基于遗传算法的磁压缩电源参数设计方法

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作者 叶少华 杨勇 +1 位作者 饶波 张明 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第3期76-86,共11页

磁压缩电源主要用于为压缩磁体供电,以形成压缩场反等离子体所需的磁场位形,是磁压缩系统中的重要组成部分。压缩磁体线圈数量众多,线圈之间耦合关系复杂,导致求解形成目标磁场所需的电源参数非常困难,对电源设计带来一定挑战。提出了... 磁压缩电源主要用于为压缩磁体供电,以形成压缩场反等离子体所需的磁场位形,是磁压缩系统中的重要组成部分。压缩磁体线圈数量众多,线圈之间耦合关系复杂,导致求解形成目标磁场所需的电源参数非常困难,对电源设计带来一定挑战。提出了一种基于遗传算法的磁压缩电源参数设计方法,以提高参数设计效率。根据磁压缩电源工作电路拓扑及线圈之间的耦合关系,推导了磁压缩电源系统的物理模型。在物理模型的基础上,提出了基于遗传算法的磁压缩电源参数设计方法,并阐明了该方法的基本原理。编写了算法代码并建立了MATLAB仿真模型,在理想情况及实际工程两种设计情况下对HFRC磁压缩系统电源参数进行了优化设计,得到了优化磁场与目标磁场位形基本一致的结果。同时建立了MAXWELL仿真模型对比分析,两种模型的输出结果吻合度很高,验证了该方法在电源设计时的有效性和准确性。 展开更多

关键词 场反等离子体 磁压缩电源 电源设计 耦合模型 遗传算法

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磁约束聚变方案中的磁镜、场反及偶极场位形研究进展

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作者 肖池阶 徐田超 +3 位作者 吴明阳 何任川 张祖煜 袁瑞鑫 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期308-319,共12页

随着高温超导技术的日趋成熟,中小型磁约束装置的优势日渐明显。与大型托卡马克相比,偶极场、场反位形和磁镜等装置的结构相对简单,建造和维护成本较低,且更易实现能维持高等离子体压强的磁场位形,这意味着在低磁场下能实现更好的等离... 随着高温超导技术的日趋成熟,中小型磁约束装置的优势日渐明显。与大型托卡马克相比,偶极场、场反位形和磁镜等装置的结构相对简单,建造和维护成本较低,且更易实现能维持高等离子体压强的磁场位形,这意味着在低磁场下能实现更好的等离子体约束。此外,这些装置在物理原理上具有各自独特的优势,如磁镜装置具有开放的磁场位形和相对简单的结构设计,能支持灵活多样的实验并保持相对稳态运行;场反位形(FRC)装置的极高β值(β为等离子体压强与磁压之比)使得基于FRC的聚变装置在工程上更可行;偶极场装置因其类似地球磁场位形,具有天然良好的磁流体稳定性,有助于维持等离子体的约束。本文重点介绍了磁约束聚变方案中的磁镜、场反位形及偶极场的研究历史、技术进展和未来发展方向,阐述了这3类装置在聚变能研究中的重要性及面临的挑战。此类装置的小型化和经济性也使其在商业化方面更具潜力,能更灵活地进行技术调整和技术创新融合,吸引更多商业资本投入,加速聚变能的实现。 展开更多

关键词 磁约束核聚变 磁镜 场反位形 偶极场位形

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微型光谱仪平场全息凹面光栅的优化设计 被引量：6

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作者 程梁 陈燕平 +2 位作者 朱若波 叶子 余飞鸿 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期312-316,共5页

研究了应用于微型光谱仪的平场全息凹面光栅的设计方法,提出了全局优化和反向优化的设计思想.利用全局优化算法求解了用于设计平场全息凹面光栅的非线性方程组,可以通过调整某些像差项的优化权重,快速有效地完成设计;同时利用反向优化... 研究了应用于微型光谱仪的平场全息凹面光栅的设计方法,提出了全局优化和反向优化的设计思想.利用全局优化算法求解了用于设计平场全息凹面光栅的非线性方程组,可以通过调整某些像差项的优化权重,快速有效地完成设计;同时利用反向优化算法对设计的中间结果进行工作位置的微量调节,进一步提高了光栅的光学性能,并阐述了平场全息凹面光栅可以具有多工作位置的原因.以遗传算法为例实现了上述优化思想,并基于TCD1304AP线阵CCD探测器,设计了适用于工作波长为380-780 nm的微型光谱仪系统的平场全息凹面光栅.实际系统经测试得到了良好的成像效果,光谱分辨率可达0.8 nm（50μm狭缝）. 展开更多

