了各结构部件的放射性、余热和接触剂量率结果。结果表明，停堆时HCCB TBM模块的总放射性和总余热分别为2.348×10¹⁶ Bq和5.826 kW。活化计算结果可以为TBS的安全分析、维护和放射性废物处置等提供数据基础和分析依据。

HCCB-TBM包层Li4SiO4球床堆积结构的数值模拟

巩保平，冯勇进，刘 洋，廖洪彬，王晓宇，冯开明

2017, 37(2):  173-180.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702008

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通过离散元法初步模拟了微球在重力作用下的堆积行为，并分析了氚增殖区Li₄SiO₄球床的局部堆积结构。研究结果表明，摩擦系数和恢复系数对球床最终堆积结构有很大的影响。当摩擦系数较小时，摩擦系数对球床堆积结构的影响起主要作用；当摩擦系数较大时，恢复系数对球床堆积结构的影响起主要作用。球形颗粒从靠近壁面处的规则分布逐渐过渡到内部区域的均匀随机分布。球床局部堆积因子表现出了明显的壁面效应，其分布随着微球到壁面距离的增加而呈现出振幅逐渐减小的振荡趋势。所得到的球床堆积结构信息可用于研究球床传热特性和提氚气体流动特性的随机堆积球床模型的建立。

流道形状对铜基螺线管线圈冷却效果的影响

黄卓成，罗天勇，张国书，刘 健

2017, 37(2):  181-187.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702009

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采用Fluent和ANSYS Workbench软件对水冷铜基螺线管线圈进行了流体分析及热流耦合分析。得到了水冷铜基螺线管线圈内壁面温度随曲率角和曲面角的变化关系。分析了3种不同流道截面(圆形、椭圆形、三叶形)的螺旋管线圈在同样工况下的出口及交界面的最大温度、平均温度和最小温度，发现流道形状会严重影响螺线管线圈的换热，椭圆截面和三叶形截面的螺旋管线圈相比圆形截面的螺旋管线圈具有更好的冷却效果，如平均壁表面温度均降低了近70℃，管壁上的最高温度也控制在了100℃以内，最大温差也控制在了60℃以内。

ITER第一壁模块Be/Cu连接界面的热疲劳损伤分析

刘丹华，王平怀，李 前，杨 波，金凡亚，谌继明*，ITER屏蔽包层组

2017, 37(2):  188-193.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702010

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采用热等静压扩散连接技术并通过添加Ti/Cu中间过渡层实现了Be与CuCrZr合金之间的可靠连接，所制作的ITER第一壁小模块已通过高热负荷疲劳试验。对试验后的小模块进行了超声波无损探伤，发现界面多处存在大尺寸缺陷。介绍了高热负荷疲劳试验后模块的破坏性检测与分析，结合对缺陷界面的金相观察、SEM观察及EDS分析方法，确定了缺陷形成的主要原因。

EAST共振磁扰动线圈电源响应延迟分析及优化

陈 坤，高 格*

2017, 37(2):  194-198.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702011

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为了提高EAST装置中共振磁扰动(RMP)线圈电源的输出电压、电流响应速度和输出特性，对共振磁扰动线圈电源的响应时间延迟进行了分析和优化处理。详细分析了对称规则采样和单极性倍频PWM调制过程所产生的时间延迟，针对该部分时间延迟提出了多次采样延时数据更新方法，对逆变电源控制器进行优化和改进。实验结果表明，采用该方法后电源输出响应时间延迟从206μs减小为70μs，可以满足EAST实验的需求。

EAST装置RMP线圈电源的优化设计

宋德勇1, 2, 高 格1,傅 鹏1, 盛志才1

2017, 37(2):  199-203.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702012

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对EAST装置中边界局域模等相关物理现象研究的要求，RMP线圈电源需要有更大的承载电流能力，同时提高响应速度和减小输出电压纹波。对于一期RMP线圈电源的拓扑结构、主回路参数进行了优化设计，结合理论计算、MATLAB仿真和实际测试验证了设计方案的可行性，实验结果表明二期RMP线圈电源在响应速度、承载电流能力和电压纹波方面相比一期均表现得更好，达到优化的目的。

适用于EAST快控电源的交流绝缘监测技术

黄海宏，曹玉玺，王海欣

2017, 37(2):  204-209.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702013

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为了保障EAST快控电源系统的稳定运行，提出了一种适用于EAST快控电源的高频高压工作环境的交流绝缘监测技术。此方法利用电阻不平衡桥，通过交替投切电阻造成分压的变化，实时采集电压，计算出绝缘电阻值。搭建了Simulink仿真平台，分别将~220V市电和EAST快控电源输出作为电压输入进行实时绝缘监测仿真分析，波形与预期相符。经过实验验证，新方法能够准确完成220V市电交流输入的绝缘监测，并且在快控电源现场能正常工作，达到绝缘监测的精度要求。

PSM高压电源反馈控制系统研制

龙超雷，王英翘，姚列英，王雅丽,李 青，毛晓惠， 李维斌，任青华

2017, 37(2):  210-214.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702014

