核工业西南物理研究院

马泽宇，宋显明，袁保山

2018, 2(4): 373-378. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804001

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介绍了基于MATLAB 程序自主开发的等离子体位形编辑和设计代码SE，包括其设计原理、主要功能、人机界面和操作步骤。通过SWEQU 代码对SE代码的准确性进行了有效验证，分别用上述两种代码设计和验证了两种具有中等拉长比和三角形变位形的放电参数。具有较高拉长比和三角形变位形的实现需要投入装置的上偏滤器线圈来突破圆形截面的限制。最后通过SE代码编辑了一个较大拉长比和三角形变的等离子体位形，并获得了相应的放电参数。结果表明，在HL-2A 装置投入上偏滤器线圈后，可以得到具有较大拉长比和三角形变的新等离子体位形，这些位形为提高HL-2A 等离子体的品质奠定了坚实的基础。

HL-2M 装置CO2 色散干涉仪的金属角锥反射镜特性研究

李远，周艳，王浩西，李永高，易江，邓中朝

2018, 2(4): 379-385. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804002

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针对金属角锥反射镜的加工装配误差对传输光路的影响，研究了金属角锥反射镜二面角误差与反射光束的关系。详细分析了金属角锥反射镜表面面型及形态对反射特性的影响，并对不同角锥反射镜各个区域的反射率进行测量对比，对金属角锥反射镜的偏振特性也进行分析。研究结果表明，应用于HL-2M 装置CO₂ 色散干涉仪中金属角锥反射镜的表面面形加工精度应在0.3μm 之内，二面角的装调误差宜为正公差且控制在30''内，且表面镀膜的膜层牢固不易脱落。

EAST 装置边缘局域模细丝宽度的高速CCD可见光相机系统诊断

陈舜东1，马群1，钟方川*1, 2

2018, 2(4): 386-393. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804003

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利用高速CCD 可见光相机系统研究了EAST 上的边缘局域模(ELMs)细丝动力学特性。采用Tsai 两步标定法对CCD 相机进行标定，以实现将CCD 图像坐标转换为真实空间坐标。选取CCD 图像中与边缘局域模细丝垂直方向上的图像灰度值，绘制了灰度分布图。灰度分布图中的一个凸起的尖峰代表了一条边缘局域模细丝结构，细丝的位置坐标由尖峰顶点确定。运用Sobel 边缘检测算子检测细丝边缘轮廓，从而得到细丝的宽度。通过对边缘局域模细丝宽度特性的分析，发现边缘局域模细丝在从最外层封闭磁面向外传播的过程中宽度不断减小。这表明细丝在向外传播的过程中其能量和粒子不断耗散。I-型边缘局域模的细丝宽度比III-型边缘局域模细丝的宽度更大。

撕裂模实时主动控制系统

夏凡，徐媛，凌飞，叶际若，宋绍栋，季小全，马瑞，周建，孙腾飞，严龙文

2018, 2(4): 394-401. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804004

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在HL-2A装置上发展了一套撕裂模实时主动控制系统。该系统在放电期间用电子回旋发射/软X射线诊断实时确定撕裂模的几何位置，结合实时剖面重建和电子回旋波沉积计算，得到电子回旋波反射镜的控制角度值。通过电机实时驱动电子回旋波反射镜到达指定角度，使得电子回旋波功率沉积在撕裂模的有理磁面附近，改变当地局部的电流剖面，从而控制撕裂模，改善等离子体约束。该系统已经在2015年以后的实验中投入使用，并取得了良好的控制效果。它不仅能够实时发现并控制经典撕裂模，并且具有控制新经典撕裂模的潜力。

空气域中铁磁流体动态控制研究

李俊龙1, 2，朱平2，高鹏3，任安业3

2018, 2(4): 402-407. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804005

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根据铁磁流体磁化后会受到磁力，退磁后不存在任何磁滞的超顺磁性质，提出了铁磁流体的动态控制方法，对喷射在空气域中的铁磁流体液柱直接添加电磁场实现其动态偏转驱动。在修正后的纳维-斯托克斯(N-S) 控制方程中加入表面张力、重力及磁力，并结合磁感应方程，建立了铁磁流体动力学(FHD)模型。利用二次开发的Fluent流体仿真软件建立了铁磁流体在空气域中喷射的流体体积函数(VOF)多相流模型，仿真了在不同磁场强度下铁磁流体的液相分布及分散状况，分析了磁性对其动力学行为的影响。结果表明，随着磁场强度和喷射距离的增大，铁磁流体沿磁场方向速度及偏移量增大，其发散情况逐渐明显。