关键词 平场全息凹面光栅 微型光谱仪 多工作位置 反向优化 遗传算法

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基于箍缩装置的高能量密度物理实验研究进展 被引量：5

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作者 黄显宾 徐强 +14 位作者 王昆仑 任晓东 周少彤 张思群 蔡红春 王贵林 张朝辉 贾月松 孙奇志 刘盼 袁建强 李洪涛 王勐 谢卫平 邓建军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期61-76,共16页

基于脉冲功率技术的箍缩装置能够在cm空间尺度和百ns时间尺度产生极端的高温、高压、高密度以及强辐射环境。中物院流体物理研究所在已建成的10 MA级的大型箍缩装置上开展多种负载构型的高能量密度物理实验研究。利用Z箍缩动态黑腔创造... 基于脉冲功率技术的箍缩装置能够在cm空间尺度和百ns时间尺度产生极端的高温、高压、高密度以及强辐射环境。中物院流体物理研究所在已建成的10 MA级的大型箍缩装置上开展多种负载构型的高能量密度物理实验研究。利用Z箍缩动态黑腔创造出了惯性约束聚变研究所需的高温辐射场;研究了金属箔套筒和固体套筒的内爆动力学特性;利用中低Z材料内爆获得了可观的K壳层线辐射并用于X射线热-力学效应实验研究;磁驱动准等熵加载和冲击加载为材料动态特性研究提供了新的实验能力;采用环形二极管和反射三极管技术的轫致辐射源获得了高剂量(率)的X射线和γ射线;利用磁驱动的径向金属箔模拟了天体物理中恒星射流的形成及其辐射的产生。此外,还介绍了利用反场构型磁化靶聚变装置开展的预加热磁化等离子体靶形成等实验结果。 展开更多

关键词 脉冲功率 高能量密度物理 Z箍缩 惯性约束聚变 材料动力学特性 反场构型

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“荧光-1”装置上反场构形的优化设计 被引量：4

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作者 李璐璐 张华 杨显俊 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期215-218,共4页

相较于传统的惯性约束聚变及磁约束聚变,磁化靶聚变技术可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径。针对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的"荧光-1"实验装置,利用二维磁流体力学模拟程序MPF-2D,从理论上详细分析了各实... 相较于传统的惯性约束聚变及磁约束聚变,磁化靶聚变技术可能是一种实现纯聚变更低廉更有效的途径。针对中国工程物理研究院流体物理研究所设计的"荧光-1"实验装置,利用二维磁流体力学模拟程序MPF-2D,从理论上详细分析了各实验输入参数(如初始磁场、初始密度、主磁场等)对该装置上反场构形性质的影响。为即将进行的实验推荐了三组实验输入参数:初始磁场0.3T,初始密度7×1015 cm-3,磁镜场-2.0^-1.0T,主磁场-4.0^-3.0T。 展开更多

关键词 磁化靶聚变 反场构形 二维磁流体力学

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反场构形磁化等离子体的一种解析平衡模型 被引量：2

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作者 贾月松 孙奇志 谢卫平 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期923-928,共6页

反场构形(FRC)预加热磁化等离子体是磁化靶聚变(MTF)中等离子体靶的主要形成方法之一。为了从物理机理及物理本质上更好地理解反场构形磁化等离子体的平衡状态,依据FRC等离子体的经典刚性转子(RR)模型,通过对平衡状态的解析求解,获得了... 反场构形(FRC)预加热磁化等离子体是磁化靶聚变(MTF)中等离子体靶的主要形成方法之一。为了从物理机理及物理本质上更好地理解反场构形磁化等离子体的平衡状态,依据FRC等离子体的经典刚性转子(RR)模型,通过对平衡状态的解析求解,获得了等离子体各主要参数在平衡状态下的分布函数,并与标准二维磁流体力学(MHD)的数值模拟结果进行对比分析,在此基础上讨论了RR模型参数对平衡状态分布函数的影响。结果表明,在FRC等离子体分界线内部,RR解析模型可以较好地描述等离子体状态分布。 展开更多

