核聚变与等离子体物理

王子杰, 任颂家, 封范, 王建豹, 赵晨曦, 冯仁超, 李雪, 羌建兵, 王英敏, 练友运, 刘翔

2026, 46(1): 1-8. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601001

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采用两步球磨法分别制备了钽(Ta)含量为 1.0 wt.%、5.0 wt.%的钨(W)基复合粉末，再通过热压烧结和高能量速率(高能率)锻造制备了 W-Ta 合金，对其进行微观组织分析及性能表征。结果表明：Ta 的加入可以显著提高锻态 W 的维氏硬度和拉伸强度，同时提高 W 的再结晶温度；随着 Ta 含量升高，W-Ta 合金晶粒更为细化，烧结态和锻造态合金的硬度提高。Ta 含量为 1.0 wt.%合金兼具优异的力学性能、高再结晶温度和高热导率，但 Ta 含量过高严重劣化 W 的塑性。

EXL-50 装置中心柱限制器烧蚀分析与结构优化设计

贾朋美, 杨圆明

2026, 46(1): 9-14. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601002

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由新奥集团自主研发设计的中等规模球形托卡马克聚变商用发电探索性实验装置玄龙-50(EXL-50)，在物理实验中出现铜镀钨中心柱限制器烧蚀现象，对等离子体稳定运行极为不利。经研究发现，此现象一方面是由于限制器与中心柱几何轴线及磁力线轴线的安装偏差，导致限制器暴露在等离子体磁力线的打击范围内而承受较大热负荷的冲击所致；另一方面是由铜镀钨限制器的钨涂层与铜基层的结合力有限，在热负荷反复冲击下，出现烧蚀剥落。为彻底解决烧蚀问题，对限制器进行了结构优化和材料升级，并模拟分析了烘烤工况下的热固耦合场。结果表明，优化后的中心柱限制器在热性能和变形量上均满足要求，实验结果也验证了优化后结构未出现热斑、烧蚀现象。

ITER 第一壁出水管焊接变形数值模拟

朱小波, 缑俊, 胡丹, 周毅, 邱嵘, 李佳霖, 吴晶, 范小平, 谌继明, 王平怀

2026, 46(1): 15-21. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601003

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国际热核聚变实验堆(ITER)第一壁进、出水管的内孔焊缝处在结构支点薄弱位置，焊接会造成结构整体严重变形，造成现场安装时第一壁水管接口与预留管口错位，无法完成安装焊接。基于热弹塑性理论，借鉴机器人学中的位姿概念，采用 SYSWELD 软件对出水管内孔焊接变形进行模拟，获得弯管安装接口位置的变化，实现了复杂姿态变化的定量比较。计算结果表明，焊接起弧位置显著影响焊后的安装端位置与姿态，以及现场安装时矫正位置与姿态所需的装配力与力矩。而造成这种差异的直接原因是起弧位置影响轴向焊接收缩量的分布。对比不同条件下的计算结果，认为合理选择焊接起弧位置、预留焊接变形尺寸余量，可以减少焊接变形、减少现场安装时所需的装配力与力矩。

磁约束聚变装置辐射量热诊断电子学系统初步设计

张晓东, 曹宏睿, 刘士兴, 赵金龙, 李强, 段艳敏, 林士耀

2026, 46(1): 22-28. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601004

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磁约束聚变装置上的辐射量热诊断主要实现对等离子体总辐射功率和辐射功率密度分布的测量，对于研究等离子体运行过程如能量平衡、约束与输运等具有重要意义。针对金属膜电阻辐射热探测器设计了 1 套辐射量热电子学系统。该系统主要由前端电子学电路板及 ARM 嵌入式主控部分组成，其中电子学部分按功能分为载波信号发生、调幅信号处理和同步解调及滤波 3 个模块进行设计和功能验证。与传统 Bolometer 相比提高了集成度，该系统可以在有限的空间内实现多通道数据采集，提升了使用便捷性与可靠性。实验表明该电子学系统与探测器整体的响应时间为 180 ms 左右，电子学系统的线性相关系数 R 平方为 0.99993，系统线性度良好，并在 EAST 装置上验证了该系统对于辐射热的响应变化趋势与原系统基本保持一致，说明了本套系统设计的合理性，也为后续改进奠定了重要基础。

