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2020年 第40卷 第1期    刊出日期：2020-04-15

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等离子体物理学

托卡马克中漂移不稳定性的回旋动理学二维本征模方程

王凌峰 ， 董家齐

2020, 40(1):  1-7.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001001

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从弗拉索夫方程出发，导出了托卡马克等离子体中漂移不稳定性的回旋动理学二维本征模积分方程组。该方程组保留了离子的动理学效应，包括沿磁场的运动、磁场梯度和曲率漂移以及有限拉莫半径效应。与传统的采用气球模表象得到的一维回旋动理学方程(其只能给出不稳定模沿磁场线的结构)不同，该方程组不仅能给出托卡马克等离子体中漂移不稳定模的径向结构，同时还考虑了由离子的环形性漂移引起的相邻极向模之间的线性耦合，进而得到模的极向结构。该结果为相应的数值模拟研究提供了理论基础。

磁约束等离子体中杂质离子的输运方程

田 寅，刘 翔，郑鹏飞

2020, 40(1):  8-15.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001002

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以非平衡态统计理论为基础，从福克尔-普朗克动理学方程出发推导出了各种杂质离子、氘离子和电子的输运动力学方程，即特殊的多组分等离子体输运方程。各级电离过程中形成的带不同电荷杂质离子的输运动力学过程以及不同粒子间碰撞相互作用的贡献在文中进行了系统的分析。此外，在重新推导并优化的基本方程组基础上，得到了各种杂质离子的输运动力学方程。

HL-2M混合运行方案初步分析

薛 淼，郑国尧，薛 雷，李佳鲜，黄文玉，谢金雨，简 翔，陈佳乐

2020, 40(1):  16-22.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001003

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采用OMFIT集成模拟平台，对在建的HL-2M的混合运行方案开展物理分析。在1MA等离子体电流和1.88T环向磁场条件下，利用电子回旋波和中性束注入等辅助加热和电流驱动方式来调制出混合运行所特有的芯部q≈1的平坦的安全因子剖面，其中欧姆电流和自举电流的份额分别为26%和42%，能量约束因子(H_98,y2)高达1.19。在混合运行的条件下，通过添加反向中性束注入，可以得到更高的比压值β_N。此外，优化离轴的电子回旋波电流驱动和增加在轴中性束注入功率，可以进一步实现完全非感应混合运行。在该方案下，β_N可达3.47、H_98,y2为1.14和自举电流份额达51%。

EAST运动斯塔克效应诊断数据处理中GPU并行化加速算法的研究

智玉琴1, 2，黄 耀1，符 佳*1， 陈 颖1，王 枫1，余青江1, 2，李颖颖1，吴振伟1，万宝年1，吕 波1

2020, 40(1):  23-27.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001004

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在EAST装置单道运动斯塔克效应(MSE)诊断系统数据处理中，采用CPU(中央处理器)+GPU(图形处理器)异构化模型，实现了数字谐波分析(DHA)算法的并行化加速计算。由CPU完成数据的加载及简单的数学计算，由GPU实现DHA算法的傅里叶正、逆变换及滤波等并行化计算，与串行算法相比，获得了2000倍以上的加速，可以满足MSE诊断实验期间及时数据处理的要求。

氩气感应耦合等离子体速度与温度数值模拟

马利斌，喻明浩*，刘 凯

2020, 40(1):  28-33.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001005

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为了获得用于研究再入飞行器热防护系统的感应耦合等离子体风洞流场数据，基于流场、电磁场和化学场的多场耦合建立了非平衡态感应耦合等离子体数值模型。利用该模型对不同入口质量流率和不同工作压力下的感应耦合等离子体进行了数值模拟，得到了相应工作参数下感应耦合等离子体温度与速度的分布特性。计算结果表明：等离子体中心线上的速度随着入口质量流率的增大而增大，而随着工作压力的增大而减小；同时，等离子体中心线上的温度随着入口质量流率的增大而减小，而随着压力的增大先减小后增大。这些结果可为感应耦合等离子体风洞优化设计及其工业应用提供理论指导。

核聚变工程技术

中国聚变工程实验堆启动氚投料量与氚平衡分析

王 俊，王晓宇

2020, 40(1):  34-39.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001006

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根据中国聚变工程实验堆(CFETR)堆芯设计参数及燃料系统流程模型，采用平均停留时间方法，建立燃料循环子系统的氚转移模型用来描述氚在各子系统之间的输运、滞留等过程。采用该模型，分析了不同聚变功率水平、运行因子以及燃烧率对中国聚变工程实验堆的氚平衡以及启动氚投料量的影响。

HL-2M偏滤器结构动力学分析

张 旺1, 2，袁应龙2，姚列明1，沈俊田1, 2，陈雅静1，吴 静*1

2020, 40(1):  40-44.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001007

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 用有限元软件分析了动载荷作用下的偏滤器结构动力学响应。通过对动力学和静力学计算结果的对比，确定载荷的动态放大因子。计算结果表明，所设计的偏滤器结构在瞬态电磁力载荷作用下能满足设计准则的要求。

HL-2M装置中心螺线管线圈电源变流器过流保护的仿真研究

李 晨，李维斌，王雅丽，李 青，王英翘，陈俊宏，宣伟民

2020, 40(1):  45-51.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001008

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利用MATLAB仿真工具，搭建HL-2M中心螺线管(CS)电源系统模型，研究了CS电源变流器过流保护策略。通过仿真研究，为HL-2M CS电源系统中变流器制定了最优的过流保护策略，这为电源安全可靠的运行提供了理论依据。

