【摘要】：中性束注入是聚變等離子體輔助加熱的重要手段,而離子源是其核心部件。射頻負(fù)離子源由于結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、長期免維護(hù)運(yùn)行,被公認(rèn)為ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)的參考離子源。為了探究射頻等離子體激發(fā)和負(fù)離子生成引出的關(guān)鍵技術(shù),華中科技大學(xué)(HUST)于2011年開始開展了射頻負(fù)離子源實驗平臺的設(shè)計和搭建。本文重點研究了HUST負(fù)氫離子源的束流截面檢測技術(shù),該技術(shù)能夠診斷離子束流的總功率、束流截面分布、發(fā)散度和均勻度等參數(shù),對離子源引出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化具有重要意義。研究主要分為三個部分:(1)基于HUST負(fù)源大面積多網(wǎng)孔三電極束流引出系統(tǒng),通過簡化的小束幾何光學(xué)模型,研究了接地柵極(Ground Grid,GG)下游不同距離處束流截面分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)束流在遠(yuǎn)離GG過程中,小束之間的重疊不斷加強(qiáng),截面分布從多高斯峰逐漸過渡為平頂峰,最后變?yōu)閱胃咚狗?為截面檢測裝置的位置選定和方案設(shè)計提供了依據(jù)�；谑鹘孛娣植家�(guī)律,設(shè)計了兩種攔截式束流截面診斷工具。(2)設(shè)計了量熱計型束流截面診斷系統(tǒng),測量束流總功率和GG下游遠(yuǎn)距離束流截面分布。該裝置通過準(zhǔn)絕熱結(jié)構(gòu)銅靶攔截束流,由熱電偶陣列測量銅靶各處溫升,從而獲得截面功率密度分布,并配置有水冷量熱系統(tǒng)測量束流總功率�；贏NSYS CFX流-熱-固三相耦合熱分析,修正了準(zhǔn)絕熱結(jié)構(gòu)量熱計的束流功率密度計算模型,驗證了單路水冷結(jié)構(gòu)的可行性,評估了量熱計測量束流功率密度截面分布的精度,設(shè)計并搭建了17路熱電偶溫度信號同步采集裝置。(3)設(shè)計了多鎢絲陣列束流截面診斷系統(tǒng),用于測量距離GG極較近位置的束流截面分布,旨在獲得小束的位置、輪廓和強(qiáng)度信息�；驹硎擎u絲受熱發(fā)光,由CCD相機(jī)進(jìn)行拍照測量�；贑OMSOL Multiphysics對鎢絲進(jìn)行了熱分析,研究了鎢絲發(fā)光速度、空間分辨率與束流轟擊功率密度、鎢絲半徑之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)鎢絲的熱平衡速度比發(fā)光速度慢,在短時間尺度(~1 s)內(nèi)對小束具有良好的空間分辨率。設(shè)計了多鎢絲診斷裝置的結(jié)構(gòu)和布局,并基于MATLAB編寫了CCD圖像處理程序。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL631
【圖文】：

Experiment)的引出系統(tǒng)。圖 1-1 ELISE 離子源多網(wǎng)孔引出系統(tǒng)示意圖由圖 1-1 可知，ELISE 的引出系統(tǒng)是由 640 個引出孔組成大面積多網(wǎng)孔陣列，因此總離子束流由 640 個子束疊加組成[11]，整個束流的光學(xué)特性跟每個子束的束元光學(xué)特性密不可分，優(yōu)化子束的光學(xué)特性即可實現(xiàn)對整個束流品質(zhì)的改善。測量子束的光學(xué)特性成為了目前國內(nèi)外束流檢測的重點研究目標(biāo)。束流截面檢測技術(shù)可以測量子束的束元光學(xué)特性。子束的發(fā)散角和束流密度對引出面下游總束流的截面分布有著直接的影響，通過測量截面上的束流分布即可獲得子束發(fā)散角和束流密度。根據(jù)測量所得結(jié)果，優(yōu)化離子源引出系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，可以實現(xiàn)對子束光學(xué)特性的改良，進(jìn)而改善整體束流均勻度。束流截面檢測技術(shù)為離子源的結(jié)構(gòu)設(shè)計和運(yùn)行狀態(tài)提供檢驗的標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化的方向

圖 1-3 MeV 加速器結(jié)構(gòu)示意圖CFC靶板獲得的良好檢測結(jié)果，德國IPPR 全尺寸大功率負(fù)離子源射頻測試臺 SP可進(jìn)行移動和伸縮的小束診斷工具 SCalorimeter Experiment)[22]。SPIDER 的束

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳德智;李冬;劉開鋒;黃江;劉大偉;岳海昆;李小飛;周馳;張哲;;用于中性束注入的大功率射頻離子源激勵器研制[J];核聚變與等離子體物理;2015年04期

2 楊啟堯;黃世剛;雷e

本文編號：2742276