关键词 反场构形 磁化靶聚变 等离子体平衡 刚性转子 磁流体

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夹断开关对“荧光-1”实验装置电流特性的影响 被引量：1

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作者 方东凡 秦卫东 +4 位作者 孙奇志 刘伟 贾月松 刘正芬 赵小明 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期109-116,共8页

主要探讨了夹断开关对"荧光-1"实验装置输出电流特性的影响,利用Pspice软件对其在装置中起到的作用进行功能建模并分析其参数影响,同时开展初步调试实验并分析多组夹断开关导通性能及其同步性对负载电流的影响。仿真与实验结... 主要探讨了夹断开关对"荧光-1"实验装置输出电流特性的影响,利用Pspice软件对其在装置中起到的作用进行功能建模并分析其参数影响,同时开展初步调试实验并分析多组夹断开关导通性能及其同步性对负载电流的影响。仿真与实验结果表明:夹断开关可有效改善负载电流脉宽,可使脉宽从原有3μs展宽至100μs,其导通电阻与电感参数均能明显影响电流幅值与脉宽。由实验波形结合仿真可知,夹断开关实际导通电阻约4mΩ,两支路耦合电感分别约为60,125nH,调试结果验证了夹断开关功能建模的正确性及其对脉宽展宽的有效性。 展开更多

关键词 分时放电 反场构形 夹断开关 磁化靶聚变

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“荧光-1”实验装置研制与调试 被引量：1

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作者 方东凡 孙奇志 +8 位作者 贾月松 刘伟 秦卫东 田青 韩文辉 池原 刘正芬 李军 赵小明 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期110-118,共9页

"荧光-1"是一套分时放电的大电流脉冲功率实验装置,主要用于反场构形预加热磁化等离子体靶(FRC)形成的物理过程、高温高密度磁化等离子体约束特性等研究,未来可作为磁化靶聚变研究的等离子体注入器。主要介绍该实验装置的构... "荧光-1"是一套分时放电的大电流脉冲功率实验装置,主要用于反场构形预加热磁化等离子体靶(FRC)形成的物理过程、高温高密度磁化等离子体约束特性等研究,未来可作为磁化靶聚变研究的等离子体注入器。主要介绍该实验装置的构成及其调试实验结果,并简要描述在该装置上开展的FRC等离子体靶初步物理实验进展。调试实验结果表明,"荧光-1"实验装置初始磁场、磁镜、气体电离、θ箍缩分系统的放电电流/磁场或感应电场可分别达到110kA/0.3T,10kA/1.2T,400kA/0.25kV/cm,1.7 MA/3.4T。初步物理实验获得的FRC等离子体靶参数为:靶分界面半径约4cm、等离子体密度3.5×1016 cm-3、等离子体温度约200eV、靶寿命约3μs,同时清晰地观察到了FRC靶形成物理过程。分幅相机获取图像与二维磁流体程序计算图像基本吻合,验证了该装置的物理设计思路,也展示了该装置具备的物理实验能力。 展开更多

关键词 脉冲功率 反场构形 磁化等离子体 磁化靶聚变

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基于场反位形的磁约束氘氘脉冲聚变中子源方案设计 被引量：1

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作者 潘垣 王之江 +6 位作者 武松涛 张明 陈志鹏 饶波 朱平 杨勇 丁永华 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2022年第3期205-213,共9页

