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2018年 第38卷 第3期    刊出日期：2018-09-15

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等离子体物理学

中性束注入加热下旋转和Z_eff对EAST中子出射影响的研究

陈玉庆，胡纯栋，吴 斌，钟国强，谢亚红，王进芳，李 军，王 骥，杨 振，刘成岳

2018, 2(3):  249-253.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803001

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为了判断中性束注入加热效果和研究等离子体宏观旋转和有效电荷数(Z_eff)对中子出射的影响，结合实验数据，利用TRANSP模拟程序研究了EAST中性束注入加热时，等离子体旋转速度、有效电荷数Z_eff以及等离子体储能与中子出射率的关系。模拟结果表明，在能量为65keV、功率为2.89MW的中性束注入加热时，等离子体产生较大的旋转，旋转减少快离子热化时间，降低中子产额；有效电荷数Zeff增加时，快离子投掷角散射增强，束靶反应减少，中子产额缩减。中子出射率随等离子体储能的增加而增加。

方管锂铅磁流体氚增殖剂中的氚输运模拟

王俊，张国书，张 龙，王晓宇

2018, 2(3):  254-259.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803002

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利用COMSOL Multiphysics软件实现磁场、导电流体、氚输运的多物理场耦合，研究了在强磁场下3维方管中锂铅流体内的氚输运及其分布。通过计算得到，锂铅流体在平行磁场方向的导电壁侧形成了射流，而在哈德曼壁侧及流体的芯部区域流动滞缓；射流的强对流效应使得在导电壁侧具有较低的氚浓度，而在哈德曼壁面侧及流体芯部具有较高的氚浓度累积，形成了不对称的氚浓度体分布。

液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用

曹小岗1，魏强林1，韩 磊2，马小春3，张志艳2，韦建军2，芶富均3

2018, 2(3):  260-268.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803003

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介绍了由锂回路、直线等离子体装置及液态锂净化系统等组成的液态锂综合实验回路平台。研究了液态锂与高密度等离子体相互作用、液态锂与结构材料相容性、液态锂净化和液态锂回路热工水力学参数测量等问题。实验结果表明，流动液态锂的蒸发速率与放电电流、氩气流量及磁场强度呈正相关关系。由流动液态锂产生的锂蒸气在轴向分布不具规律性，在径向分布呈高斯分布。流动液态锂的蒸发速率随着实验时间的增长逐渐升高，并趋于稳定。磁场抑制了液态锂的流动性。在磁场和等离子体长时间的作用下，流动液态锂表面生成一层很薄的氧化锂。

飞秒激光与固体靶相互作用的前向快电子束发散研究

蔡达锋1，王 剑1，谷渝秋2，郑志坚2

2018, 2(3):  269-274.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803004

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为了研究前向快电子束的发散问题，采用飞秒激光辐照平面铜靶，以电子角分布仪和氟化锂(LiF)热释光探测器探测快电子的前向发散角。实验显示前向快电子束发散角均在95°(半高宽FWHM)以上。理论计算指出预等离子体中电子的初速度以及加速后的电子在靶内碰撞效应均不是产生大发散角的重要原因。根据激光-等离子体相互作用理论，等离子体中的电磁场才是导致前向快电子束产生较大发散角的主要原因。这个研究为获取较小发散角的前向快电子束提供了实验设置的依据。

EAST高时空分辨极向弯晶谱仪系统的升级及初步实验结果

胡睿佶1, 2，陈 俊1, 2，王福地2，吕 波2，张洪明2，李颖颖2，符 佳2，石跃江1, 3，万宝年1, 2，叶民友*1

2018, 2(3):  275-280.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803005

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为了拓宽等离子体参数测量范围，对EAST极向弯晶谱仪(PXCS)进行了升级改造。配合高通量大面积水冷固体探测器，提高了极向弯晶谱仪系统的光子计数率、时间分辨率、空间探测范围以及长时间运行稳定性，并在EAST装置上成功运行。实验结果表明，升级后的谱仪获得了高信噪比的类氦氩离子的母线及其一系列伴线谱，通过光谱拟合分析给出了等离子体温度时间演化及其剖面信息，测量结果与切向弯晶谱仪的数据一致，验证了极向弯晶谱仪的升级结果和数据测量的可靠性，并且在EAST长脉冲实验运行也能够稳定地提供全时间的参数分布。

