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南方能源建设
南方电网数字传媒科技有限公司、中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
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季刊

2095-8676

南方能源建设/Journal Energy Construction
正式出版
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    我国磁约束核聚变能源的发展路径、国际合作与未来展望

    王志斌沈炀余羿陈坚...
    1-13页
    查看更多>>摘要：[目的]聚变能源具有反应释放的能量大、运行安全可靠、燃料来源丰富、环境污染小等特点,有望成为一种可以大规模市场化供应的商业能源,在未来提供稳定的能源输出与电力供应.为了普及我国磁约束核聚变能源的发展路径,文章综述了聚变能的发现及实现途径.[方法]采用文献综述的方式简要介绍了我国磁约束聚变能源的早期研究发展历程,并以磁约束聚变能源的发展为例,初步给出了我国对于托卡马克装置、仿星器装置、球形托卡马克装置、反场箍缩装置、磁镜场装置、直线装置和偶极磁场装置等典型磁约束等离子体研究装置的建设情况.[结果]在这些装置的建设及研究基础上,我国磁约束聚变研究领域培养了一批科技人才,取得了长足的发展和进步.同时,文章概述了聚变能源研究的国际合作情况,以及我国参与建设的国际热核实验堆项目.[结论]虽然现阶段聚变能源的研究仍需克服来自燃烧等离子体物理、聚变堆材料、氚自持技术等多方面的巨大挑战,但在国家对能源结构转型的迫切需求以及对于聚变研究的大力支持下,相信在不远的将来我国磁约束聚变能源的发展将由蓝图变为现实.

    核聚变能源磁约束托卡马克仿星器

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    磁约束等离子体电子回旋加热技术发展现状

    夏冬辉卢婧陈曦璇方新宇...
    14-22页
    查看更多>>摘要：[目的]磁约束聚变研究中,电子回旋加热(ECH)和电流驱动手段应用广泛,包括但不限于等离子体的启动、加热、无感电流驱动和磁流体不稳定性控制等.近年来,针对未来聚变堆发展需求,电子回旋加热相关技术得到了长足发展,ECH已成为磁约束聚变装置中主要的辅助加热手段之一.[方法]首先对ECH系统进行简介,阐述了其组成部分、特点和应用现状;然后重点从 4个方面论述了目前ECH系统相关技术的发展现状与趋势.[结果]结合ECH相关技术的研究现状及应用需求,得出各相关技术发展的重难点.[结论]文章立足于ECH相关技术的发展现状与趋势,从高频以及多频回旋管(微波源)、ECH系统智能控制技术、高效电流驱动技术以及基于回旋管的相干汤姆逊散射技术等多个方面,对ECH系统相关技术的未来研究方向及应用进行了展望.

    电子回旋加热回旋管智能控制电流驱动相干汤姆逊散射

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    120kA脉冲电抗器在振荡放电电路中的电磁场分布优化

    李振瀚李华鲍晓华高格...
    23-35页
    查看更多>>摘要：[目的]脉冲电抗器是失超保护系统振荡放电回路中的重要组成部分.在振荡放电回路中,利用脉冲电抗器与充电电容器振荡产生高脉冲电流,使流过真空断路器的电流反向以创建人工过零点,完成开关分断.但是在通入 120 kA电流的工况下,由于受到电磁力的作用,脉冲电抗器下方连接排会发生形变,造成设备损坏,大大降低辅助振荡过零回路的可靠性.因此需要对 120 kA脉冲电抗器进行电磁场分析,优化其周围电磁场分布.[方法]首先分析辅助振荡过零电路的换流过程,建立脉冲电抗器三维模型,引入磁场屏蔽百分比的概念.其次,通过使用有限元仿真软件计算了不同材料和形状的屏蔽板对脉冲电抗器电磁场分布的影响.分析了不同材料和形状对屏蔽百分比的影响,计算了不同形状下的涡流损耗.最后在结构模块中计算了不同屏蔽结构下的连接排形变程度.[结果]屏蔽板采用不同材料或结构对连接排受到的磁感应强度和电磁力有影响.[结论]圆形铝屏蔽板对脉冲电抗器电磁场分布的优化效果更好.该方法也为脉冲电抗器的电磁屏蔽设计奠定了基础.

