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2020年 第40卷 第4期    刊出日期：2020-12-15

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等离子体物理学

HL-2A装置上边界间歇性事件与湍流粒子输运的统计学研究

王 炼，钱 伟，白 泉，魏 然，车 通，刘 星，徐丽莎，郑鹏飞

2020, 40(4):  289-293.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004001

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通过对粒子概率分布函数的计算，发现在高等离子体密度下边界间歇性事件的爆发频率有所增加。通过条件平均的手段，正负间歇性事件得以区分，并发现了二者在空间上的不同特征。不同密度梯度下的湍流粒子输运计算表明，间歇性事件与湍流粒子输运之间存在密切联系，间歇性事件的存在能够大大增加湍流粒子输运的大小。在高等离子体密度时，间歇性事件的强度有所增加，而与之相应地，湍流粒子输运的大小也有所增强。

EAST中n=4共振磁扰动下等离子体的环向旋转制动

李心宇1, 2，孙有文*1，臧 庆1，李颖颖1

2020, 40(4):  294-299.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004002

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在EAST中n=4的共振磁扰动下观察到明显的等离子体旋转制动效应，其分布具有全局性，且峰值靠近等离子体中心。利用模拟得到的新经典环向粘滞(NTV)力矩来反演等离子体环向角速度的变化，结果表明在大部分径向区域与实验测量的速度变化符合得较好，量值上相差约1~2倍。

基于深度学习的ELM实时识别研究

黄 尧，夏 凡，杨宗谕，钟武律，刘春华

2020, 40(4):  300-308.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004003

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基于深度学习的方法，在HL-2A装置上开发出了一套边缘局域模(ELM)实时识别算法。算法使用5200次放电数据(约24.19万数据切片)进行学习，得到一个深度为22层的卷积神经网络。为衡量算法的识别能力，识别了HL-2A装置自2009年实现稳定ELMy H模放电以来所有历史数据(约26000次放电数据)，共识别出1665次H模放电，其中误识别35次，误报率为2.10%。在实际的1634次H模放电中，漏识别4次，漏识别率为0.24%。该误报率和漏报率可以满足ELM实时识别的精度要求。识别算法在实时控制环境下，对单个时间点的平均计算时间为0.46ms，可以满足实时控制的计算速度要求。

 基于垂直磁场压缩的EAST等离子体初步研究

杭 芹1, 2，李 格1，张 恒1, 2

2020, 40(4):  309-314.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004004

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 基于等离子体参数随大半径/小半径变化的规律，分析了电流平顶段垂直磁场与相关等离子体参数的关系。垂直磁场的非线性部分用于分析非感应电流驱动效应，包括自举电流效应。此外，对于给定的等离子体电流，推导了平顶段垂直磁场与线平均密度之间的关系，并进一步研究压缩后的等离子体。基于EAST第41195次放电的数据分析表明，垂直磁场强度的增大可以使得等离子体温度、密度、βp和自举电流份额获得提升，为等离子体参数高参数，特别是βp提供了一种可能性参考。

真空中金属丝电爆炸数值模拟研究

王 坤，姜林村，张 董，张 阅，王天浩

2020, 40(4):  315-320.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004005

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利用金属丝电爆炸物理数学模型对电爆炸物理过程开展了数值模拟，研究了不同直径铝丝电爆炸特性，进一步分析了金属丝内沉积能量、电压击穿时刻、电压峰值随金属丝直径的变化规律，并与相关实验数据作了对比。

核聚变工程技术

托卡马克真空室内线圈水冷管道接头强化二次流的数值研究

江嘉铭1，黄淑龙1，吴文杰1，张国书1，刘 仪2，张 凯3

2020, 40(4):  321-328.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004006

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基于计算流体力学(CFD)理论，研究了不同曲率半径的螺旋导流片的托卡马克真空室内线圈水冷管道接头。利用湍流数值模拟方法，分析了线圈管道接头导流片曲率半径比、冷却水入口流速对线圈管道内流体平均雷诺数分布的影响。结果表明，不同导流片曲率半径比的线圈管道内的流体雷诺数分布曲线相似，平均雷诺数随入口流速的增加而增大，管道接头出口雷诺数随导流片曲率半径比的增大而减小，导流片曲率半径比小的管接头更适用于线圈水冷曲线管的二次流强化。此外，还为导流片曲率半径比为0.2的管接头拟合了管接头出口雷诺数与入口流速的关系式，为进一步研究类似于托卡马克真空室内线圈管道的曲线管接头的二次流强化提供理论基础。

基于补偿网络的PSM高压电源模块仿真分析

夏于洋，李 青

2020, 40(4):  329-335.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004007

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利用MATLAB对中国聚变工程实验堆(CFETR)低混杂波高压电源系统的调节模块进行仿真，分析了静态电网波动、负载变化、滤波参数等对输出电压的影响。利用补偿网络可以大大减少纹波，增加输出电压的稳定性。该系统的稳定时间在几个毫秒之内，纹波系数<1%。通过仿真决定对该高压电源系统调节模块采用比例积分微分(PID)控制与超前-滞后补偿策略。

CFETR不同位置充气下的辐射偏滤器模拟研究

周一夫1，毛世峰*1，赵 登2，叶民友1, 3

2020, 40(4):  336-343.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004008

