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2018年 第38卷 第2期    刊出日期：2018-06-15

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等离子体物理学

基于多通道Kirkpatrick-Baez 显微镜的内爆热斑不对称性实验研究

董建军，邓克立，王强强，任 宽，曹柱荣，江少恩

2018, 2(2):  125-129.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802001

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利用多通道Kirkpatrick-Baez 显微镜具有约3μm 的空间分辨能力，对内爆压缩热斑的细节可以进行空间分辨测量。通过赤道和极区两个正交方向对柱腔辐射驱动内爆热斑的X 射线自发射进行测量，获得了热斑区在两个正交方向的二维X 射线强度空间分布。X 射线图像数据处理结果表明，赤道区表征内爆热斑不对称性的2 P 分量比极区的约高8%，极区的0 P 分量比赤道区大2μm。内爆热斑在极区的压缩要强于赤道区，反映了极区的辐射驱动要比赤道区的强，这导致靶球在压缩停滞阶段形成的热斑形状呈扁椭球。

HL-2A 装置上的极向电荷交换复合光谱诊断

王 捷，刘 亮，何小雪，陈文锦，魏彦玲，余德良

2018, 2(2):  130-137.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802002

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介绍了HL-2A 装置上的高时空分辨极向电荷交换复合光谱诊断系统。该系统观测范围覆盖了大半径R=1.91~2.02m 的等离子体区域，通过测量碳杂质离子谱线CⅥ(n=8→7，λ=529.06nm)的多普勒展宽，获得离子温度的分布剖面。该系统共有2 个光学采集透镜组，其中一个透镜组放置在中性束注入窗口附近，用于观测中性束注入时的主动光谱和被动光谱；另一个透镜组放置在装置的另一侧，用于观测被动光谱。为了实时准确地对各测量通道的波长进行监测，采用了波长λ=532nm 的激光作为参考。在有中性束注入的高模放电期间，系统在等离子体边界R~2.00m 的位置观测到显著的边缘输运垒。

超声分子束注入模型与流体输运程序的耦合

王亚辉1, 2，郭文峰1，王占辉3，万 迪4，任启龙1，陈佳乐1，孙爱萍3

2018, 2(2):  138-143. 

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将超声分子束注入模型加入到流体输运程序ONETWO 中，为ONETWO 程序提供了重要的粒子源和电子、离子热源项。在ONETWO 程序物理模型中加入超声分子束注入模型，修改TPSMBI 程序并将其耦合到 ONETWO 程序中。运用耦合后的ONETWO 程序模拟研究了喷气法与超声分子束注入产生的源项。将超声分子束注入模型加入到ONETWO 程序中不仅可以为相关的实验分析提供一种重要的工具，也可为未来装置(如中国聚变工程实验堆)的物理设计提供重要的粒子和能量源信息。

EAST 电子回旋共振加热效果的数值模拟和分析

韦 维1，李妙辉2，王晓洁2

2018, 2(2):  144-151.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802004

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为了给EAST 电子回旋共振加热物理实验提供理论依据和模拟预测，从电子热输运方程出发，运用 CRONOS 输运程序对不同等离子体和波参数下，电子回旋加热效果进行了数值模拟计算。给出不同电子回旋波功率、入射角、电子密度和纵场等参数对电子回旋加热效果的影响，预测在不同参数下，电子温度、等离子体总内能和能量约束时间的变化，分析了其原因，并与实验结果进行了初步的比较。

射频离子源束流特性分析

赵 淼，雷光玖，李 明，谢炜民，张贤明

2018, 2(2):  152-157.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802005

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介绍了为HL-2A 装置设计的引出束功率为1MW 的射频离子源研制情况。目前，在测试平台上，该离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35keV 和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms 的氢离子束，达到了其设计束功率的44%。用红外热成像的方法测量了离子束能量密度分布。结果表明，在距离引出系统地电极 1.3m 处，束密度分布遵循高斯分布。引出束的最佳导流系数为1.689×10^–6A•V^-3/2 左右，随射频功率改变有较小的变化。根据这些实验结果，采取了相关改进措施来改善离子源的引出束性能。

射频离子源离子束成分光谱测量

谢炜民，李明，赵淼

2018, 2(2):  158-162.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802006

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为HL-2A 装置中性束注入器研制了引出束功率为1MW 的射频离子源。在测试平台上，实验离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35keV 和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms 的氢离子束，达到了设计束功率要求的44%。在射频离子源实验平台上，利用多普勒频移光谱方法测量了离子源引出束流成分比例，对比了束流成分和射频离子源引出束流之间的关系。实验数据分析表明，在10A 引出束流的情况下，离子流成分 H⁺ ₁、H⁺ ₂ 和H⁺ ₃ 分别为75%、18%和7%。并且当引出束流从3.3A 升至10.4A 时，H⁺ ₁ 从37%升至78%，而H⁺ ₃ 则从19%降至9%。

