磁约束等离子体电子回旋加热技术发展现状

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作者 夏冬辉 卢婧 +1 位作者 陈曦璇 方新宇 《南方能源建设》 2024年第3期14-22,共9页

[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... [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。 展开更多

关键词 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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J-TEXT托卡马克等离子体中非局域效应期间温度涨落的统计分析 被引量：4

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作者 向林 赵开君 +9 位作者 谢耀禹 杨州军 陈志鹏 陈忠勇 高丽 丁永华 张锦钰 杨宇 王能超 梁云峰 《能源研究与管理》 2022年第4期129-136,共8页

非局域热输运现象(NLT)是聚变界未解之谜。迄今为止,并没有恰当的理论模型解释NLT现象,但人们普遍认为NLT现象与湍流有关。采用延迟相关性分析方法及湍流强度长程相关性分析方法,分析了NLT期间由ECE测量的电子温度涨落的特征。结果发现... 非局域热输运现象(NLT)是聚变界未解之谜。迄今为止,并没有恰当的理论模型解释NLT现象,但人们普遍认为NLT现象与湍流有关。采用延迟相关性分析方法及湍流强度长程相关性分析方法,分析了NLT期间由ECE测量的电子温度涨落的特征。结果发现在欧姆放电和ECRH加热等离子体中出现的NLT期间,电子温度涨落强度均具有长程相关性,且电子温度涨落的相对强度在r/a<0.8的区域均降低。重点分析了电子温度涨落的峰度和偏度在欧姆和ECRH等离子体中SMBI前后的变化。发现在欧姆等离子体中SMBI注入后芯部电子温度涨落更远离高斯分布,而在ECRH等离子体中其更接近高斯分布。在欧姆放电和ECRH加热等离子体中,SMBI注入前后,峰度和偏度的显著不同表明NLT的出现与温度涨落的峰度和偏度无关。 展开更多

关键词 托卡马克 磁约束等离子体 非局域热输运现象 电子温度涨落

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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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屏蔽层对双差模线缆回路电磁串扰的影响

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作者 彭宁 杨勇 +2 位作者 张明 饶波 张正卿 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第3期110-119,共10页

屏蔽层在抑制电磁干扰应用中被广泛使用,但目前少有研究聚焦于屏蔽层对独立的功率回路与信号回路构成的双差模回路间电磁串扰的影响。提出了一种基于多导体传输线理论的双差模带屏蔽线缆回路间的串扰分析模型。该方法首先建立了多导体... 屏蔽层在抑制电磁干扰应用中被广泛使用,但目前少有研究聚焦于屏蔽层对独立的功率回路与信号回路构成的双差模回路间电磁串扰的影响。提出了一种基于多导体传输线理论的双差模带屏蔽线缆回路间的串扰分析模型。该方法首先建立了多导体系统单位长度等效电路模型,然后利用有限差分的思想并依据基尔霍夫电压定律和电流定律列写出系统的传输线方程组,最后求解得到串扰结果。将计算结果与CST软件仿真结果进行对比,验证了该模型和计算方法的可行性与有效性。对感性耦合和容性耦合进行单独计算,研究了屏蔽层对线缆间串扰的影响,得到了抑制串扰的方法,可为实际应用中电缆选型以及屏蔽层接地方式的选择提供指导。 展开更多

关键词 多导体系统 传输线理论 双差模回路 屏蔽层 电磁串扰

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双差模非屏蔽线缆回路的电磁串扰研究 被引量：1

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作者 彭宁 杨勇 +2 位作者 张明 饶波 张正卿 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期119-126,共8页

