KMAX裝置是位于中國科學技術大學的一種新型串節(jié)磁鏡裝置,本論文的內容包括:(1)在該裝置上開展的一些診斷工具搭建、運行和研究,例如光學診斷和減速場分析儀診斷;(2)塵埃加速器高壓電源的研制、測量和塵埃加速器塵埃源的設計加工和測試。作為大型等離子體研究平臺,該裝置已經開展離子回旋加熱和場反位形等實驗;為了對等離子體數據測量,已經陸續(xù)安裝靜電探針、馬赫探針、APD光學診斷、減速場分析儀和干涉儀等。其中減速場分析儀(RFA)主要用于離子溫度測量。柵網總透射率越大RFA數據的精確性越高,而總透射率和柵網結構有密切聯(lián)系。通過有限元軟件COMSOL對RFA建立基于KMAX裝置物理環(huán)境的三維模型,分析總透射率和柵網結構透鏡效應、網格、柵網分布和離子入射角的關系。透鏡效應對于不同能量離子束的影響不同,柵網網格形狀、單柵網光學透射率、柵網分布均對總透射率有影響,有效入射角度范圍00-100,仿真結果對RFA設計有一定的參考意義。在RFA的實際應用中,快掃帶來的電容效應以及儀表放大器頻率響應無法達到要求,被迫將掃描方式改為靜態(tài)掃描確保數據的可靠性。高壓電源作為塵埃加速器的重要部分,串激倍壓電源擁有結構簡單、體積較小便攜性強等特點。針對CW倍壓電路先通過理論計算和Simulink仿真檢測電路方案可行性和優(yōu)化,再通過COMSOL驗證結構的合理性,最后通過導熱絕緣膠泥新型絕緣方式實現120kV電壓的絕緣,并且自主提出一種100kV以上電壓的可視化測量方案。對整個高壓系統(tǒng)不僅熟悉了理論基礎也積累了高壓電源的研制、測量經驗。塵埃加速器系統(tǒng)設計和測試解決了快速高真空獲取和高真空室內20kV高壓饋入,測試表明優(yōu)化后的塵埃源有效減弱爬電、打火等問題;定性分析了塵埃源內塵埃運動軌跡特點;實驗初步表明低能塵埃加速器系統(tǒng)能夠實現塵埃帶電以及帶電塵埃加速飛出;最后分析了帶電塵埃測量電感應法的原理,為下一步的測量做好了開端。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O53
【部分圖文】：

?提供，２０１８年更換ｗａｓｈｅｒ?ｇｕｎ為等離子體源后在裝置兩端增加了兩個磁場線圈，??中心線圈內徑１．６５ｍ，過渡線圈內徑１．４０ｍ，子磁鏡線圈內徑０．９，如圖１．３??所示。ＫＭＡＸ裝置的零件工程圖由ＣＡＤ軟件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ完成。??Ｉ?ｉ?ｉ??－５?〇?＋５??實驗空ｒｔ側?實酴貨朱側??圖１．１?ＫＭＡＸ裝置中心磁鏡和子磁鏡的剖面視圖??圖１．２?ＫＭＡＸ線性裝置（含ｗａｓｈｅｒ?ｇｕｎ和１２個磁場線圈）的實驗圖??自２０１４年ＫＭＡＸ裝置首次實現等離子體放電后，裝置和設置均發(fā)生了一些??變化。目前己經開展了串列磁鏡中偏壓對等離子體的研宄、串列磁鏡中離子回旋??加熱ＩＣＲＨ?（Ｉｏｎ?ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ?ｒｅｓｏｎａｎｃｅ?ｈｅａｔｉｎｇ）加熱設備的研制以及場反位形ＦＲＣ??（Ｆｌｅｌｄ－ｒｅｖｅｒｓｅｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）的實驗研宄［２６］［２７］。產生磁約束的磁場線圈的供??電系統(tǒng)發(fā)生了變化，由前期的高功率電源提供供電，變成了現在由并聯(lián)超級電容??器脈沖放電形式來提供放電。前期，電源為磁場線圈供電時，磁鏡的磁喉處最大??磁場為３．２?ｋＧ；目前，改良為超級電容器并聯(lián)放電后磁喉處最高磁場為３．６?ｋＧ。??通過調節(jié)電流的大小，可以更改每個線圈出的磁場大小，目前所用的磁場位形如??圖１．４，也是較為典型的串節(jié)磁鏡磁場分布。??２??