    脉冲电抗器屏蔽板屏蔽百分比辅助振荡失超保护系统

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    反常电子粘滞性引起的双撕裂模非线性演化

    何志雄董家齐蒋海斌
    36-46页
    查看更多>>摘要：[目的]在常规电阻撕裂模方程的基础上加入反常电子粘滞性,用圆柱位形的磁流体动力学,对由反常电子粘滞性引起的双撕裂模的非线性发展做了数值研究.[方法]通过对非线性发展阶段磁岛和磁力线的演化分析,详细研究了两个有理面间距分别为较大、中等、较小 3种情况下,由反常电子粘滞性引起的双撕裂模非线性发展的不同阶段的磁场拓扑结构的变化以及相关动力学特征,探讨了非线性发展的驱动问题.[结果]研究表明,两个有理面的间距的大小,对双撕裂模非线性发展有很大影响.间距中等时,会发生快速磁重联,对位形破坏最快最大.[结论]研究结果对托卡马克的位形设计和运行时的控制提供了参考.

    双撕裂模反常电子粘滞性非线性演化等离子体模拟磁重联

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    一种内离子源惯性静电约束聚变技术

    李金海
    47-55页
    查看更多>>摘要：[目的]惯性静电约束聚变是一种小型聚变装置.文章目的是要解决惯性静电约束聚变装置目前存在阴极熔化和Q值低等问题.[方法]首先分析了产生这些问题的原因,然后提出一种内离子源惯性静电约束聚变技术,以便降低离子在约束过程中的损失,解决阴极熔化问题,同时提高装置内的真空度,以及提高装置的Q值.[结果]最后通过估算的方法定性分析了中子产额的提高,并通过数值仿真模拟计算,模拟了内离子源惯性静电约束聚变装置内的非常复杂的离子运动情况,得到了各向异性的离子运动轨迹.[结论]根据估算和数值模拟计算结果,确证了内离子源惯性静电约束聚变技术的可行性,可以解决阴极熔化和Q值低的问题.

    Q值惯性静电约束聚变中子源内离子源仿真

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    混合式新型聚变电源概念设计

    苏杭李华宋执权徐猛...
    56-64页
    查看更多>>摘要：[目的]近年来,聚变装置装机容量在不断增加,其电源系统需要输出高幅值、长脉冲的功率,对电网造成了极强的功率冲击,严重时会导致电源脱网,严重威胁聚变装置的安全.同时,高幅值脉冲也使电源系统的设计存在大量冗余.[方法]为了解决这两个问题,提出了带储能装置的新型聚变电源拓扑,通过在电源系统中加装储能装置,缓冲脉冲功率对电网的冲击.在电源运行过程中,电网提供稳态功率,储能装置提供脉冲功率,有效降低电源的成本.[结果]根据工业供配电经验,得出了不同拓扑中主要元件的选型计算公式.最终根据仿真数据,对不同电源拓扑的成本展开分析对比.[结论]证明了新型电源不仅可以减小对电网的功率冲击,提高电源系统的能量利用率,也可以降低变压器容量,具有一定的成本优势.

    聚变电源功率冲击储能托卡马克极向场电源

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    托卡马克超导磁体失超电压探测技术

    王腾
    65-74页
    查看更多>>摘要：[目的]全超导托卡马克是稳态运行的基础,而及时、可靠的失超探测是保证超导磁体运行安全的关键所在,享有聚变装置安全的最高等级.[方法]文章综述了聚变磁体失超电压探测的方法原理和实现途径,简要概括了失超探测的研究进展和主要托卡马克装置所采用的失超探测方案,介绍了失超电压探测的基本原理和过程.并以全超导托卡马克实验装置(EAST)为例,分析失超电压探测的干扰来源及耦合机制,提出两级解耦补偿方案,并建立初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制.[结果]实测结果表明,该补偿方案能够实现 99.9%以上的噪声抑制比,有效改善失超探测的信噪比和可靠性.[结论]建立的初级补偿优化分析模型和等离子体耦合干扰动态补偿机制可拓展至其他托卡马克装置,从而为未来聚变堆的失超探测设计和磁体安全运行提供必要积累.