HL-2M 装置环向场线圈中心轴倾角测量方法

刘健，蔡立君，邹晖，林涛，李广生，刘德权

2018, 2(4): 408-411. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804006

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通过测量HL-2M 装置环向场线圈指形接头及斜面接头上的若干个点的空间坐标，利用点到平面的距离最小二乘原则，对环向场线圈的外轮廓平面进行拟合。再利用各外轮廓平面与中心轴的空间位置关系，求解得出环向场线圈中心轴倾角。通过简化模型及数值模拟求解出在不同的空间点坐标测量标准差情况下的中心轴倾角。在空间点三维坐标低测量标准差的情况下(σ=0.05mm)，拟合求得倾角的相对误差为0.10‰，相对标准偏差为 1.21‰。

中国固态增殖剂试验包层系统的氦气冷却系统仿真计算

王小勇，张鸿翔，叶兴福

2018, 2(4): 412-419. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804007

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根据中国固态增殖剂试验包层氦气冷却系统的系统设计和布置情况，利用大型一维流体仿真软件 Flowmaster 建立了氦气冷却系统的仿真模型。利用该仿真模型，模拟了氦冷系统在产氚包层系统不同工况下氦气流动情况以及各种参数的分布情况，得到了热等待工况、热备用工况、正常运行工况和除氚工况下系统的主要工艺点的温度、压力和流速分布等相关参数，为系统的设计和设备选型提供参考。同时，该仿真模型和结果对中国聚变工程实验堆氦冷系统的仿真模拟具有一定的参考意义。

固态氚增殖包层中球床堆积性能研究

巩保平1，冯勇进1，何开辉2，廖洪彬1，王晓宇1，冯开明1

2018, 2(4): 420-427. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804008

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基于球床堆积实验和离散元数值模拟对包层中球床的堆积性能做了初步研究。圆柱形一元(单尺寸颗粒)球床的堆积性能的结果显示随着球床直径与颗粒直径比的增大，球床的平均堆积因子逐渐增高，实验与模拟结果一致；采用二元颗粒(双尺寸颗粒)、提高颗粒粒度比可以显著提高球床的堆积因子，二元球床的堆积因子随着大颗粒体积分数的增加先增加后减小，在大颗粒体积分数约为60%~80%时达到最大。优化了二元球床的填充工艺，最终二元球床的堆积因子基本达到0.8，但球床的均匀性欠佳。

基于PLC 驱动的步进电机的HL-2A 装置孔栏位移控制系统的设计与实现

田培红，许婕

2018, 2(4): 428-436. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804009

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为了实现HL-2A 装置孔栏位移自动控制，根据步进电机的应用原理，设计了孔栏位移自动控制系统。选用两相混合式步进电机，采用S7- 300PLC 作为主控制器，FM453 作为步进电机的定位模块，实现了对孔栏步进电机的驱动、控制与检测。同时完成了与上位机的通信，实现了对HL-2A 装置孔栏位移设置和数据显示等功能。

基于系统程序的CFETR 工程预估造价评估

谢金雨，李佳鲜，郑国尧，段旭如

2018, 2(4): 437-445. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804010

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采用国际上多年来在托卡马克装置的部件研发、建造和运行经验形成的数据分析模型，运用MathCAD软件，根据中国聚变工程实验堆(CFETR)的概念设计方案，将其运行模式的设计参数作为初始值输入程序进行运算，得到CFETR 关键参数的关联性。通过对运算结果进行初步分析，给出了CFETR 聚变堆装置关键部件的工程参考造价及其所占比重；通过与ITER 装置造价构成进行比对，分析模拟结果的合理性，初步讨论其造价比重分布趋势原因，并给出相应优化方案和运行建议，为后续聚变堆的工程建设造价优化和结构设计分析，提供参考。

聚变堆用CLF-1 钢与316L 钢TIG 焊接接头组织与性能初步研究

胡志强, 赵奉超, 武兴华, 廖洪彬, 王晓宇, 冯开明

2018, 2(4): 446-451. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804011

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对用W19123L 为焊丝的聚变堆用低活化CLF-1 钢与316L 钢的钨极氩弧焊(TIG)焊接接头金相组织及性能进行了初步研究。结果表明：焊接接头成型良好、无缺陷；金相组织表明焊接接头由CLF-1 侧(母材区、热影响区、熔合区)、过渡层、焊缝区、316L 侧(母材区、热影响区、熔合区)组成；室温拉伸试验结果优于母材的最低要求值；弯曲试验后的焊接接头内外表面完好，无裂纹产生，变形均匀；焊接接头冲击值成凹型分布，焊缝区冲击值最低，焊缝两侧热影响区冲击值次之，母材冲击值最高，316L 侧冲击值略高于CLF-1 侧，均满足焊接接头设计值；焊接接头上表面1.6mm 硬度波动较大，略高于1/2T 和下表面1.6mm 处，焊接接头1/2T 和下表面1.6mm 硬度分布较均匀，从CLF-1 侧到316L 侧有下降趋势。整体焊接性能基本稳定，满足异种钢焊接性能匹配要求。