HL-3 装置低混杂波激励源系统设计

梁军, 卢波, 白兴宇, 曾浩, 陈娅莉, 王超, 冯鲲, 王洁琼, 左览, 马悦心, 许凌飞

2026, 46(1): 29-35. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601005

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为提高 HL-3 装置低混杂波电流驱动(LHCD)系统的实验能力，微波激励源需要具备实时功率控制和实时相位反馈调节等新功能。使用 DDS+倍频混频方案实现在一定频带范围内的低相位噪声、高杂散抑制、高稳定度的频率输出。使用数字模拟移相器+现场可编程门整列(FPGA)实现响应时间小于 50 μs 的相位实时反馈控制。使用数字模拟衰减器+FPGA 实现响应时间小于 50 μs 的实时功率控制。基于上述设计思路，完成 HL-3 装置低混杂波系统微波激励源的设计。

聚变堆包层磁化力数值计算方法的研究和应用

董海杰, 刘翔, 段旭如, 武兴华, 王晓宇

2026, 46(1): 36-42. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601006

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为了保证托卡马克聚变堆的真空室、偏滤器、包层等结构或部件的安全性，需要在设计过程中准确评估其磁化力和洛伦兹力等电磁力载荷。基于 ANSYS 提供的棱边元，介绍了一种采用麦克斯韦应力张量法的磁化力数值计算方法。该方法不仅可以计算总磁化力，还可以获得载荷在研究对象上的等效分布。研究表明，该方法的计算结果会受到单元尺寸和变形程度的影响，但当仅通过角节点输出力的计算结果时，该影响较小，且计算结果非常接近解析法的近似计算结果。此外，定性分析表明计算的磁化力分布与电磁学相关理论一致。该数值计算方法可应用于针对聚变堆包层的磁化力分析及后续的电磁-结构耦合分析。

聚变堆包层异种钢的焊接工艺与性能分析

付勇敢, 刘劲, 王虎, 卫靖, 汪卫华

2026, 46(1): 43-49. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601007

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为了连接包层结构材料低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢和 316LN 奥氏体不锈钢，选择了激光焊与钨极惰性气体保护(TIG)焊 2 种不同的工艺方式对试件进行了焊接，并对焊接件进行了质量检测。通过对焊缝微区进行 XRD、金相显微和 SEM 分析，表征了焊缝区域的相成分和微观组织，并利用维氏硬度仪和电子万能试验机测试了焊件的力学性能。结果表明，2 种焊接方式均无宏观缺陷，但在 SEM 下均可以观察到微观气孔和碳化物的存在；激光焊件的抗拉强度为 597.32 MPa，断面伸长率为 39.16%，TIG 焊件的抗拉强度为 603.19 MPa，断面伸长率为 33.72%。结合焊接工艺和焊件性能综合比较，推荐激光焊为包层部件现场焊接方案的首选方案。

300 MVA 脉冲发电机非线性电阻灭磁设计及试验

石啸飞, 彭建飞, 王海兵, 廖超

2026, 46(1): 50-56. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601008

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为满足中国环流三号(HL-3)大型核聚变装置脉冲供电需求，研制了国内首台 300 MVA 立式六相大功率脉冲发电机。由于其放电时间短至秒级，供电参数高，为了保障机组和聚变装置的安全运行，为脉冲发电机配套研制了一套快速灭磁系统。该系统的设计基于氧化锌非线性灭磁电阻，包含了转子灭磁及过电压保护装置、直流侧尖峰过电压吸收器、非全相及大滑差异步运行保护器。对灭磁装置各元器件进行选型设计和参数确定，并对装置介电性能、过电压保护特性进行了试验，试验结果表明，脉冲发电机快速灭磁系统能满足其设计要求。

KTX 电源脉冲电容器熔断器保护设计

冯虎林, 王邓辉, 何宝灿, 董玉琦, 潘圣民, 卢晶, 吴亚楠

2026, 46(1): 57-62. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601009

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反场箍缩磁约束聚变实验装置(KTX)的电源系统采用脉冲电容器组供电，提供的瞬间功率超过 200 MW，因此脉冲电容器的短路保护至关重要，熔断器的设计和可靠性测试成为脉冲电容器保护的关键。KTX 电源的高压高储能脉冲电容器保护设备造价高，采用自主设计的低成本的熔断器保护电容器组的安全。根据温升要求，确定了熔断器的截面积。通过脉冲电容器最低压降要求及熔断器的最低熔断临界能量，确定了熔断器的长度，并且通过了仿真和实验验证。最终经过 KTX电源长时间的运行验证了熔断器选择的安全和可靠性。

