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真空与低温
真空与低温

李得天

季刊

1006-7086

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真空与低温/Journal Vacuum and Cryogenics北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊着重反映真空与低温这两门学科在现代科学技术中的应用和发展。
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    面向EAST装置长脉冲高参数等离子体运行的真空系统性能提升

    左桂忠元京升庄会东余耀伟...
    229-237页
    查看更多>>摘要：托卡马克核聚变装置真空系统为等离子体放电真空腔室提供良好的真空环境、洁净器壁、实时燃料注入及粒子排出等条件,直接影响高温等离子体的品质.真空系统作为EAST装置的重要组成部分,包括真空抽气系统、等离子体加料系统、壁处理系统以及测量与控制系统.针对EAST装置长脉冲高参数等离子放电的需求,对真空系统进行了一系列的升级改造,包括增加外置低温泵数量、研发大抽速及大容量低温泵、提高加料系统可靠性、增加偏滤器超声分子束注入系统、提高离子回旋射频放电功率>50 kW等.通过这些改造,增加了泵的抽气能力及加料系统的加料能力,提高了器壁的清洗效果,使等离子体放电真空室压力达到约 1.5×10-6 Pa.真空系统的成功升级,促进了EAST装置,如>400 s高约束模(H模)、1056s长脉冲等离子体等多项创世界纪录成果的获得,为未来ITER及聚变堆真空系统的设计与运行提供了重要的参考.

    抽气壁处理加料真空系统等离子体

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    EAST装置上差分抽气测量系统的设计

    潘浩黄明赵胜波庄会东...
    238-242页
    查看更多>>摘要：在托卡马克装置运行过程中,装置内壁吸附的杂质粒子会释放到内真空室,影响等离子体的平稳运行.因此需要在放电前对装置进行壁处理清洗.设计了差分抽气测量系统,可以在保持内真空室气体比例不变的前提下降低压力,实现四极质谱仪的正常工作,检测壁处理清洗期间的气体成分.整个设计过程围绕关键部件小流导法兰的流导设计展开,采用粒子平衡法计算得出小流导法兰的设计参数.可以在分子流流态下将待测腔室的气压从10 Pa降低至约0.01 Pa.设计结果为类似高压力条件下气体成分监测设备的设计提供参考.

    壁处理残气分析EAST

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    EAST装置中新型吸附剂泵(NEG)抽速标定研究

    王超余耀伟孙浩曹斌...
    243-247页
    查看更多>>摘要：粒子排出是控制燃料粒子再循环、提升等离子体性能的关键因素之一.因此研究了新型吸附剂泵(NEG)在粒子排出技术中的潜在应用.NEG泵基于ZAO新型合金材料制成,对氢及其同位素抽速大、容量高,安装、运行、维护简单,兼容等离子体环境,适用于偏滤器区域的超高热流和复杂的空间结构.在EAST托卡马克装置安装 4套HV800模组,开展了定期的抽速标定、再生研究以评估其周期性能变化.EAST真空室壁表面积较大,金属壁放气、杂质气体影响NEG泵抽速计算.通过计算EAST整体漏放率与氢及其同位素放气率,利用计算机模拟抽气过程,提出了一种用于修正NEG泵抽速的方法.研究结果表明在偏滤器区域工作压力下,对氘平均抽速可达1 200 L/s.

    NEG泵真空抽气系统抽气速率标定

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    EAST装置等离子体放电真空室抽气系统抽速标定及应用

    黄明元京升左桂忠曹斌...
    248-254页
    查看更多>>摘要：真空系统是聚变装置的重要组成部分,EAST真空系统包括等离子体放电真空室和低温超导真空室.等离子体放电真空室又称内真空室.内真空室抽气系统直接影响装置的粒子排出,关系到高参数等离子体放电获得.EAST装置升级改造后的内真空室抽气系统主要包括主抽管道抽气子系统、偏滤器抽气子系统和低杂波加热系统抽气子系统,整个抽气系统使用了6台分子泵、14台外置低温泵和2套内置低温泵.采用粒子平衡的方法,对内真空室抽气系统各子系统进行了抽速标定.实验结果表明,最佳抽气性能区间在 5×10-4～5×10-3 Pa,并且随着真空室压力增大或者减小,各子系统的抽气速率均下降.对比改进前后的内真空室抽气系统的总抽速,改进后的最大抽速可达 170 m3/s,总体抽气速率提升 20%左右.在百秒量级等离子放电参数下,利用标定的抽气速率数据初步评估了燃料粒子的滞留情况.本研究为等离子体放电的壁滞留与再循环控制以及其他相关物理实验开展提供了数据支持.

    真空抽气系统抽气速率标定燃料粒子滞留EAST

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    EAST装置等离子体放电真空室真空泄漏研究

    张煜轩陈跃王雅婷元京升...
    255-261页
    查看更多>>摘要：真空系统是EAST全超导托卡马克装置安全稳定运行的基础保障系统,真空泄漏会影响等离子体放电并对真空设备造成严重的损坏.随着EAST逐步地升级与改造,真空系统变得更加复杂,同时设备逐渐老化,导致泄漏的风险逐年增大.介绍了EAST内真空抽气系统、真空测量站及漏率实时监测系统.根据真空室压力变化数据,采用静态升压法分析了内真空室漏放率,计算出内真空室在等离子体放电前整体漏放率约为2.2×10-4 Pa·m3/s.基于历年发生泄漏故障时的压力和残气成分数据,对EAST装置内真空室在不同运行阶段的不同类型泄漏进行了分析.研究发现,发生的泄漏位置不同、泄漏介质不同、器壁条件不同,在残气成分特征上表现差异较大.根据泄漏的特点,采取了不同的泄漏处理方式.研究结果可为及时准确地判断和处理EAST及未来聚变堆真空室的泄漏提供参考.