随着电气化的发展,电气与电子系统中的电磁兼容问题越来越被重视,为了消除或抑制电磁耦合的影响,实现设备或元件电磁兼容的工作,有必要对线缆间的串扰进行研究。但目前少有相关研究关注独立的发射回路与接收回路构成的双差模回路间的电... 随着电气化的发展,电气与电子系统中的电磁兼容问题越来越被重视,为了消除或抑制电磁耦合的影响,实现设备或元件电磁兼容的工作,有必要对线缆间的串扰进行研究。但目前少有相关研究关注独立的发射回路与接收回路构成的双差模回路间的电磁串扰问题。提出了一种基于多导体传输线理论的五导体传输线模型,并基于此研究了双差模非屏蔽线缆回路间的串扰问题。该方法根据耦合机理,首先建立单位长度五导体传输线等效模型,然后根据有限差分的方法列写基尔霍夫方程组,最后补充边界条件后求解得到串扰的频域解。将串扰计算结果与CST软件仿真结果进行对比,验证了该模型和计算方法的可行性与有效性,经计算分别研究了感性耦合与容性耦合,分析得到了不同因素对线束间串扰的影响规律,可为实际工程中采取措施抑制线缆间串扰提供指导,体现出该模型的先进性。 展开更多

关键词 传输线理论 五导体 双差模回路 串扰 有限差分法

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J-TEXT托卡马克装置间歇性爆发事件的实验研究 被引量：2

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作者 杨宇 赵开君 +7 位作者 谢耀禹 陈志鹏 陈忠勇 高丽 王能超 丁肖冠 胡莹欣 温思宇 《能源研究与管理》 2024年第1期96-103,共8页

为研究密度对J-TEXT托卡马克边缘湍流及间歇性爆发事件的影响,采用往复式朗缪尔静电探针测量边缘等离子体参数,采用概率分布函数以及条件平均等分析方法,详细比较了不同线积分密度情况下边缘等离子体电子温度、密度、电位和径向电场等... 为研究密度对J-TEXT托卡马克边缘湍流及间歇性爆发事件的影响,采用往复式朗缪尔静电探针测量边缘等离子体参数,采用概率分布函数以及条件平均等分析方法,详细比较了不同线积分密度情况下边缘等离子体电子温度、密度、电位和径向电场等径向分布及涨落特征。结果表明:随着等离子体密度的增加,边缘电子温度降低,在最后闭合磁面附近的E×B剪切流减弱;密度涨落在刮削层(SOL)具有更大的正偏度与峰度,涨落幅度>1.5倍标准差的气泡(blobs)所引起的粒子输运占总输运的占比从25%上升到45%;但blobs爆发的时间间隔不依赖于积分密度,保持在35μs左右。因此,随着密度增加,blobs对边缘输运的影响更大。 展开更多

关键词 托卡马克 BLOBS 径向输运 剪切流 静电探针

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基于负离子的中性束注入器加速极逆变型高压电源控制策略 被引量：5

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作者 张明 周澜 +4 位作者 王姝 马少翔 章雪亮 于克训 潘垣 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期67-73,共7页

ITER中性束注入器加速极需要一套逆变型直流高压电源系统。该电源采用三相三电平(TPTL)直流变换器作为基本单元,通过占空比控制实现对输出电压的快速调节。针对三相三电平直流变换器在小占空比模式下输出电压纹波大的缺点,提出了一种全... ITER中性束注入器加速极需要一套逆变型直流高压电源系统。该电源采用三相三电平(TPTL)直流变换器作为基本单元,通过占空比控制实现对输出电压的快速调节。针对三相三电平直流变换器在小占空比模式下输出电压纹波大的缺点,提出了一种全新的控制策略。该策略通过协调直流母线电压的大小和逆变器占空比的变化对输出电压进行调节。为了验证新的控制策略的性能,搭建了200kV/60A的MATLAB/Simulink仿真模型和400V/6A的原理样机。仿真结果和样机实验结果表明,新的控制策略可以实现逆变型高压电源在输出电压快速可调的情况下降低输出电压纹波。 展开更多

