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2019年 第39卷 第2期    刊出日期：2019-06-15

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等离子体物理学

HL-2A 等离子体垂直振荡缓解边缘局域模实验观测

吴 娜1, 2, 3，陈少永*1, 2, 3，唐昌建1, 2，宋显明3，杨曾辰3，余德良3，许健强3，HL-2A 团队3

2019, 39(2):  97-103.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902001

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在HL-2A 装置实验中，通过对水平场加入方波扰动，实现了等离子体垂直运动。当等离子体向上垂直运动时，观察到了边缘局域模(ELM)缓解现象。研究发现，等离子体向上运动过程中边缘不断形成新的闭合磁面，导致等离子体体积膨胀，进而使台基宽度增加。此外，ELM 缓解期间杂质和工作气体再循环有所增加。等离子体向上运动过程中体积膨胀、工作气体再循环及杂质增加可能是导致ELM 缓解的主要物理因素。该实验可为未来聚变实验装置ELM 的控制提供一些参考。

EAST 上由垂直不稳定性引发破裂的分析与预测

谭胜均1，张 洋2，叶民友*1，张晓东2，刘 磊2，罗正平2，龚先祖2

2019, 39(2):  104-111.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902002

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从EAST 装置2016 年的放电实验中，选取了119 次等离子体破裂放电数据，分析诱发等离子体破裂的原因，发现约60%的破裂是由垂直不稳定性直接引起的，其破裂后将会产生更大的晕电流，从而产生更大的电磁应力损坏装置。对由垂直不稳定性引起的破裂(简称为VID)(72 次放电)进行了研究，建立了分别基于单变量(垂直位移)和两维变量(垂直位移、垂直位移增长率)的预测模型用于对VID 破裂的预测。离线测试表明，基于两维变量的预测模型可以在破裂发生前20ms 给出破裂预警信号，预测成功率达93%。

带引流条导电矩形管磁流体湍流大涡数值模拟

徐 超，毛 洁*，尹跃广，王 浩

2019, 39(2):  112-118.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902003

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为研究引流条对磁流体湍流的影响，采用自主开发的低磁雷诺数流固耦合磁流体相干结构模型大涡模拟求解器，对均匀磁场作用下平行层内带引流条导电矩形管和标准导电矩形管中液态金属湍流进行了数值模拟研究。结果表明，外加垂直流动方向的均匀磁场与流动的导电流体相互作用产生与流动方向相反的洛伦兹力，能够抑制磁流体的湍流脉动，这种抑制作用随着哈特曼数增大而增强。在弱导电率条件下，当Re=16350、Ha=212 时，两种管道中的流动均转换为层流流动状态。管道内壁面摩擦系数随着哈特曼数的增大而增大。引流条能在其近壁局部区域增强横向速度，有效激发湍流，但在弱壁面导电率条件下，带引流条导电矩形管壁面摩擦系数较标准矩形管大。

面向等离子体部件沉积特性的数值模拟研究

王亚磊，才来中，胡万鹏

2019, 39(2):  119-126.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902004

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采用粒子模拟研究方法，利用PEGASUS 程序对等离子体环境下面向等离子体部件的沉积特性进行了模拟研究。结果显示部件表面连接缝隙尺寸、表面粗糙度、粒子入射的角度以及流量对沉积影响显著。在能量较小、溅射可忽略时，能量对沉积的影响很小。粗糙度越小，沉积量越小；同一种粗糙度，不同轮廓也会使沉积发生较大变化，轮廓一致的更有利于减小沉积。该模拟对研究等离子体与材料相互作用，分析瓦片缝隙尺寸、瓦片加工工艺和等离子体参数对面向等离子体部件沉积行为的影响具有重要意义。

核聚变工程技术

EAST新型下偏滤器冷却结构 传热性能数值模拟

徐厚昌1, 2, 3，李 磊*1，姚达毛1，周自波1，曹 磊1， 许铁军1，韩 乐1，訾鹏飞1, 2

2019, 39(2):  127-133.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902005