    EAST真空泄漏残气分析

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    聚变装置真空系统远程泄漏检测方法研究

    毕海林付堃如程春鹏訾鹏飞...
    262-267页
    查看更多>>摘要：磁约束核聚变装置真空室具有体积较大,法兰连接和焊接结构多,内部水冷管道较长等特点.在热应力、电磁力以及中子辐照的共同作用下,真空室存在较大的泄漏风险.未来的托卡马克装置将涉及氚运行工况,考虑到核辐射对人体的影响,传统的真空室泄漏检测方法在氚运行工况下已不再适用.提出了基于真空羽流效应的托卡马克真空室内部泄漏检测方法和基于分子屏差分作用的托卡马克管道泄漏检测方法,分别用于托卡马克真空室内部水冷管道泄漏和外部窗口管道泄漏的检测和定位.实验结果表明,二者能够准确地检测出真空室内部水冷管道发生的泄漏和真空室连接的外部窗口管道发生的泄漏,并可以实现较为精确的定位,为未来涉及氚运行工况的托卡马克装置的检漏提供了新的方案.

    托卡马克真空检漏真空羽流分子屏

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    瞬态载荷作用下氦透平转子的时域响应分析

    樊程飞陈世雄张启勇代承昊...
    268-273页
    查看更多>>摘要：采用有限元法研究瞬态冲击下转子动力特性的时域响应,研究核聚变装置在实验过程中产生的交流损耗给氦透平膨胀机带来的冲击问题.同时研究了轴承刚度、阻尼和轴承间距等因素对转子的振动位移以及自我调节能力的影响.研究结果表明:瞬态冲击造成转子轨迹紊乱,扩大轴心运动范围,转子的最大振幅与载荷呈线性关系;增大刚度可有效减小转子的最大振幅;增大轴承的刚度、阻尼和跨距有利于提高转子自我调节能力,使其快速回到稳定状态.

    氦透平膨胀机瞬态载荷转子振动

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    锯齿型翅片内不同温区氦气流动与传热性能对比及节距对翅片性能影响的研究

    邹中宇张启勇朱志刚杨鹏程...
    274-281页
    查看更多>>摘要：为分析板翅式换热器在低温工况下的流动换热性能与常温工况下的差异和翅片节距对其性能影响,建立氦气在锯齿翅片通道内流动与传热的数值模型,开展数值模拟分析.结果表明:低温氦气在锯齿型翅片通道内的传热性能优于常温氦气.在氦气入口温度为 20 K时,j因子比 300 K时提升 1.1%～55.9%,比 77 K时提升0.41%～13.01%;在氦气入口温度为 77 K时,j因子比 300 K时提升 0.53%～38.47%.低温氦气在锯齿型翅片通道内的流动性能比常温氦气差.在氦气入口温度为 20 K时,f因子比 300 K时高 16.84%～28.87%,比 77 K时高3.98%～23.19%.翅片节距大小在不同温区下对翅片流动与传热性能均有显著影响.在不同温区下,j因子随着翅片节距增大而减小,f因子随着翅片节距减小而增大.低雷诺数时,JF因子随着翅片节距减小而增大,而高雷诺数时则出现相反的趋势.

    锯齿型翅片流动与传热性能数值模拟氦低温系统板翅式换热器

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    200W@4.5K氦制冷机自动控制系统的设计与实现

    袁恺周芷伟张启勇余强...
    282-289页
    查看更多>>摘要：聚变技术综合研究设施(CRAFT)低温系统计划建造 4座氦制冷机,200 W@4.5 K氦制冷机作为其中之一将用于为超导材料性能研究平台提供测试条件.通过对工艺流程的分析,明确了 200 W@4.5 K氦制冷机液化模式的控制流程.基于CODAC进行了氦制冷机控制系统的设计与开发,阐述了具体的网络架构和软件设计,以及液化模式下的压缩机自动控制流程和控制回路的设计与实现.运行结果表明,所设计的自动控制程序能够有效完成压缩机启动过程中的增载和压力控制.

    氦制冷机PLC控制系统CODAC自动控制

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    1.8K超流氦系统中常温减压泵机组的控制与调试

    贺圆周芷伟席冠玉杨鹏程...
    290-294页
    查看更多>>摘要：核聚变领域和高能物理等领域内的大型科学装置的迅猛发展,促进了 1.8 K/2 K超流氦系统的进步和广泛应用.作为获取超流氦的常用方法,介绍了 1.8 K超流氦系统中常温减压泵机组的工艺流程、结构、设计参数、自动控制流程、远程监控的设计以及启动停机过程的性能测试验证.通过常温减压泵机组的逐步减压控制,快速且稳定地获取了1.8 K超流氦,泵组各实测参数均达到或优于设计参数.

    超流氦系统常温减压泵自动控制流程减压控制

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