【摘要】：作為托卡馬克裝置內(nèi)部的重要部件之一,偏濾器在強(qiáng)磁場環(huán)境中承受著高溫等離子體的能量和高能粒子的沖擊,是能量和粒子排出裝置真空室的關(guān)鍵通道,同時還起到控制等離子體雜質(zhì)的重要作用。在托卡馬克裝置運(yùn)行的過程中,直接面向等離子體的偏濾器靶板在巨大的電磁載荷和熱載荷作用下,呈現(xiàn)出多種失效模式,將會阻礙等離子體實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行,甚至損壞裝置主機(jī)。因此,開展EAST裝置偏濾器靶板的可靠性研究具有十分重要的意義。通過闡述能源利用的現(xiàn)狀,引入了受控核聚變和托卡馬克裝置研究的相關(guān)內(nèi)容,描述了偏濾器的發(fā)展。隨后,展示了可靠性研究的歷程,介紹了廣義概念下可靠性的相關(guān)內(nèi)容,并給出了目前主流的可靠性研究方法。根據(jù)對EAST裝置偏濾器靶板可靠性的相關(guān)調(diào)研,總結(jié)了偏濾器靶板以材料的失效和功能的失效為主的一系列失效模式,分析了偏濾器靶板失效模式的原因,并統(tǒng)計(jì)了EAST裝置下偏濾器靶板失效模式的相關(guān)數(shù)據(jù)和分布�；谧畲笃谕邓惴�,對Halo電流在EAST裝置上偏濾器靶板的峰值分布進(jìn)行建模,構(gòu)建了Halo電流峰值分布的高斯混合模型。依據(jù)上偏濾器靶板的等效結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)參數(shù),得到了上偏濾器靶板結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程。在此基礎(chǔ)上,利用蒙特卡羅方法計(jì)算了EAST裝置上偏濾器靶板的失效概率與可靠概率,結(jié)果顯示了Halo電流作用下上偏濾器靶板結(jié)構(gòu)極高的安全裕度。最后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中EAST裝置上偏濾器靶板的現(xiàn)狀,對計(jì)算得到的Halo電流作用下上偏濾器靶板的結(jié)構(gòu)可靠度進(jìn)行了分析。利用IDEF(?)方法,對EAST裝置下偏濾器靶板自上而下從主要功能到基本功能進(jìn)行了功能分析。依據(jù)失效模式的發(fā)生頻率等級和嚴(yán)重程度等級,應(yīng)用可靠性參數(shù)的估計(jì),定性和定量評估了下偏濾器靶板的失效模式,并根據(jù)失效模式的風(fēng)險水平,提出了EAST裝置下偏濾器靶板風(fēng)險緩解措施的建議。在此基礎(chǔ)上,利用BlockSim軟件計(jì)算了下偏濾器靶板初始和期望的可靠性與可用性。結(jié)果表明,采取風(fēng)險緩解措施后,EAST裝置下偏濾器靶板的期望可靠性與可用性相比初始可靠性與可用性均有所提高。最后,基于實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中EAST裝置下偏濾器靶板的現(xiàn)狀,對計(jì)算得到的EAST裝置下偏濾器靶板的可靠性與可用性進(jìn)行了分析。EAST裝置偏濾器可靠性研究的相關(guān)工作還處于發(fā)展階段,通過已經(jīng)完成的工作,能夠?yàn)镋AST裝置偏濾器的升級與改造提供依據(jù),并為未來的聚變反應(yīng)堆提供參考。
【圖文】：

圖１．２托卡馬克裝置逡逑托卡馬克裝置及其偏濾器逡逑．１托卡馬克裝置逡逑馬克裝置的概念誕生于２０世紀(jì)５０年代，由蘇聯(lián)科學(xué)家塔姆和［１４］。１９５４年，蘇聯(lián)開始設(shè)計(jì)建造世界上第一個托卡馬克裝置Ｔ－

圖１．２托卡馬克裝置逡逑１．３托卡馬克裝置及其偏濾器逡逑１．３．１托卡馬克裝置逡逑托卡馬克裝置的概念誕生于２０世紀(jì)５０年代，由蘇聯(lián)科學(xué)家塔姆和薩哈羅夫逡逑共同提出［１４］。１９５４年，蘇聯(lián)開始設(shè)計(jì)建造世界上第一個托卡馬克裝置Ｔ－ｌｆ１５］，經(jīng)逡逑過十幾年的研宄，獲得了一批具有參考價值的等離子體參數(shù)。隨著研宄的深入，逡逑已經(jīng)陸續(xù)開展托卡馬克研究的各個國家都意識到了研宄在物理上的復(fù)雜程度和逡逑工程上的技術(shù)難度。以１９５８年舉行的第二屆和平利用原子能會議為標(biāo)志，磁約逡逑束核聚變研宄開始了國際間的交流與合作。１９６５年和１９６８年，蘇聯(lián)科學(xué)家在相逡逑關(guān)國際會議上先后報告了邋Ｔ－３裝置和ＴＭ－３裝置上取得的進(jìn)展，等離子體的相關(guān)逡逑參數(shù)都有了很大的提高［１６］。這極大鼓舞了國際上的研宄熱情，磁約束核聚變的研逡逑宄也發(fā)生了重要轉(zhuǎn)變
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL631.24

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本文編號：2657910