核聚变工程技术

HL-2M中性束负离子试验源磁场位形及引出结构模拟分析

罗怀宇，曹建勇，耿少飞，魏会领，刘 鹤

2018, 2(3):  281-286.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803006

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采用CST电磁工作室和粒子工作室软件对负离子试验源的会切磁场、过滤磁场、电子偏转磁场的位形及引出束流的光学进行了模拟计算。通过扫描会切磁体、过滤磁体、电子偏转磁体的表面磁场参数，确定了最佳的磁体结构和运行参数：周边6圈会切磁体，会切磁体表面磁场4kG，过滤磁体表面磁场5.5kG，电子偏转磁体表面磁场2.5kG，引出电压5~20kV，加速电压50~160kV，引出负离子束的光学性能满足NBI注入要求。

HL-2M装置低温冷凝泵在抽气工况下的热负荷分析

查方正，李 勇，李 强，邱 银，卢 勇

2018, 2(3):  287-292.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803007

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采用理论计算和有限元实体模型的方法，对HL-2M装置低温冷凝泵及与其相连接的真空穿透结构进行了温度分布和液氦管热负荷分析。结果显示，低温冷凝泵中液氦管的热稳态热负荷为5.45W，粒子沉积的热负荷为75.68W，真空穿透部分的热负荷为5.04W。所得结果为后续的热应力分析、低温泵流速控制和低温系统的设计提供了参考。

氘-氚中子源辐照旋转靶剂量演化模拟计算

高 晖1，沈姚崧2

2018, 2(3):  293-298.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803008

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首次将蒙特卡罗自动建模系统(MCAM)、蒙特卡罗粒子输运程序(MCNP)及自主研发的活化程序BURNDOT相结合，实现了中子输运、材料活化、光子输运模拟计算的耦合。对14MeV氘-氚(D-T)中子源旋转靶室剂量演化分析，计算了氘-氚中子源辐照旋转靶室的瞬发中子、γ三维辐射剂量场分布及连续辐照8小时后缓发γ剂量变化情况，并考察了材质、栅元、主要核素对缓发γ剂量贡献的影响，得到了旋转靶的剂量时空演化规律，把计算结果与欧洲活化程序FISPACT-2007进行了对比。

ITER屏蔽包层第一壁人工缺陷模块热传导计算与分析

康伟山, 谌继明, 吴继红, 袁涛, 王平怀

2018, 2(3):  299-304.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803009

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设计了3个外形一致的模块，其中两个在铍铜界面处预制有不同尺寸、形状和位置的缺陷，另一个是无缺陷的完整模块。通过有限元计算方法，分析了预制缺陷对温度分布的影响。通过无缺陷的完整模块的传热分析，评估有效的缺陷位置区域，计算了不同尺寸、形状、位置的缺陷的温度分布；根据对热传导基本公式中的各个量分别进行研究，并通过比较各种因素，得到了缺陷影响铍和铜合金界面温度的主要因素。

ITER校正场线圈剪切销氧化铝涂层低温绝缘性能研究

罗蓉蓉1，李鹏远1，陈 辉1，孙振超1，邓春明2

2018, 2(3):  305-308.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803010

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采用大气等离子喷涂方法在316LN不锈钢剪切销表面喷涂了Al₂O₃+3%TiO₂绝缘涂层，采用NiAl作为粘结层，得到了性能优良的绝缘保护涂层。按照ITER实际运行环境，采用ANSYS分析方法对剪切销进行应力分析，并在低温(液氮，77K)环境下对剪切销加载后进行循环往复摩擦磨损试验。循环5000、10000以及30000周后采用2点和3点法分别测定了涂层的表面电阻和体积电阻，剪切销表面电阻率均大于10⁹Ω•m^-2，体积电阻率均大于10¹⁰Ω•m，表明涂层具有较高的绝缘电阻，满足ITER所需工程条件。