高功率发射机放大器的三支节匹配器的设计与仿真

唐亮, 张克卿, 朱光辉, 秦成明, 张新军, 毛玉周, 袁帅, 王磊, 刘鲁南, 杨桦, 张伟, 张开, 李亮亮,

2026, 46(1): 63-70. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601010

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为了实现末级电子管输入阻抗与特征阻抗传输线之间的高效匹配，需要开发一款适用于离子回旋共振加热的百千瓦至兆瓦级高功率发射机电子管放大器的新型宽频带匹配器。采用射频传输理论、电路分析及三维有限元仿真的综合方法，确定了不同工作频率下短路支节的理想长度，并对负载阻抗的敏感性进行了深入分析。研究揭示了理论计算与三维仿真及实验结果之间存在的偏差和局限，强调了在高功率发射机设计中进行全面考虑的重要性。

面向高压电源控制系统的 RISC-V微控制器设计

王京, 李青, 陈俊宏, 毛晓惠, 夏于洋

2026, 46(1): 71-76. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601011

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在托卡马克等离子体的辅助加热系统中，随着高压电源设备的不断增加，对高压电源控制系统的实时传输和数据可靠性有了更严苛的要求。为保障 HL-3 装置高压电源控制系统的稳定性及数据准确性，研究选用了 Chisel 语言，设计并开发了一款高压电源控制系统的 RISC-V 微控制器。设计的实现采用了诸如数据前推和分支预测等流水线相关技术以创建一个单发射五级流水线微控制器。这款微控制器已成功通过预定的测试集，并能在高云 Tang Primer 25K 开发板上顺利运行RT-Thread 嵌入式实时操作系统的运行测试。在功耗受限的条件下，此 RISC-V 微控制器能够高效地执行数据处理，满足可控核聚变领域对嵌入式微控制器开源可定制化设计及可靠性的需求。

PSM 高压电源干式变压器与模块的电场分析

范臻圆, 李青, 毛晓惠

2026, 46(1): 77-82. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601012

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基于中国聚变工程实验堆(CFETR)离子回旋高压电源设计，对干式多绕组变压器和电源模块进行电场分析，检验设计方案的绝缘安全性，并为装置薄弱环节提供建议。首先使用有限元计算软件对干式变压器进行稳态电场计算，结果证实了变压器正常运行时的绝缘安全，同时显示垫块部分场强分布不均，应对其形状进行优化。然后用等值电路法求解变压器在过电压冲击下的暂态过程，得出电场分布。结果显示，主空道最大场强偏高，可以通过调整变压器绝缘结构尺寸使场强降低。对于电源模块，考虑分布电容的作用，对安装支架的电场分布进行计算和仿真。结果显示，场强最大处位于电源模块棱边与空气相接的边缘，且未超过空气击穿场强。

三维数值模拟射频-直流串联热等离子体的温度分布

周志伟, 苏毅, 冯睿, 谭冲, 朱海龙

2026, 46(1): 83-88. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601013

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热等离子体具有高温、高焓和高化学活性等特征，在微纳米材料制备和热等离子体喷涂等领域是理想的制备手段。然而，热等离子体炬放电区域小、高温区有限，使得物料颗粒在热等离子体高温区滞留时间短，限制了物料颗粒加热和熔融效果，影响了制备效率和涂层性能。为此，设计了一种射频-直流(RF-DC)串联热等离子体炬，采用二次开发的 FLUENT软件，编写了用于计算这种串联热等离子体的用户自定义函数 C++程序，计算得到了这种串联热等离子体炬内的各物理场分布。结果表明：串联热等离子体炬稳定扩展了热等离子体长度，增加了物料颗粒在热等离子体高温区的滞留时间，从而优化物料颗粒的加热和熔融过程。这为优化、升级热等离子体发生器及其在工业中的应用提供了理论指导。

通行快离子驱动的 m/n=1/1 高能量粒子模的线性不稳定性研究

郭文韬, 王先驱, 苏祥, 许宇鸿, 程钧, 刘海峰, 黄捷, 张欣, 刘海, 唐昌建

2026, 46(1): 89-96. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601014

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快粒子驱动的各种磁流体不稳定性一直是磁约束核聚变物理领域的关注焦点。采用 HL-2A 装置实验参数，理论推导了模式的本征方程，并数值分析了通行快离子比压、局部磁剪切、快离子的初始速度等参数对高能量粒子模的线性不稳定性的影响。研究表明，当通行快离子比压值较大时，m/n=1/1 不稳定性将被激发，其结构类似于扭曲模或交换模(取决于等离子体参数)，这里 m 和 n 分别为极向和环向模数；当磁剪切较弱时，快离子比压对频率几乎无影响，且模式更容易被激发；增长率和频率与快离子的初始速度呈正比关系，大的初始速度导致模结构展宽，这与捕获粒子驱动的不稳定性结果有所不同。