W/RAFM 钢偏滤器靶板的结构分析与寿命预测

张建武1，彭学兵2，卯鑫2，叶民友*1，钱新元1

2018, 2(4): 452-458. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804012

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探究RAFM 钢作为偏滤器靶板热沉的替换材料，验证其在3 种不同工况下的结构强度并预测其在交变载荷下的疲劳寿命。得出3S_m 法则下W/RAFM 钢偏滤器靶板最大可承受热负荷为8MW·m⁻²。结合中国聚变工程实验堆(CFETR)的设计目标，如果以ITER 偏滤器两年运行周期为设计准则，最大承受热负荷为7MW·m⁻²。考虑到偏滤器靶板区域呈现高热负荷低中子辐照、挡板和DOME板区域低热负荷高中子辐照特性，可以采用W/Cu 和W/RAFM 双路偏滤器靶板的结构设计。

EAST 第一壁水冷结构类型传热能力的比较分析

訾鹏飞1, 2，曹磊1，李磊1，韩乐1，刘严伟1, 2，姚达毛1

2018, 2(4): 459-465. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804013

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为了能够更加直接地比较EAST 中第一壁水冷结构的传热能力，给出在未来设计中的选型参考，利用模拟分析的手段对现有的以及正在研制的水冷结构进行了在相同的工况下传热能力的对比分析。通过比较水冷结构中不同材料的温度，得到传热能力的优劣，同时考虑各种材料的许用温度，结合工艺难度及工程造价等因素对各结构进行了整体比较。计算结果显示，就传热能力而言，钨串结构最好，焊接结构次之，螺栓连接结构最差。结合造价及工艺难度等条件可以看出，钨串结构仍是目前最适用于高热负荷区域的结构，W/TZM/C 作为第一壁材料的焊接结构适用于较低热负荷的区域，螺栓连接结构在未来发展中将会逐渐被取代。

氦冷固态增殖实验包层安全分析研究进展综述

吴晓1，宋江锋2，杨雷2，黄志勇2，王帅1

2018, 2(4): 466-472. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804014

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介绍了氦冷固态增殖实验包层(HCCB TBM)系统，该系统主要由TBM 包层、氦冷却系统、氚提取系统、冷却剂净化系统、氚计量系统和中子活化系统等组成。TBM 结构安全分析主要包括电磁安全分析、热工水力安全分析和中子学安全分析，TBM 材料安全分析主要包括结构材料安全分析、阻氚涂层和氚处理等功能材料安全分析。对国内外学者在上述安全分析研究工作中取得的研究进展进行综述，并对TBM 未来的安全分析工作进行展望，以期对其安全设计提供参考。

基于COMSOL 的感应耦合等离子体炬多物理场研究

贾瑞宝，罗天勇，陈伦江

2018, 2(4): 473-481. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804015

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为了优化锂微粉等离子体球化的工艺，对感应耦合等离子体炬进行二维建模，将电磁场计算域扩展到等离子体放电区域之外的空气区域，利用COMSOL 软件进行多物理场模拟。得到了等离子体的电磁场、温度和速度分布，并对分布形成的物理机制进行分析。模拟发现等离子体区域线圈段存在上下两组对称的回流涡，线圈段中部靠近约束管处等离子体速度分布杂乱，有激烈的径向打壁现象，乱流预计会对约束管壁相应位置造成一条环状的破裂效果。基于模拟结果，提出在采用感应耦合等离子体球化锂微粉的工艺工程中，可以将注粉口下移，绕开上回流涡。

低气压条件下的铁电体离子发射特性研究

徐翱，杨林，金大志，万翔，陈磊

2018, 2(4): 482-488. DOI: 10.16568/j.0254-6086.201804016

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以低气压条件下的铁电体离子发射特性为研究对象，通过结合高速相机、光谱的光学诊断和二维网格质点法耦合蒙特卡洛碰撞模型(PIC-MCC)的仿真模拟获得了锆钛酸铅(PZT)铁电体离子发射的主要成分、表面放电的发光及等离子体演化过程、离子的产生及离子电流形成机制，为进一步研究铁电体离子源奠定了基础。

《核聚变与等离子体物理》2018 年第38 卷总目次

2018, 2(4): 489-496.

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