?提供，２０１８年更換ｗａｓｈｅｒ?ｇｕｎ為等離子體源后在裝置兩端增加了兩個磁場線圈，??中心線圈內徑１．６５ｍ，過渡線圈內徑１．４０ｍ，子磁鏡線圈內徑０．９，如圖１．３??所示。ＫＭＡＸ裝置的零件工程圖由ＣＡＤ軟件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ完成。??Ｉ?ｉ?ｉ??－５?〇?＋５??實驗空ｒｔ側?實酴貨朱側??圖１．１?ＫＭＡＸ裝置中心磁鏡和子磁鏡的剖面視圖??圖１．２?ＫＭＡＸ線性裝置（含ｗａｓｈｅｒ?ｇｕｎ和１２個磁場線圈）的實驗圖??自２０１４年ＫＭＡＸ裝置首次實現等離子體放電后，裝置和設置均發(fā)生了一些??變化。目前己經開展了串列磁鏡中偏壓對等離子體的研宄、串列磁鏡中離子回旋??加熱ＩＣＲＨ?（Ｉｏｎ?ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ?ｒｅｓｏｎａｎｃｅ?ｈｅａｔｉｎｇ）加熱設備的研制以及場反位形ＦＲＣ??（Ｆｌｅｌｄ－ｒｅｖｅｒｓｅｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）的實驗研宄［２６］［２７］。產生磁約束的磁場線圈的供??電系統(tǒng)發(fā)生了變化，由前期的高功率電源提供供電，變成了現在由并聯(lián)超級電容??器脈沖放電形式來提供放電。前期，電源為磁場線圈供電時，磁鏡的磁喉處最大??磁場為３．２?ｋＧ；目前，改良為超級電容器并聯(lián)放電后磁喉處最高磁場為３．６?ｋＧ。??通過調節(jié)電流的大小，可以更改每個線圈出的磁場大小，目前所用的磁場位形如??圖１．４，也是較為典型的串節(jié)磁鏡磁場分布。??２??

－５?－４?－３?－２?－１?０?１?２?３?４?５??ｚ（ｍ）??圖１．?４?ＫＭＡＸ裝置中典型的串節(jié)磁鏡磁場位形??ＫＭＡＸ串節(jié)磁鏡裝置的真空環(huán)境主要有２臺機械泵和３臺真空分子泵共同??運轉來獲得，機械泵抽氣速率均為２４?Ｌ／ｓ，３臺分子泵的抽氣速率分別為１２００?Ｌ／ｓ、??１２００Ｌ／Ｓ和２０００Ｌ／Ｓ。兩臺１２００Ｌ／Ｓ的分子泵安裝于ＫＭＡＸ裝置子磁鏡下部，一??臺２０００Ｌ／Ｓ的分子泵安裝于中心磁鏡上部，分子泵均通過水循環(huán)進行冷卻。隨著??實驗開展的需要，真空室中陸續(xù)又添加了?ＲＭＦ天線、ＲＦ天線、磁探針和離子能??量分析儀探針，所以抽真空的時間慢慢變長。達到ｌ〇－４Ｐａ的真空環(huán)境需要３小時??以上；如果出現漏氣等問題一般采用８０號真空封泥進行堵塞，這是非常有效的??辦法。??３??
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 黃方成;萬樹德;李弘;溫曉輝;周海洋;劉萬東;;KTX反場箍縮實驗裝置感應加熱烘烤除氣方案設計[J];真空科學與技術學報;2014年07期

2 李自成;袁保山;;改進型低紋波Cockcroft-Walton倍壓電路及其特性研究[J];科學技術與工程;2014年17期

3 孫玄;劉明;謝錦林;余羿;林木楠;張情;;KMAX實驗裝置中的重點研究問題[J];中國科學技術大學學報;2014年05期

4 潘永強;王飛飛;杭凌俠;彌謙;;柵網式離子能量分析儀的模擬及實驗研究[J];真空科學與技術學報;2014年04期

5 杜慧聰;劉方軍;張偉;趙晶;;150kV高壓逆變電源倍壓整流電路仿真[J];北京航空航天大學學報;2014年07期

6 王帥;彭磊;;幾種高壓開關電源倍壓電路的研究[J];通信電源技術;2013年04期

7 謝雄杰;劉琴;霍鋒;朱雷;劉云鵬;周國楊;;1000kV與500kV交流同塔輸電線路的電暈損耗仿真及試驗分析[J];高電壓技術;2013年03期

8 陳桂文;張周勝;肖登明;;大功率高壓高頻變壓器模式和損耗分析[J];變壓器;2009年01期

9 秦愛玲;秦泓江;麻惠生;魯寧;;倍壓電路中電容串的電壓分布分析[J];石油儀器;2008年04期

10 江秀臣;周錄波;曾奕;徐青龍;;直流高壓發(fā)生器設計中的四個關鍵問題[J];高電壓技術;2007年06期

相關博士學位論文 前1條

1 安少輝;高時間分辨TOF探測技術的研究[D];中國科學技術大學;2007年

相關碩士學位論文 前1條

1 張情;KAMX串列磁鏡中研究偏壓對等離子體的影響[D];中國科學技術大學;2016年

本文編號：2852487