核聚变工程技术

HL-2M 装置环向场线圈匝间绝缘工艺研究

邱银，李广生，邹晖，单亚农，杨青巍

2018, 2(2):  163-169.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802007

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为研究HL-2M装置环向场线圈的匝间的绝缘，利用拉伸剪切试验研究了浸胶玻璃毡布和环氧玻璃坯布在不同的压力作用下热烘焙固化后与铜板的粘接性能。结果表明，在不同结构组合和不同压力下，热烘焙固化后的匝间绝缘与铜板的粘接性能存在一定差异。HL-2M装置环向场线圈的匝间绝缘选取了浸胶玻璃毡布和环氧玻璃坯布间隔组合的结构，在8MPa压力下进行热烘焙固化，绝缘层与铜板的静态粘接强度达到24MPa，动态疲劳粘接强度与剪切试验循环次数有关。

基于离线激光诱导击穿光谱方法的HL-2A石墨瓦沉积层初步分析

王振忠1，才来中1，刘 平2，刘佳敏2，Imran Muhammad2，丁洪斌2

2018, 2(2):  170-176.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802008

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对HL-2A 偏滤器靶板和固定孔栏位置的石墨瓦进行了离线激光诱导击穿光谱(LIBS)测量，比较分析了沉积行为，初步得到了不同位置沉积层粒子种类(Fe、Si、H、D 等元素)及其深度的变化。与飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)所得结果进行了对比，发现离子深度变化形貌趋同。根据沉积层有效信号激光数，得到激光烧蚀速率约为270nm/脉冲。

影响HL-2M 偏滤器靶板冷却性能的结构参数研究

卢勇，蔡立君，黄运聪，刘健，刘雨祥，郑国尧

2018, 2(2):  177-183.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802009

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在石墨瓦和热沉板可达到的最高温度的优化目标下，基于热传导和对流换热方程，利用CFX软件采用单一参数分析的方法对HL-2M偏滤器石墨瓦厚度、热沉板内管道中心位置、管道直径、石墨瓦与热沉板接触热阻等关键结构设计变量进行了数值仿真及分析。研究结果表明：石墨瓦厚度为25mm时，HL-2M偏滤器冷却性能最佳；热沉板内管道中心离靶板表面越远，其热交换性能越差，且近似呈线性关系；热沉板内管道直径增大，对偏滤器冷却性能略有提高；石墨瓦与热沉板之间传热系数越大，偏滤器冷却性能有所改善，但对热沉板的热冲击越大。

中国超导聚变工程实验堆氦冷固态包层中子学设计分析

赵奉超，冯开明，曹启祥，栗再新，张国书

2018, 2(2):  184-191.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802010

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根据中国聚变工程实验堆(CFETR)设计要求，参考氦冷固态包层实验包层模块(HCCB TBM)的设计经验，完成了CFETR固态包层的中子学设计分析，并评估了中平面位置可开窗口的最大面积。设计分析结果表明，基于增殖单元的固态包层中子学设计方案的氚增殖比(TBR)达到了1.243，满足CFTER氚自持设计要求；中平面可以开出的辅助窗口的最大面积为11.43m²。

聚变实验堆真空室壳体成型模具设计及实验研究

黄运聪，冉 红，侯吉来，曹 曾，宋斌斌，唐 乐

2018, 2(2):  192-198.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802011

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参考ITER真空室制造规范，在常温下对中国聚变工程实验堆(CFETR)真空室壳体成型进行工艺预研。先根据成型经验公式计算出所研究壳体的成型模具尺寸范围，再利用有限元软件选择3组公式值附近的尺寸模拟了该成型工艺最佳模具尺寸参数，分析出最佳型面尺寸误差在±1.5mm内，并以此指导成型实验。测试了成型实验后工件减薄量、回弹量、变形率等参数，与模拟分析结果吻合度较高，验证了该成型模具设计的合理性。

ITER第一壁铍-铜界面缺陷的热应力及弹塑性结构分析

冷 桢1，谌继明1，王 坤2，康伟山1，黄 攀1

2018, 2(2):  199-204.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802012

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为保障第一壁板铍/铜连接的性能满足ITER运行要求，需通过高热负荷疲劳试验评估缺陷的影响，确定可接受的缺陷尺寸、形状、位置等。针对该试验用增强热负荷(EHF)第一壁小模块，通过温度场及弹塑性结构分析，研究试验工况下铍/铜界面预制人工缺陷对模块性能的影响。分析结果表明，缺陷位置和尺寸都会对缺陷附近的弹塑性应变产生直接影响，从而影响模块的热疲劳性能；缺陷越大，影响范围越大；边缘型缺陷的影响远大于中心位置缺陷。