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为实现EAST装置超400s长脉冲高约束模、10MW加热功率下的稳态运行，需对现有的下碳偏滤器进行升级改造，拟采用钨串结极水冷却系统，热通量控制在水冷钨铜第一壁材料允许的稳态的10MW·m^-2。在对下钨偏滤器的冷却结极传热性能进行数值模拟仿真研究的基础上，研究了多种以钨串单元为基础的冷却结极，提出了一种新型下钨偏滤器水冷结极设计，幵建立了满足传热要求的EAST装置新型下钨偏滤器单元结构模型。

HL-2A 脉冲步进阶梯调制高压电源控制系统的研制

李春林，王英翘，姚列英，毛晓惠，李 青，周培海，陈 勇

2019, 39(2):  134-138.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902006

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介绍了HL-2A 上基于脉冲步进阶梯调制(PSM)技术的高压电源控制系统的研究。控制系统以数字信号处理+现场可编程门阵列(DSP+FPGA)为架构，控制112 个每秒采样(SPS)模块，按照一定的控制方式使电源输出稳定的电压。DSP 负责数据传输、通讯、控制算法等；FPGA 利用其强大的逻辑功能输出所需的脉冲。通过对程序的编写、仿真和调试，实验结果表明该控制系统的特性达到了设计要求。

基于现场可编程门阵列与Labview 的脉冲电源控制系统设计

李家强1, 2，黄懿赟1，冯虎林1，潘圣民*1，王邓辉1

2019, 39(2):  139-143.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902007

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介绍了基于现场可编程门阵列(FPGA)的等离子体磁约束脉冲电源控制系统的设计与实现。该控制系统采用了虚拟仪器技术、嵌入式控制技术、串行通信技术、光电隔离技术等，提高了系统抗干扰性能以及可编程性，实现了多个脉冲电源模块开关器件间的逻辑互锁、参数设置以及远程监控等功能。控制系统具体由实验室虚拟仪器集成环境(Labview)编写的上位机界面、由硬件语言Verilog HDL 编写的下位机以及专用的光电隔离转换电路组成，用于实现多个脉冲电源充放电的时序控制。实验证明了系统在复杂电磁环境下，运行稳定，性能良好。

14T 核磁共振成像超导磁体电源拓扑设计及纹波抑制

彭程伟1, 2，高 格*1，盛志才1，周 宇1, 2

2019, 39(2):  144-150.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902008

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根据14T 核磁共振成像(MRI)大电感超导体磁体(电感307H、连接阻抗2mΩ)负载纹波的需求(低压为3V、电流为1500A、电流纹波小于1ppm)，基于常见拓扑结构出现的问题，提出了一种适用于这种大电感超导磁体运行电源的拓扑结构。此拓扑结构采用多级处理、无源滤波和有源滤波相结合的思想来设计。介绍了电源的输入级、中间变换级及输出级三个部分的拓扑，并阐述了各部分拓扑设计对负载电流纹波抑制的作用。通过 Matlab 仿真分析，验证了拓扑设计的合理性。

氘等离子体预辐照对W-Y2O3合金 耐热冲击性能的影响

谭 扬，练友运，封 范，陈 哲，王建豹，刘 翔*

2019, 39(2):  151-157.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902009

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应用直线等离子体装置，对W-Y₂O₃合金的垂直于锻造轴(锻造面)和平行于锻造轴(横截面)的两个表面迚行了氘等离子体辐照。利用60kW电子束材料测试平台，研究了等离子体辐照前、后的W-Y2O3合金在功率0.22~0.44GW·m^-2下耐瞬态热冲击性能。结果表明，氘等离子体辐照没有降低钨合金的裂纹阈值，其中锻造面的裂纹阈值范围高于横截面，且超过了0.33GW·m^-2。综合考虑高能率锻造W-Y₂O₃合金的氘离子辐照与热冲击行为，锻造面可能更适合面对等离子体。

RAFM 钢TIG 焊和电子束焊疲劳性能实验和分析模拟

周海保1，刘素梅*1, 2，孙金鑫1，郭亮亮1，夏俊富1，卫飞1

2019, 39(2):  158-164.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902010