HL-2A 装置上共振磁扰动下的边缘碳杂质输运研究

韩远祥, 董春凤, 石中兵, 范冬梅, 陈文锦, 张凯, 郑典麟, 孙平

2026, 46(1): 97-102. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601015

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在 HL-2A 装置上利用极紫外(EUV)光谱仪测量了碳杂质辐射强度的时间演化，发现在投入共振磁扰动(RMP)期间 C ³⁺离子的线辐射 CIV(312.4 Å：1s²2s-1s²3p)的强度明显降低(~10%)。为了帮助理解这一实验现象，利用三维边缘等离子体输运程序 EMC3-EIRENE 对 RMP 下的碳杂质行为进行了模拟研究。模拟结果显示，在与实验相同强度的 RMP 扰动下，EUV 光谱仪视距范围内的 CIV 强度下降(~28%)，计算区域内总杂质辐射功率下降(~38%)，下降幅度与 RMP 扰动强度有关。模拟结果与实验结果的变化趋势吻合，初步证明了 RMP 会对边缘碳杂质的输运行为产生影响。

HL-3 装置兆安培等离子体电流下的平衡位形优化研究

钟苑云, 钟武律, 薛雷, 李佳鲜, 杜海龙

2026, 46(1): 103-110. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601016

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为了探索支撑 HL-3 装置兆安培等离子体电流运行的双零偏滤器位形及对应的等离子体电流 I_p运行区间，建立了安全因子 q₉₅与平衡位形的关系。结合装置第一壁结构与 3 种不同概念设计的上偏滤器靶板轮廓，利用自由边界平衡代码FEEQS 设计欧姆加热下不同参数的双零偏滤器位形。综合考虑工程需求，明确了 q₉₅不低于 3 时可选双零位形参数。如：等离子体电流 I_p为 2.5 MA、环向场 B_T为 2.5 T、拉长比 к 为 1.78、三角形变 δ 为 0.65(B_T=3 T 时，I_pmax=3 MA)；其次对于面向封闭偏滤器的研究需求，进一步开展了在 B_T=2.2 T 时上单零偏滤器位形优化设计，可运行 I_p=2 MA、к=1.64、δ=0.56 的上单零位形。这些设计为 HL-3 装置的上偏滤器物理研究、兆安培电流等离子体放电运行提供了参考。

基于改进 YOLOv8 网络的 EAST 装置内部部件损伤人工智能识别研究

管中放, 张斌, 刘健, 钱金平, 王巍, 陈润泽, 杨康佳, 王祖豪, 陆文怡, 郭裕彤, 何春宇

2026, 46(1): 111-118. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601017

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针对 EAST 装置放电过程中第一壁内部部件损伤的识别问题，首次引入 YOLOv8 模型进行热斑识别，提出一种基于改进 YOLOv8 的 EAST-YOLOv8 算法。该方法可有效协助人工检测，提升 EAST 装置放电内部部件损伤检测效率。传统 YOLOv8 网络在正常目标检测任务中表现优越，但对于 EAST 装置放电初期内部部件损伤的预警方面存在不足。根据该问题的工程与物理特点，对 YOLOv8 进行了具有针对性的改进，包括增加小目标检测层和加入 CBAM 注意力机制。从而构建了适用于 EAST 装置长脉冲高参数放电条件下内部部件损伤检测的网络模型。实验结果表明，EAST-YOLOv8 比传统YOLOv8 在损失函数和召回率上有明显优势，检测精确率达到 93.6%、mAP@0.5 达到 93.5%、召回率达到 93.9%。这一创新性的方法为 EAST 装置运行的安全性和稳定性提供了更为高效和可靠的支持。

射频驱动负氢离子源中的铯沉积分布及演化

谢炜民, 张余弦, 黄丽萍, 张贤明, 王雷, 章松, 邹桂清, 耿少飞, 雷光玖

2026, 46(1): 119-124. DOI: 10.16568/j.0254-6086.202601018

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在负离子源中馈铯是提升应用于中性束系统的负离子源的输出束流的一个重要手段，为了分析射频驱动负离子源中铯沉积的空间分布和时间演化，使用了石英晶体微天平作为传感器开展了初步实验。实验分为 4 个阶段开展：(1) 杂质清洗；(2) 静态馈铯；(3) 负离子源加热条件下的馈铯；(4) 在等离子体放电和负离子源加热条件下的馈铯。实验结果说明，经历长时间的放电清洗之后，传感器上的杂质沉积保持稳定，对馈铯实验不产生影响。馈铯过程中铯容易淤积在扩展腔法兰和加速系统法兰之间的空腔中。在等离子体和负离子源加热的共同作用条件下，铯在等离子体电极表面的沉积会得到大幅度的提升。对于负离子源的长脉冲运行来讲，不仅需要对负离子源的腔壁进行加热，对于法兰的加热也是必要的。

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