J-TEXT相关电子回旋辐射测量系统的研制

周豪，杨州军，张弛，阮博文，潘晓明

2018, 2(3):  309-314.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803011

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为了更好地研究反常输运，J-TEXT发展了一套相关电子回旋辐射(CECE)系统来测量电子温度涨落。该系统采用频率去相关的结构，通过八道窄带滤波器进行频率选择，其中两道采用带宽为100MHz的定频滤波器，其余六道采用带宽为100~240MHz的钇铁石榴石(YIG)滤波器，YIG滤波器的中心频率为数字可调，增加了系统的灵活性。通过光路的优化，系统的极向分辨率最高可达2.5cm^-1。实验结果表明系统性能良好，通过互相关技术可以消除热噪声的影响得到电子温度涨落，并且观测到靠近等离子体芯部的电子温度涨落要小于靠近边缘的电子温度涨落。

先进超导导体测试装置设计分析

赖小强，李鹏远，魏海鸿，孙林煜，左佳欣

2018, 2(3):  315-322.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803012

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针对聚变工程大型超导导体样品在高场下的性能测试需求，设计了内径0.6m、磁场13T的背景磁体系统。磁体系统由6层12个分离式超导线圈组成，线圈采用常规的螺线管结构，由外至内分别使用NbTi、Nb₃Sn和YBCO三种超导材料绕制而成；在直径500mm的测试区域范围内产生最高达13.22T的背景磁场，均匀性不低于95%。介绍了磁体线圈主要设计参数，用有限元软件完成电磁、结构分析。结果表明，设计合理可靠，能够满足导体测试装置的需求。

CFETR偏滤器模块远程操作支撑结构设计与仿真分析

戴淮初1, 2，姚达毛1

2018, 2(3):  323-328.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803013

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根据远程操作的要求，研究了适合CFETR偏滤器模块远程操作的内外支撑结构设计：内支撑是球形结构，外支撑是齿轮齿条结构，即齿轮齿条设计方案。在虚拟环境中将设计的支撑结构进行了仿真，验证了该结构在安装过程中的可行性。结果表明，所设计的齿轮齿条方案能满足CFETR偏滤器模块的远程操作要求，在该支撑的作用下，偏滤器模块在真空室里能够被固定约束住。

聚变堆熔盐冷却偏滤器靶板结构设计与分析

常小博1，宋云涛2，彭学兵2，卯 鑫2

2018, 2(3):  329-333.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803014

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为提高偏滤器的抗中子辐照能力，兼顾高热承载能力和聚变堆经济性的需要，提出了基于熔盐冷却(MSC)的偏滤器靶板结构设计。它采用FLiNaK作为冷却剂，钨镧合金为热沉材料，钨为第一壁材料。通过数值计算评估了靶板的热负荷承载能力，并完成了偏滤器冷却剂回路设计，优化了偏滤器各模块之间的流量分配。此MSC偏滤器靶板设计可以有效去除10~15MW•m^-2热负荷，为适应未来聚变堆偏滤器靶板发展的需要提供了一种设计解决方案。

聚变实验堆真空室壳体成型残余应力分析

唐 乐，冉 红，侯吉来，黄运聪，曹 曾，宋斌斌

2018, 2(3):  334-338.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803015

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为了了解聚变实验堆真空室壳体表面残余应力的分布以及退火工艺对残余应力的影响，通过模拟分析和实验检测两种方式对不锈钢316LN冷压曲面和热压曲面残余应力进行研究，获得退火前后曲面表面残余应力的大小，得到冷压曲面和热压曲面残余应力的分布以及退火工艺对残余应力分布的影响。研究结果为分析成型工艺提供数据支撑，对中国聚变工程实验堆真空室的研究与制造具有重要意义。

实验包层氚增殖区提氚气体换热研究

周冰，冯勇进，王晓宇，武兴华

2018, 2(3):  339-343.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803016

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描述了提氚气体(氦气)进入氚增值区后被正硅酸锂(Li4SiO4)小球加热的过程。通过现有实验包层(TBM)设计参数完成的提氚气体温升理论计算和三维数值模拟验证计算得到提氚气体经过球床时温度可以很快从20℃升到500℃。因此，在进行提氚系统设计优化时，中国设计的实验包层模块不需要增加额外设备对提氚气体进行预热。