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介绍了HL-2A装置上用于二级加热系统的PSM高压脉冲电源的反馈控制系统。该电源控制系统以DSP+FPGA作为控制核心，输出112路驱动脉冲，以此来控制112个IGBT的通断，包括了驱动、通信、计算、反馈等部分，使电源系统输出稳定高压。设计了远程通信系统，其中基于VB的上位机与控制系统之间采用CAN总线技术来实现电源系统的相关参数设定及传输。DSP与FPGA实现了计算、反馈等功能。完成了相关的代码编写与系统测试。实验测试结果表明，该控制系统实现了高压电源的稳定输出，满足了实验的需求。

EAST真空室内巡视系统的真空性能研究分析

徐烈志1，姚达毛*1，周自波1，曹 磊1，余耀伟1，杜 亮2，EAST团队1

2017, 37(2):  215-219.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702015

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介绍了EAST真空室内巡视系统(IVVS)系统对EAST真空室第一壁进行巡检操作的工作原理，并基于系统部分材料出气率测试对其真空性能进行了分析。获得了在有效抽速为1064L•s^–1的条件下，IVVS系统试验样机所采用的真空容器的极限真空度为3.37×10^–3Pa。为优化IVVS真空性能，结合材料放气率试验，将部分材料更换为放气率低的材料，对系统进行烘烤处理，并对其中的相关结构提出了优化方案。优化后系统的真空性能有明显提高，在同等抽速条件下的极限真空度在1×10^–4Pa范围内，能够满足EAST接受的真空环境要求。此外，抽气机组增添低温泵可以更进一步提高系统的真空性能。

基于JRTF的新型偏滤器电源控制系统

万宽红1, 2，陈 志1, 2，郑 玮*1, 2，张 明1, 2，郑国镇1, 2，李 阳1, 2

2017, 37(2):  220-225.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702016

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为了满足复杂实验条件下对等离子体控制的要求，设计和研发了实时框架JRTF的新型偏滤器电源的控制系统。JRTF框架是一个在J-TEXT装置上开发实时控制系统而实现的实时框架，结合了当前J-TEXT电源控制系统的经验，符合当前电源系统的控制特点，并且与现有中央控制系统兼容，同时支持更多的硬件，在软件和硬件标准上与ITER兼容。新偏滤器电源控制系统在用于J-TEXT的实际运行下表现了良好的控制性能，并具有不错的实时表现。

JAEA 10A多峰源放电中电极布局模拟

廖 鹏，印茂伟*，吴永存

2017, 37(2):  226-231.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702017

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采用自主研发的全三维PIC/MCC软件对JAEA 10A多峰负氢离子源进行系统仿真，分析了电极布局对H^-体积产生效率的影响。模拟结果显示：放电功率一定的情况下，增加电极数目，高能电子导致的横向漂移相对减弱，进而得到相对均匀的H^-束；但电子的相对利用率越低，导致H^-体积产生效率较低。电极越靠近过滤磁区，高能电子导致的横向漂移相对增强，H^-体积产生效率较低。改变电极数量，H^-体积产生效率和空间均匀性不可兼得，电极远离磁过滤区，可实现双赢。

氦气状态对超导托卡马克室温绝缘子电性能影响实验研究

房琳琳1，潘皖江1，朱银锋*2，吴 诚1，曹 益1，陈 煌1

2017, 37(2):  232-235.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702018

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为了解不同氦气状态对超导托卡马克室温绝缘子电性能的影响，建造了室温绝缘子氦气状态下电性能测试平台。利用该平台，在静态氦气和氦气流速为0.65g•s^-1状态下进行了室温绝缘子高电压-漏电流实验。实验结果表明，两种氦气状态下室温绝缘子均满足使用要求。

等离子体应用

介质阻挡放电低温等离子体脱硝性能研究

郭 彬1, 2，栾 涛*1

2017, 37(2):  236-243.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702019

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进行了介质阻挡放电低温等离子体脱除伴有SO₂的烟气中NO的研究，分别进行了直接等离子体脱硫脱硝和间接等离子体脱硫脱硝实验。在直接等离子体脱硫脱硝中，模拟烟气等混合气直接通入等离子体发生器，在反应器中电离分解NO以及和生成的高能电子、离子和自由基等离子体相互反应而进行脱除NO；间接等离子体脱硫脱硝中，模拟烟气连接在等离子体发生器出口与从反应器中产生出的等离子体发生氧化反应而进行脱除NO。结果表明，无论直接形式还是间接形式，脱硝效率都要比脱硫效率高，间接脱硫脱硝能够大大降低功率输入，节省能耗，具有重要的实际应用价值和意义。氨气的加入，有利于脱除效率的提升。

感应耦合等离子体制备球形铬粉末的工艺研究

陈伦江1，陈文波1, 2，刘川东1，程昌明1，童洪辉1

2017, 37(2):  244-248.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201702020

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采用感应耦合热等离子体作为高温热源，对形状不规则的铬粉末进行了球化处理，研究了送粉速率对球形粉末的流动性、球化率的影响，并采用金相显微镜和霍尔流速计对球形粉末的表观形貌和流动性进行了测定。研究结果表明：形状不规则的粉末经过等离子体处理后，绝大部分以上的粉末均变为球形或类球形。对于粒径在200～300目之间的铬粉，随着送粉速率的增加，球化后的粉末流动性逐渐增强，球化率增加；当送粉速率为35g•min^-1时，其流动性和球化率分别约为56.18s/50g和85.6%，两者均达到了最佳效果。