鎢由于其氚滯留率低和優(yōu)異的抗輻照性能,已被未來聚變裝置如ITER、CFETR等選為面對等離子材料,并應用于高熱流粒子流挑戰(zhàn)最嚴峻的偏濾器區(qū)域。為了在托卡馬克放電過程中獲得更高品質(zhì)的等離子體,同時延長材料部件的使用壽命,必須理解鎢表面的損傷行為和機理并尋求解決方法。本文基于高熱負荷實驗測試結果和實際托卡馬克裝置內(nèi)鎢的表面損傷現(xiàn)象,采用有限元方法,并輔以紅外、探針等熱流診斷對托卡馬克高熱流下的鎢表面損傷行為進行了研究。首先,針對EAST偏濾器,開展熱流診斷與分析;隨后基于理論,分析鎢材料部件在穩(wěn)態(tài)熱流和瞬態(tài)熱流作用下的熱結構響應及損傷行為閾值;最后針對EAST偏濾器靶板表面出現(xiàn)的熔化和開裂行為,進行了解釋和預測。論文主要工作和創(chuàng)新如下:在托卡馬克偏濾器靶板鎢表面熱流診斷方面,基于一套位于EAST H窗口的上鎢偏濾器外靶板高時空分辨大量程（～3 mm/pixel,1000-3000 Hz,0-2500℃）紅外熱成像診斷系統(tǒng)。根據(jù)紅外測溫數(shù)據(jù),采用有限元類比方法,對靶板表面的長脈沖穩(wěn)態(tài)和周期性瞬態(tài)熱流進行了有效的計算,分析過程考慮了瓦塊表面溫度的環(huán)向不均勻性、偏濾器靶板熱流分布的環(huán)向不對稱性以... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１托卡馬克裝置基本結構Ｍ??２??

?第一章引言???１．１．２托卡馬克裝置??在眾多的磁約束聚變裝置中，托卡馬克裝置自從提出后就受到廣泛的關注，??現(xiàn)如今己是聚變界的主流研宄方向。圖１．１是托卡馬克的結構示意圖，其核心部??件分別是環(huán)向場線圈、極向場線圈、中心螺線管和真空室。此外一個完整的托??卡馬克實驗裝置一般還配備有輔助加熱、等離子體診斷、反饋控制、抽氣和加??料等子系統(tǒng)，從而滿足在真空強磁場環(huán)境下對等離子體進行加熱、診斷和控制??的實驗需求。??孓?ＴＦＴＲ＊?〇，＾＾ｌｂ＾Ｌ＃ＪＥＴ．?？ＴＦＴＲ??Ｅ?１－?ＡＬＣ－Ｃ＊?ＪＴ－６０＊?；ｉ??－ＷＬ?嚴??ｃ－?Ｂｅｆｔｃｔｏｒ－ｒｄｅｖａｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ＃?＾Ｄｌｔｌ－Ｄ?—?１９Ｓ０??Ｉ?０１?－?ＡＳＤＥＸ．＾＾?＾ＢＸ?＃ｔＥＸＴ〇Ｒ??Ｉ?ｐｌｔ＊?＾?＇?ｖＷ??．％?Ｔｔ〇＊?ｆｍ??￡?０．０１－?ＴＦＲｊ??？?Ｄ－Ｄ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ?｜?一??〇?Ｆｕｌｌ?０－Ｔ?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ???ＢＷ＾ｇｊ?１９６５??０．１?ｔ?１０?１００??Ｃｅｎｔｒａｌ?Ｉｏｎ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?Ｔ＊?（ｋｅＶ）??圖１．２過去５０年各裝置聚變?nèi)胤e的進步情況【１１］??托卡馬克裝置的環(huán)向磁場５？，是由均勻分布在真空室圓周上的環(huán)向場線圈??生成的，其與大半徑尺會因為裝置的特殊幾何形狀，有以下關系：??Ｂｌｏｒ＾ｊ?（１－３）??可見越靠近環(huán)軸內(nèi)側的磁場越強，所以靠內(nèi)磁場又被稱為高場側（ｈｉｇｈ?ｆｉｅｌｄ??ｓｉｄｅ，ＨＦＳ），而靠外磁場被稱為低場側（ｌｏｗ?ｆｉｅｌｄ?ｓｉｄｅ，ＬＦＳ），這種不均勾的??環(huán)向