低活化马氏体钢热等静压焊接接头性能初步研究

胡志强，赵奉超，赵 周，廖洪彬，武兴华，王晓宇，冯开明

2018, 2(3):  344-349.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803017

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研究了低活化马氏体钢(CLF-1)热等静压(HIP)焊接接头的性能，经980℃/1h/空冷+740℃/2h/空冷的性能热处理后，接头组织保持着CLF-1钢母材回火马氏体组织；常温拉伸性能与母材相当，断口为韧窝状且有第二相粒子产生，为塑性断裂且断于焊缝；常温冲击功最高为母材的26.2%。初步分析认为焊接表面制备状态、表面污染物、表面清洗状态、表面氧化膜都会影响基体原子充分扩散，导致界面扩散层不均匀，焊缝裂纹敏感性增强，冲击功低，且不稳定。

EAST铰链式机械臂真空存储舱 CASK系统研制

魏 坤1，王开松1，史善爽2，彭新宇1，陈鸿宇1

2018, 2(3):  350-356.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803018

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总体描述了EAST机械臂真空舱系统设计，介绍了实现进展情况。EAST铰链式机械臂是用于在不破坏EAST内部真空环境下对第一壁内部进行近距离观测、快速维修的一种检修工具。考虑到对EAST铰链式机械臂的存储、支撑以及工作条件，需要设计和制造出一个密封的真空舱系统。该系统可以在真空条件下通过一个直径为250mm的连接端口连接到EAST主体机构上。系统设计主要分为真空存储舱CASK腔体、真空系统以及烘烤系统三个部分。

升级EAST快控电源控制器研制

黄海宏，俞 佳，王海欣，毕楠夏

2018, 2(3):  357-361.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803019

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针对EAST快控电源缩短电流响应时间的要求，升级的快控电源控制器采用TMS320F28335替代原快控电源支路控制器中的TMS320F2812，实现响应和输出脉冲宽度调节(PWM)控制上的载波相移，提高系统等效开关频率，减小输出电压响应延时。经过实验验证，升级的快控电源控制器实现预定目标，有助于提升EAST装置抑制等离子体垂直位移不稳定性的能力。

工业化生产CLF-1钢轧板力学性能差异研究

杨国平, 廖洪彬, 冯勇进, 王晓宇, 冯开明

2018, 2(3):  362-367.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803020

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采用成分分析、金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析测试方法，综合化学成分、显微组织和析出相等对工业化生产CLF-1钢轧板力学性能差异原因进行分析研究。研究结果表明，两种轧板主要化学元素含量相差较小并符合技术要求值；10mm轧板晶粒尺寸较35mm轧板偏小，两种轧板马氏体板条宽度分别为200~350nm、600~800nm，析出物体积分数分别为2.56%、1.98%。两种轧板原奥氏体晶粒尺寸、马氏体板条宽度、析出物体积分数和尺寸的差异是造成其力学性能差异较大的主要原因，而这些差异可能是由锻压和热轧变形量不同，热处理工艺参数不同所造成的。因此，在CLF-1钢轧板的工业化生产过程中必须保证不同厚度板材锻压和轧制的总变形量一致，并且严格控制热处理工艺参数。

等离子体应用

多腔耦合微波表面波PECVD法沉积 DLC薄膜研究

赵曼曼1，桑利军1，周美丽2，杨丽珍1，刘忠伟1，陈 强1

2018, 2(3):  368-372.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201803021

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报道了利用多腔耦合微波表面波等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备类金刚石(DLC)薄膜。通过发射光谱(OES)测量，对Ar等离子体中的各种放电参数以及全部四个腔室内放电的均匀性作出评估。采用表面轮廓仪测量了薄膜的厚度；薄膜的表面形貌、组成结构通过原子力显微镜(AFM)、激光拉曼光谱和X射线衍射光谱(XPS)进行了表征。在12.5μm厚度的有机薄膜聚酯(PET)表面沉积一定厚度DLC后，通过测量水蒸气透过率(WVTR)对DLC薄膜的阻隔性能进行了研究。结果表明，这种多腔耦合微波表面波等离子体装置，不仅能够实现四个腔室同时相对均匀的放电，也能够实现单个腔室的轴向均匀放电。制备的DLC薄膜结构致密、成分均匀，可以使PET薄膜阻隔性能提高约20倍。