聚变中子源可以真实反映材料在聚变中子辐照下的特性变化,对于开展聚变堆材料测试具有重要意义。基于加速器打靶原理的国际聚变材料辐照装置(IFMIF)与理想聚变中子源在聚变中子能谱等方面仍有一定差异,因此需对聚变中子源方案进行新的... 聚变中子源可以真实反映材料在聚变中子辐照下的特性变化,对于开展聚变堆材料测试具有重要意义。基于加速器打靶原理的国际聚变材料辐照装置(IFMIF)与理想聚变中子源在聚变中子能谱等方面仍有一定差异,因此需对聚变中子源方案进行新的思索。本文围绕磁约束聚变中子源开展了磁场位形、加热方案设计与相关计算,分析了场反等离子体在两级级联磁压缩后的等离子体温度、密度演化过程及相应的中子产额,并研究了考虑双流体效应与有限拉莫尔半径效应后场反等离子体倾斜模、旋转模等磁流体不稳定性的抑制情况,最终给出了氘氘脉冲聚变中子源的关键物理参数。研究结果表明,该中子源有望获得年均2 MW/m2以上的高通量密度的聚变中子,能够满足商业聚变示范堆材料测试要求;经功率估算显示,基于场反位形进行两级级联磁压缩的新型聚变中子源方案还具备成为氘氘脉冲聚变能源的应用前景。 展开更多

关键词 聚变中子源 场反等离子体 磁压缩 氘氘反应

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矩形截面的反场箍缩

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作者 张鹏 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 1989年第1期37-40,共4页

在环形几何矩形截面条件下,给出了无力场方程的解析解。反场出现临界值随1/α增加,欧姆电流亦随1/α值增加。

关键词 矩形截面 反场箍缩 平衡位形

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沿极小势能轨迹从q>1至q<1位形演变

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作者 张鹏 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 1992年第2期81-87,共7页

本文给出了沿极小势能轨迹从类托卡马克至反场箍缩(RFP)的演变。在反场箍缩条件下可允许用强等离子体电流充分加热等离子体到点火温度,而不需要辅助的中性束或射频加热系统。

关键词 位形演变 类托卡马克 反场箍缩

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无电极洛伦兹力推力器技术发展研究 被引量：1

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作者 李忠林 周成 +2 位作者 张越 夏广庆 孙斌 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2021年第4期31-40,共10页

近年来,为了适应深空探测、载人航天、航天器在轨服务等空间任务的需求,大推力、高比冲、长寿命、高推力密度的高功率电推进技术吸引了众多学者的持续关注.相比于其他类型的高功率电推进技术,无电极洛伦兹力推力器(ELF)在推力密度、推... 近年来,为了适应深空探测、载人航天、航天器在轨服务等空间任务的需求,大推力、高比冲、长寿命、高推力密度的高功率电推进技术吸引了众多学者的持续关注.相比于其他类型的高功率电推进技术,无电极洛伦兹力推力器(ELF)在推力密度、推重比等指标上具有明显优势,且从原理上克服了电极烧蚀对高功率电推力器寿命的制约,具有广阔的应用前景.本文针对国内外高功率电推进设备的研究现状,对比ELF推力器研制过程技术途径的异同,详细介绍其各部组件的发展概况,分析研究过程中遇到的问题,提出未来ELF推力器的重点研究方向. 展开更多

关键词 高功率电推进 场反构型等离子体 无电极洛伦兹力推力器 旋转磁场

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场反构型无电极洛伦兹力推力器研究进展

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作者 石峰 史鑫 +1 位作者 康鹏涛 张贺龙 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期913-924,共12页

场反构型洛伦兹力推力器利用旋转磁场驱动等离子体产生场反构型等离子体团(Filed Reversed Configuration-FRC),并利用洛伦兹力将其加速产生推力。由于该推力器不使用栅极加速,故不存在栅极溅射问题,大大延长推力器工作寿命。该技术借... 场反构型洛伦兹力推力器利用旋转磁场驱动等离子体产生场反构型等离子体团(Filed Reversed Configuration-FRC),并利用洛伦兹力将其加速产生推力。由于该推力器不使用栅极加速,故不存在栅极溅射问题,大大延长推力器工作寿命。该技术借鉴自磁约束核聚变技术,推力密度大、功率扩展性好(MW级),在未来的深空探测和星际航行中具有广泛的应用前景。文章对场反构型洛伦兹力推力器发展现状进行了综述,并对工作原理、计算模型和技术瓶颈问题作了介绍,为中国等离子体推力器技术发展提供参考。 展开更多

关键词 等离子体 场反构型(frc) 无电极洛伦兹力推力器(ELF) 旋转磁场(RMF)

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