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利用ANSYS 对低活化铁素体马氏体(RAFM)钢进行非熔化极气体保护焊(TIG 焊)与电子束焊的抗疲劳模拟分析，再利用SDS200 电液伺服疲劳试验机对TIG 焊和电子束焊的两种RAFM 钢试件进行实验。通过施加相同梯度负荷对TIG 焊和电子束焊试件进行焊缝的疲劳性能实验。与实验结果对比分析，结果显示电子束焊优于 TIG 焊，但在一定负载下可以用TIG 焊代替电子束焊。

聚变堆超导磁体用SS316LN 铠甲低温断裂性能研究

李向宾1，金 环2，杨东昇2，秦经刚2

2019, 39(2):  165-168.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902011

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对聚变堆中心螺管(CS)线圈中，铠装电缆导体(CICC)中的SS316LN 不锈钢铠甲在运行状态下的断裂性能进行了测试分析。结果显示SS316LN 疲劳裂纹扩展性能较稳定，断裂韧性在经历冷变形与时效热处理后出现了大幅度衰减。此结果为未来核聚变堆超导线圈的设计与性能分析提供了数据参考。

基于改进的共沉淀法处理含钚废水的实验研究

喻梦军, 吕先谨, 李 顺

2019, 39(2):  169-174.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902012

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采用共沉淀的方法，通过改变原始的工艺条件，对含钚废水进行了大量的序批式实验。实验数据表明，KMnO₄、含铁试剂以及NaOH 加入的顺序对钚的吸附影响颇为显著，以先加KMnO₄、调节酸碱值(pH)和加入吸附剂的顺序进行实验时对钚的吸附效果最佳。在pH≈10 时，FeCl₃ 和FeCl₂ 的混合试剂比FeSO₄ 和Fe₂(SO₄)₃ 的混合试剂以及FeSO₄ 试剂吸附沉降钚的能力强、速率快，且FeCl₃ 和FeCl₂ 的比例不同，对钚的沉降效果也有影响。经测定，改进后的工艺对带放射性的废水中钚的沉降能力可以提升20%，而沉降所需时间缩短至原来的1/5。

电场引发的嵌有碳纳米管的黑索金复合材料分解模拟

魏里来1，苗 峰*1, 2

2019, 39(2):  175-180.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902013

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以电场作为引燃条件对含能材料的分解过程进行了研究。利用黑索金(RDX)单晶结构，构建了镶嵌有碳纳米管(CNT)的黑索金(RDX)复合结构模型，利用反应分子动力学模拟研究了该材料在外电场下的响应。结果表明构建的复合结构在方向沿CNT 的匀强电场下，能够以CNT 为中心形成反应热点；随着热点的成长，形成了自发行进的燃烧层，可以分解掉整个体系。

等离子体应用

圆柱形阳极层霍尔推进器磁极溅射数值模拟

李平川，唐德礼*，赵 杰，张 帆

2019, 39(2):  181-187.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201901014

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通过对空心和实心内磁极的圆柱形阳极层霍尔推进器放电等离子体进行三维PIC 放电-溅射模拟，分析了放电功率和阳极附近磁场等对磁极离子溅射的影响。结果表明，实心内磁极的推进器效率较高，在较高电压和高磁场的工况下，空心内磁极圆柱形阳极层霍尔推进器的刻蚀程度有明显减弱。在大功率圆柱形阳极层霍尔推进器设计和研发工作中，应考虑空心阴极效应的优点以及合适的电磁场配比。

大气压氩气冷等离子体射流处理对芥菜种子发芽率及根长的影响

吕晓桂1，王 鹏2，利 民1，李凤敏1

2019, 39(2):  188-192.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.201902015

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研究大气压条件下空气环境中氩气放电冷等离子体射流处理对芥菜种子发芽率及幼苗根长的影响。比较了不同的放电电压和不同的处理时间下芥菜种子的发芽率及根长。结果表明，与对照组比较，在放电电压1.6kV、处理时间120s 和30s 的条件下，等离子体射流处理对种子的生长起到了促进作用；在放电电压2.2kV、处理时间120s 及放电电压2.8kV 的条件下，等离子体射流处理对种子的生长发育起到了抑制作用。