高能反向粒子流是強流離子源運行過程中不可避免的難題,而未來聚變反應(yīng)需要更高功率和更長脈寬的中性束,因此高能反向粒子流是強流離子源大功率長脈沖運行的研究重點之一。本論文主要從理論出發(fā),分析了高能反向粒子流產(chǎn)生的物理機制,并基于強流離子源實驗平臺開展高能反向粒子流的實驗研究,基于診斷手段進行了高能反向粒子流的熱沉積分布等分析,開展強流離子源反向粒子流的特性研究,繼而開展抑制反向粒子流危害的優(yōu)化方法研究,從而滿足強流離子源高功率長脈沖安全穩(wěn)態(tài)運行的目標。根據(jù)碰撞理論,基于先進實驗托卡馬克(EAST)中性束正離子源和中國聚變工程實驗堆(CFETR)中性束射頻負離子源的結(jié)構(gòu),分析了高能反向粒子流在離子源束引出系統(tǒng)中產(chǎn)生的物理過程,優(yōu)化計算模型,分別估算得出正源反向電子流功率約占引出束功率的7.4%,負源反向正離子流約占束流的2.8%�；跓釁�(shù)和電參數(shù)測量,理論結(jié)合實驗,豐富和完善了反向電子流的診斷方法。使用水流熱量計系統(tǒng),開展了弧室及電極熱承載部件的熱參數(shù)分布研究,定性地研究了反向電子流功率量級及其主要沉積位置。使用抑制極電流作為表征反向電子流的電參數(shù),理論計算了在不同加速電壓下,抑制極負高壓...

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 磁約束核聚變與中性束注入
        1.1.1 能源危機與磁約束核聚變
        1.1.2 中性束注入的基本介紹
        1.1.3 中性束注入器的各大組成部分
    1.2 離子源的發(fā)展和挑戰(zhàn)
        1.2.1 離子源早期發(fā)展和類型
        1.2.2 EAST-NBI離子源的選型
        1.2.3 ITER-NBI離子源的選型
    1.3 國內(nèi)外強流離子源高能反向粒子流的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 日本JT-60離子源相關(guān)研究
        1.3.2 美國DI-D離子源相關(guān)研究
        1.3.3 德國IPP離子源的相關(guān)研究
        1.3.4 法國CEA離子源的相關(guān)研究
        1.3.5 國內(nèi)離子源的相關(guān)研究
    1.4 本文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點
        1.4.1 本文的主要研究內(nèi)容
        1.4.2 本文的創(chuàng)新點
第2章 離子源產(chǎn)生反向粒子流的物理分析
    2.1 離子源等離子體的產(chǎn)生和離子束的引出
        2.1.1 源等離子體的產(chǎn)生
        2.1.2 離子束的引出
    2.2 正源產(chǎn)生反向電子流的物理機制
        2.2.1 反向電子產(chǎn)生的基本反應(yīng)過程
        2.2.2 第一類反向電子的理論研究
        2.2.3 第二類反向電子的理論研究
    2.3 負源產(chǎn)生反向正離子流的物理機制
        2.3.1 反向正離子產(chǎn)生的基本反應(yīng)過程
        2.3.2 反向離子的理論研究
    2.4 本章小結(jié)
第3章 正離子源反向電子流的診斷研究
    3.1 基于冷卻水流熱量的反向電子特性分析
        3.1.1 原理與方法
        3.1.2 實驗研究
    3.2 基于抑制極電流的反向電子特性分析
        3.2.1 一維模型計算
        3.2.2 實驗設(shè)計
        3.2.3 實驗結(jié)果分析
    3.3 基于梯度極電流的反向電子特性分析
        3.3.1 梯度極結(jié)構(gòu)和作用
        3.3.2 數(shù)理簡析
        3.3.3 實驗結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 正離子源反向電子流的優(yōu)化研究
    4.1 導(dǎo)流系數(shù)對反向電子流的影響分析
        4.1.1 束散角、導(dǎo)流系數(shù)和束發(fā)射面
        4.1.2 物理模型分析
        4.1.3 實驗研究
    4.2 等離子體發(fā)生器磁場及反向電子沉積模擬分析
        4.2.1 物理分析
        4.2.2 磁場及沉積模擬
    4.3 進氣量對反向電子流產(chǎn)額的影響分析
        4.3.1 理論分析
        4.3.2 實驗研究
    4.4 本章小結(jié)
第5章 負離子源反向離子流的初步研究
    5.1 加速器空間真空度對反向離子流的影響
        5.1.1 加速器空間真空梯度計算
        5.1.2 不同真空梯度下的反向離子產(chǎn)額
        5.1.3 不同源氣壓下的反向離子產(chǎn)額
    5.2 背板熱電偶熱量計對反向離子的表征
        5.2.1 設(shè)計原理
        5.2.2 預(yù)結(jié)果分析
    5.3 濺射探針對反向離子的表征
        5.3.1 設(shè)計方案
        5.3.2 預(yù)結(jié)果分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)和展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3810141