    托卡马克超导磁体失超探测电磁干扰抑制EAST

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    聚变堆包层模块第一壁不同冷却剂传热性能研究

    张豪磊周涛薛春辉刘鹏...
    75-80页
    查看更多>>摘要：[目的]核聚变作为一种清洁、高效的能源,是实现全球可持续发展的未来希望.针对中国氦冷固态增殖剂包层模块的第一壁,基于核热工安全与标准化研究团队提出的 4根冷却剂道的设计方案,计算了氦气、氩气、氮气作为冷却剂的温度场.[方法]选择B.S.Petukhov公式,计算聚变堆包层模块第一壁不同冷却剂的传热性能.[结果]研究表明:氦气、氩气、氮气作为冷却剂,致使Be板和RAFM钢中温度场的变化趋势是相似的;温度场出现的最大温度均小于许用温度,符合温度的安全要求;氮气作为冷却剂可以实现的安全裕度是最大的,氩气次之,氦气实现的安全裕度相较偏小.[结论]可由此对聚变堆实验包层第一壁的冷却剂选择提供更多的优化可能,对聚变堆实验包层第一壁的安全增加更多的裕度.

    核聚变第一壁氦气氩气氮气冷却剂

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    长脉冲高功率负离子源实验平台量热靶研制

    周红霞万银祥周博文余珮炫...
    81-86页
    查看更多>>摘要：[目的]高能、强流、长脉冲中性束负离子源技术是磁约束聚变堆等离子体达到燃烧条件的核心技术之一.为满足长脉冲高功率负离子源实验平台 200 kV/20 A参数下的束诊断需求,研制了用于截获负离子束或中性束、诊断两种束功率密度分布和束发散角以及负离子的中性化效率等性能参数的量热靶.[方法]根据现有的实验平台真空室结构和引出电极尺寸,利用matlab程序获得了该参数下,束发散角为 1°时的负离子束在量热靶前端处的功率密度分布和束斑尺寸,进而设计了V 字形靶板的量热靶物理结构;在此基础上采用Workbench软件对无氧铜V字形靶板结构进行满功率运行状态下的热负荷模拟计算,获得了水流量为 80 m3/h条件下的量热靶长脉冲运行时的温度分布,最高温度为 610℃.[结果]根据模拟计算结果,结合实验平台工程结构和诊断需求,完成了量热靶的工程设计.[结论]量热靶采用磁流体真空密封,实现V字形靶板开合,靶板背面布置了热电偶阵列实时监测靶板温度.量热靶工程结构紧凑,安装尺寸能够兼容离子束流诊断真空室和中性束流诊断真空室,满足诊断需求,能够长脉冲安全运行.

    负离子源中性束量热靶热负荷核聚变

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    面向磁约束聚变装置在强磁环境下磁性元件的失效分析及屏蔽效能研究

    黄亚黄正义
    87-95页
    查看更多>>摘要：[目的]文章旨在探究核聚变装置产生的空间磁场对磁性器件的影响,并深入了解复杂电磁环境下的磁场屏蔽特性.[方法]研究过程中,以核聚变内电源系统中的开关电源和电子变压器为具体研究对象,通过详细分析磁场对损耗的影响以及不同方向磁场下的特性变化,同时深入探讨影响磁场屏蔽效能的关键因素以及不同材料的应用情况,来实现研究目的.[结果]结果表明,强磁场环境下磁性元件的损耗明显增加,且不同方向磁场对元件特性的影响程度不同.通过对比分析不同材料的屏蔽效果,发现具有高导电性和磁导率的材料在屏蔽设计中具有更好的应用前景.此外,优化屏蔽结构能够进一步提高屏蔽效能,降低磁场对磁性元件的影响.[结论]通过系统分析核聚变装置强磁场对磁性元件的影响及屏蔽效能,为设备磁场耐受能力的测试和屏蔽设计的验证提供了关键参考.未来工作将聚焦于进一步优化屏蔽材料和结构设计,以提高磁性元件在强磁场环境下的稳定性和可靠性.

    空间磁场磁场屏蔽磁性元件屏蔽效能聚变

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