HL-2M装置等离子体放电反馈控制系统

周 建，任磊磊，宋显明，郑国尧，张锦华，罗萃文，李佳鲜，李 波

2020, 40(1):  52-58.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001009

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通过对HL-2M装置极向场线圈的参数和初始等离子放电控制需求的分析，基于实时采集系统和反射内存实时数据传输的先进控制集成技术，完成了整个HL-2M初始等离子体放电反馈控制系统的设计。新系统实现了稳定的1ms控制周期和实时数据传输，同时解决了实时控制周期和数据传输的延迟。实验结果表明新设计的等离子控制系统能满足初始等离子体极向场线圈电流控制的需求。

焊后热处理对聚变堆用奥氏体不锈钢MAG焊焊缝金属冲击韧性的影响

孙振超，李鹏远*，张 腾，陈 辉， 许 丹，邓华林，康道安，罗蓉蓉

2020, 40(1):  59-64.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001010

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对聚变堆用316LN奥氏体不锈钢熔化极活性气体保护电弧焊(MAG焊)接接头进行不同温度的热处理，并在液氮温度下进行夏比冲击试验。利用光学显微镜、扫描电镜、EDS分析等研究了热处理温度对接头微观组织、断口形貌及析出物的影响。结果表明，873K热处理可以显著提高焊缝金属冲击韧性，但随着热处理温度的上升，焊缝金属逐渐出现沿着晶界分布的析出物，韧性逐渐下降。断口均为延性断裂，但随着热处理温度的升高，韧窝变浅、数量变少。韧窝底部存在球状析出和不规则状析出，球状析出在焊接过程中产生，不因热处理温度而变化，不规则析出随着热处理温度的升高逐渐增多。焊材中的Mo含量过高导致焊缝金属中Mo在晶界大量偏聚，促进了σ相的析出，当σ相在晶界形成连续分布后，焊缝金属冲击韧性显著下降。

管道连接装配型ITER增强热负荷第一壁的初步设计

吴 晶，王平怀*，谌继明，袁 涛，朱小波，李 前，高 翚，康伟山

2020, 40(1):  65-71.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001011

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中方承制的ITER第一壁采用大量焊接连接结构，冷却通道焊缝多，冷却水泄漏风险大，且存在焊接装配难以更换缺损部件等关键问题。在全尺寸原型件工艺认证阶段，需基于半原型研发基础，对其进行更改设计。设计重点在于手指部件采用前部燕尾槽和中部螺钉连接的固定结构，手指对采用前部管管连接、中部管连接件与中心梁焊接形成内部冷却通道回路。对初步设计模型进行了结构热及弹塑性分析。分析结果显示其温度、位移、强度均在可接受范围内，可以采用这种结构继续进行整个增强热负荷第一壁的详细设计。

基于以太网的分布式数据采集与双模式管理系统

任磊磊，周 建，罗萃文，潘 卫，马 瑞，李佳鲜

2020, 40(1):  72-78.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001012

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针对HL-2M装置诊断设备中采集系统布局分散、信号容易衰减和被干扰的问题，提出了一种新颖的以太网分布式数据采集系统和管理方案。采集模块具有以太网接口，能够容易远距离分布式放置和接入局域网。集中管理系统运用多线程Socket网络通信技术，采用客户端/服务端双模式，分不同级别管理采集系统，实现数据采集、存储、上传与集中管理功能。在真实放电实验中测试表明，采集系统具有测量准确，抗干扰性能强，数据传输速度快，方便部署和管理的特点，能够满足等离子物理诊断系统的数据需求。

基于CETOL平台的中国聚变工程实验堆真空室三维公差分析

郭亮亮1，孙金鑫1，刘素梅*1, 2，鲁明宣2，倪小军2，时明明2

2020, 40(1):  79-84.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001013

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利用CATIA平台的CETOL公差分析软件对中国聚变工程实验堆(CFETR)真空室进行了公差分析，在三维实体模型的基础上对目标进行模型简化和剖分。根据真空室整体装配性要求对公差进行分配，建立公差分析模型。通过敏感度和贡献度分析，确定影响目标公差的关键尺寸，对不合理的公差进行重新分配，以达到满足目标尺寸的公差要求，确保真空室的制造及装配质量。

等离子体应用

等离子体电磁加速器中快速电磁阀气体注入特性研究

郭海山，杨兰均*，刘 帅

2020, 40(1):  85-89.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001014

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在注气持续时间短、注入气体质量大的快速电磁阀测量中，采用高频响应压力传感器在电磁阀出口测量了气体的动态压力，通过真空室注气前后的压强差测量了注入气体的质量。研究表明，驱动电流、位移限定以及背景气压对气体注入特性有显著影响。当阀片受到的电磁力远大于背景气压造成的阻力时，增大驱动电流和增大背景气压都会加速流道口气体流动，提高气体注入量；电磁阀最高流速超过当地声速，流道应该设计成扩张式，且流道的长度要求尽可能短；电磁阀的注气持续时间主要由阀片的运动时间以及阀片关闭后气体在流道内扩散速率决定的。

等离子体激励器的静特性与高速特性仿真研究

殷 宁，谭慧俊，梁 钢，黄河峡，孙 姝

2020, 40(1):  90-96.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202001015

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将实验测得的电弧放电能量分布规律拟合为理想热源，采用数值仿真方法对一种高频等离子体射流激励器进行参数化研究，探索了激励器出口角度对激励器静特性的影响，并获得了在超声速来流(Ma0=2.0)情况下射流激励器的高速特性。结果显示：当射流出口流通面积相同时射流出口角度越小，激励器沿流向的动量注入能力越强，并且这一规律在高速射流条件的情况下仍然适用。相比静止条件，在超声速来流条件下，射流的动量注入能力更强，影响域更大。