?第一章引言???Ｄ＿Ｔ等離子體的自持“燃燒”和通過托卡馬克裝置來實現(xiàn)可控核聚變的科學可行??性【１１。該項目啟動于１９８５年，隨后２００３年中國加入，至今己有近４０年的歷史，??主要成員國是中國、歐盟、日本、美國、俄羅斯、韓國和印度。在表Ｕ中列出??了?ＩＴＥＲ與國內(nèi)外主要裝置的參數(shù)。??１．２面對等離子體材料??聚變等離子體上億度的高溫在地球上目前沒有任何材料能夠承受，所以必??須要將中心的高溫等離子體與真空室壁分隔開。分隔方法主要有如圖１．３所示：??即限制器（ｌｉｍｉｔｅｒ）和偏濾器（ｄｉｖｅｒｔｏｒ）。其中限制器通過與主等離子體邊緣相??切，將等離子體分成以切面為界兩個區(qū)域，切面位置的磁面就是最外閉合磁面??（Ｌａｓｔ?Ｃｌｏｓｅｄ?Ｆｌｕｘ?Ｓｕｒｆａｃｅ，?ＬＣＦＳ），ＬＣＦＳ內(nèi)部先是靠外的邊界等離子體然后??是越靠內(nèi)參數(shù)越大的主等離子體，ＬＣＦＳ外部是刮削層（Ｓｃｒａｐｐｅｄ－Ｏｆｆ?Ｌａｙｅｒ，ＳＯＬ）??。此外就是通過偏濾器將磁面分界，通常采用具有一個或者兩個Ｘ點的位形，??這時磁分界面就是ＬＣＦＳ，它可以避免高溫等離子體與第一壁材料直接接觸。大??多數(shù)的粒子以及熱量都被引導至偏濾器區(qū)域，讓熱流和粒子流轟擊到特定的靶??板上，并且偏濾器的特殊磁場結構也能夠使得源于靶板的雜質(zhì)難以重回主等離??子體區(qū)域［２１。??Ｓ？ｐ？ｒａ�。�，＞??Ｓ？Ｐ？ｒ？ｔｎ？??ｏ．??Ｄｉｖｅｒｔｏｆ?Ｔａｒｇｅｔ?Ｐｎｖｔｌｅ?Ｒｅｇｉｏｎ??（ａ）?（ｂ）??圖１．３托卡馬克的兩種磁位形。（ａ）限制器；（ｂ）偏濾器。??１．２．１等離子體與壁相互作用??高溫等離子體與材料接觸會對材料表面造成很大

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Thermal analysis on the EAST tungsten plasma facing components with shaping structure counteracting the misalignment issues[J]. 王保國,朱大煥,丁銳,陳俊凌.  Plasma Science and Technology. 2017(02)
[2]ITER偏濾器W/Cu單體模塊熱-結構模擬與分析[J]. 薛奎,陳俊凌,朱大煥.  核聚變與等離子體物理. 2013(04)
[3]聚變堆中面向等離子體材料的研究進展[J]. 張小鋒,劉維良,郭雙全,姜林文.  科技創(chuàng)新導報. 2010(03)

博士論文
[1]EAST第一壁熱負荷測量及功率平衡研究[D]. 劉煜鍇.中國科學技術大學 2019
[2]EAST鎢偏濾器探針診斷系統(tǒng)研制及靶板熱流粒子流實驗研究[D]. 許吉禪.中國科學技術大學 2019



本文編號：2989350