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利用边缘等离子体数值模拟程序SOLPS对氩杂质注入下中国聚变工程试验堆装置辐射偏滤器运行模式进行了模拟研究。在达到相同的总辐射功率(P_rad~170MW)时，四种不同充气方案下(从上游充入氘氩混合气体，从外偏滤器充入氘氩混合气体，从内偏滤器充入氘氩混合气体，从上游充入氘气的同时从外偏滤器充入氩气) 在外中平面的模拟区域内边界(ρ=0.9)处的有效离子电荷数Zeff分别为2.8、3.1、3.4、2.7。模拟结果与DIII-D及C-MOD的实验结论一致。当从上游充入氘气时，可以增强刮削层中的本底等离子体流，从而得到相对更好的杂质屏蔽效果；同时由于偏滤器靶板再循环杂质源占主导作用，注入氩气的位置对于模拟结果影响不大。

CFETR中心螺线管超导模型线圈预紧机构的优化设计及分析

尹大鹏1, 2，武 玉1，韩厚祥1, 2，许爱华1

2020, 40(4):  344-349.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004009

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介绍了中国聚变工程实验反应堆(CFETR)中心螺线管(CS)超导模型线圈，其主要包括Nb₃Sn线圈、NbTi线圈、预紧机构、缓冲区、接头、接头支撑、冷却氦管和氦管支撑等部件。CS模型线圈预紧机构由15个预紧梁、30根预紧杆和支撑板组成。在室温下对预紧机构施加75MN的预紧力，基于ANSYS的电磁分析及优化设计模块进行了预紧机构优化设计和力学分析。力学分析结果表明，预紧机构满足使用要求。

ITER朗缪尔探针系统初步设计与研制

赵 伟1，王雅丽1，金羽中1，赵 丽1，周红霞1，钟光武1，聂 林1，刘春佳2

2020, 40(4):  350-356.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004010

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根据ITER朗缪尔探针系统的测量需求开展了探针系统的初步设计和部分研制工作。通过对探针系统测量需求的细化分析，确定了不同等离子体参数的测量方式和对应的探针工作模式；并对探针开展了结构设计和热结构分析，得到了探针在稳态10MW·m^-2热负载条件下的温度和应力分布，同时根据ITER真空材料手册，初步确定选用锻造钨材料加工制造探针体和探针屏蔽结构并开展了机加工工艺、焊接工艺等方面的研究。根据探针系统测量需求和工作模式对电子学系统，包括电源、模式切换模块和信号调理单元等，进行了设计分析，且电源技术验证样机正在研制。测控系统已完成初步设计，主要功能包括下发配置、状态监控、校准、数据采集、与ITER CODAC通讯、实时测量偏滤器靶板离子流通量等。

EAST PF8线圈氦管结构分析和疲劳试验

方有为1, 2，胡献国1，杜双松*2，奚维斌2，卫 靖2，陆 坤2

2020, 40(4):  357-363.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004011

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 为解决EAST PF8线圈氦管在与导体连接的焊缝位置出现的泄漏问题，分析了该氦管的载荷及边界条件，给出了4种载荷组合工况。建立PF8氦管的有限元模型，对4种工况进行了静力学分析。计算结果表明，热载荷和螺管固定支撑板G11变形是焊缝失效的主要原因。在4.5K下对PF8氦管样件进行了疲劳试验，结果表明氦管疲劳寿命超过2×10⁵次，满足使用要求。对PF8氦管进行了修复，使氦管与螺管固定支撑板G11板脱开，避免了额外载荷的作用，满足EAST使用要求。

等离子体应用

 氦氢离子协同注入对锆膜形貌及物相结构的影响

傅雨鑫，李 游，粟 超，马世新，蒋宏伟，韦家军，刘 洋*

2020, 40(4):  364-371.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004012

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 采用磁控溅射法制备了Zr-Mo膜，随后在低能静电加速器上分别采用剂量为2.80×10¹⁷~1.12 ×10¹⁸ions·cm^-2的He⁺、H⁺离子辐照Zr-Mo膜，利用光学透镜、扫描电镜、原子力显微镜和X射线衍射研究He⁺、H⁺离子协同注入效应对Zr-Mo膜微观结构的影响。实验结果表明：原始Zr-Mo膜表层晶粒清晰可见，尺寸约为200nm；辐照效应可导致Zr-Mo膜表层产生微观损伤区域，在注He⁺基础上注H⁺导致Zr-Mo膜出现更为严重的损伤现象；离子注入的表面溅射效应可使膜面晶粒边界逐渐刻蚀退让，导致膜面更加光滑、细致；He⁺、H⁺ 离子协同注入可使Zr-Mo膜晶格发生畸变，注入期间未使Zr-Mo膜发生吸H相变生成氢化物。

气压对于低气压双频容性耦合Ar/O2 等离子体放电特性影响的研究

吴良超，殷桂琴*，孟祥国，周有有，王兢婧

2020, 40(4):  372-378.  DOI: 10.16568/j.0254-6086.202004013

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 研究了气压对双射频氩氧混合等离子体电子温度和电子密度的影响。在13.56MHz低频功率和94.92MHz高频功率固定为60W和氩氧气体比为1:9的情况下，利用发射光谱法分析了气压不同时氩氧混合等离子体的放电光谱中的特征谱线的变化规律。使用一维质点网格法(PIC-MC)静电模型计算了电子温度和电子密度。结果表明：电子温度随着气压的增加先降低后升高，与实验结果趋势相吻合；电子密度随着气压的增加先增大后减小。

《核聚变与等离子体物理》2020 年第40卷总目次

《核聚变与等离子体物理》2020 年第40卷总目次

2020, 40(4):  379-384. 

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