ITER第一壁实验件的铍-铜连接界面分析

李战锋，谌继明，王平怀，金凡亚

2018, 2(2):  205-210.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802013

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在ITER第一壁实验件的研究中，采用热等静压扩散连接技术对Be与CuCrZr合金进行连接实验，对完成扩散连接的部分连接件采用退火处理。对所有连接件进行超声波无损探伤后，检测到未退火的连接件Be/Cu连接界面存在缺陷。为分析扩散界面缺陷产生原因，从连接件的无缺陷区取样并进行界面微观分析。通过观察微观形貌和分析界面扩散层合金元素的变化，发现退火处理过的Be-Cu扩散界面的Cu-Ti扩散层和未扩散的Ti层厚度增加，中间层中Be与Cu元素形成脆性相的几率降低，整个扩散层厚度变大，扩散范围加大。实验表明退火工艺能改变Be/Cu热等静压扩散层连接结构组成，扩大扩散连接范围。

低温泵用椰基活性炭材料的选择和比较

江 涛，曹建勇，雷光玖，杨宪福

2018, 2(2):  211-215.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802014

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为了选择用于核聚变研究领域中在氢、氦气环境下的低温吸附泵所用的吸附剂，在初步筛选基础上，比对了4种椰基活性炭材料。采用扫描电镜对材料微观结构进行了扫描，用比表面积及孔径分析仪测定了等温吸附性能，最终获得了活性炭样本的比表面积、微孔比表面积份额、不同孔径所对应的孔容等性能数据；通过对实验结果的比对分析，为筛选适用于核聚变研究环境下低温吸附泵使用的吸附剂材料，提供了重要的实验数据。

托卡马克磁体电源无源滤波器阻抗-频率特性计算与测量

瞿 俊1，李 骥2，茆华风1，吴亚楠1

2018, 2(2):  216-220.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802015

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针对托卡马克磁体电源无源滤波器运行特点，计算推导了单调谐和高通滤波器等效频率偏差工况下的阻抗特性，提供了一种基于低压高精度电压/电流的阻抗频率特性测量方法，通过ITER极向场电源测试用无源滤波器阻抗实验验证了该方法的有效性，所得结论可为ITER谐波抑制及无功补偿系统现场试验提供有益的理论和工程参考。

SC-200质子加速器输运部磁体电源的输出纹波形成机理分析及其Simplorer仿真

周宇，黄懿贇，郭斐，孙浩章，张健，管锐

2018, 2(2):  221-227.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802016

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介绍了质子治疗加速器输运部二极磁铁电流源的技术要求、主电路拓扑。该电源要求输出电流精度为25ppm，纹波小于25ppm。电源输出电流纹波由低频纹波和高频纹波组成。对电源输出电流纹波的形成机理进行了详细的理论分析和数学计算。得出了基于冲量控制原理的脉冲宽度调制(PWM)电流跟踪控制技术可以有效消除输入低频纹波对输出电流的影响。同时也对输出电流高频纹波采用两种方法进行了定量的数学分析，并得出量化的结论和计算公式。借助AnsoftSimplorer电路仿真软件构建模型，验证了纹波规律结论及计算公式的准确性，并且提出了相应的纹波抑制策略。

HL-2M装置测量控制系统运行管理研究

赵丽, 罗萃文, 宋显明, 夏凡, 陈燎原

2018, 2(2):  228-235.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802017

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以现有聚变实验工程管理运维经验为基础，根据HL-2M装置测量控制的新需求，参考ITER控制、数据采集及通讯规范，开展了HL-2M测量与控制系统运行和管理研究。通过对全域子系统进行统一配置及管理，架构高性能网络完成不同通讯任务，设计扩容高速物理数据存储系统，实施运行状态监测与报警等，规划建设了HL-2M集成化测控系统管理运行平台。这项研究立足于优化实验信号质量，实现实时信号高效传输，提高实验工程管理自动化水平，保障实验过程中设备与数据安全并具备较高可实施性。

核装置机械部件设计和建造规则中 1、2和3级设备设计要求差异分析

李国青1，王文华1，李昱昉1，李向宾2，罗 峰1，吴凤凤1，刘富贵1

2018, 2(2):  236-242.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802018

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核装置机械部件设计和建造规则(RCC-MR 2007)是ITER装置中构成等离子体腔室第一道密封屏障的设备或部件设计和制造的依据。本文在研究RCC-MR 2007主要内容的基础上，分析了RCC-MR 2007中1、2、3级机械设备设计相关的通用要求、材料要求、设计通则、设备性能分析要求之间的区别，同时对1、2、3级壳体、管道、箱式结构、热交换器、阀门和波纹管设计要求之间的差异进行了分析。

等离子体应用

高频感应热等离子体中粉末颗粒的运动行为研究

陈文波1, 2，陈伦江1，刘川东1，程昌明1，童洪辉1，朱海龙3

2018, 2(2):  243-248.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201802019

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建立了高频电感耦合等离子体炬的二维轴对称模型，利用商用软件FLUENT对钛粉颗粒在纯氩热等离子体内的运动轨迹进行了模拟，研究了前驱体粒径及载气流量的变化对粉末颗粒受力过程的影响。研究结果表明，粒径小的颗粒受炬内回流作用的影响较大，颗粒运动轨迹杂乱，而粒径大的颗粒受回流的影响则很小；降低载气流量可以使钛粉的受热更加充分，使得更多的颗粒被加热至熔化，可提高粉末的球化率。