关键词 高压电源 中性束注入器 控制策略 三相三电平直流变换器 占空比控制

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J-TEXT装置上密度对边缘剪切流和湍流的影响

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作者 温思宇 赵开君 +5 位作者 谢耀禹 陈志鹏 陈忠勇 高丽 丁肖冠 胡莹欣 《能源研究与管理》 2025年第1期151-158,172,共9页

湍流非线性驱动的剪切流可以通过剪切抑制湍流及其驱动的输运。为研究密度对J-TEXT装置上边缘剪切流和湍流的影响,采用快速往复朗缪尔探针阵列观测了边缘等离子体参数,利用两点法和联合概率密度函数等方法,详细分析了不同弦积分密度下... 湍流非线性驱动的剪切流可以通过剪切抑制湍流及其驱动的输运。为研究密度对J-TEXT装置上边缘剪切流和湍流的影响,采用快速往复朗缪尔探针阵列观测了边缘等离子体参数,利用两点法和联合概率密度函数等方法,详细分析了不同弦积分密度下剪切层附近的湍流特征。结果表明:随着等离子体密度的增加,边缘电子温度降低,在Δr=-0.25 cm附近的E_(r)×B剪切减弱,湍流极向和径向波数谱的峰值增大,并且峰值径向波数由0.8 cm^(-1)变为1.6 cm^(-1);在剪切层附近,增加等离子体密度可以减弱残余协强和边缘剪切流,以及增强湍流传播;较低密度时,剪切流引起的湍流对称性破缺可以增强残余协强,进而驱动剪切流。研究结果对于理解托卡马克等离子体中的湍流输运和改进约束有所帮助。 展开更多

关键词 剪切流 朗缪尔探针 残余协强 湍流传播

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面向托卡马克破裂预测的实时数据采集系统设计

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作者 张沛龙 叶伟杰 +3 位作者 郑玮 丁永华 王俪晔 杨玉林 《南方能源建设》 2024年第3期96-109,共14页

[目的]等离子破裂是托卡马克核聚变装置运行中的重大威胁。破裂缓解系统可以降低等离子体破裂对装置的危害,其动作时机高度依赖于实时运行的等离子体破裂预测系统对等离子体破裂时刻的预测。基于深度学习的神经网络已被用于训练等离子... [目的]等离子破裂是托卡马克核聚变装置运行中的重大威胁。破裂缓解系统可以降低等离子体破裂对装置的危害,其动作时机高度依赖于实时运行的等离子体破裂预测系统对等离子体破裂时刻的预测。基于深度学习的神经网络已被用于训练等离子体破裂预测模型,其实时运行需要来自多种诊断的大量实时数据。[方法]文中提出一种实时数据采集系统的设计方案。该系统基于模块化结构进行设计,分为多通道采集模块、ADC转换控制和数据读取模块、数据分组与封装模块和数据传输网络模块。数据传输网络模块基于运行在FPGA上的10 G速率的硬件UDP网络协议栈进行构建。该硬件UDP协议栈具有确定性的数据传输过程,使得系统具有很低的传输时延。[结果]该实时数据采集系统的采样率可以达到每通道2 MSa/s,数据吞吐速率超过9.3 Gb/s,数据传输延迟小于10μs。[结论]该实时数据采集系统可以为破裂预测程序提供快速传输的实时诊断数据流。高采样率使得系统可以对辐射、电子温度等1维诊断进行实时传输,提高数据时间分辨率。高数据吞吐率可以提高诊断数据的传输数据量,低数据传输时延可以减少破裂预测模型获取诊断数据的时间。 展开更多

关键词 托卡马克 破裂预测 数据采集 UDP 实时传输

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Tikhonov算法在相干成像辐射率和流速反演中的应用

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作者 李兵利 王天博 +8 位作者 聂林 龙婷 张霄翼 王灏 张晓龙 焦少东 青万钧 田野 潘垣 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2022年第S01期158-163,共6页

介绍了Tikhonov算法对HL-2A装置辐射率反演的应用,在修正了HL-2A装置相机定位造成的视弦偏移等问题后,采用Tikhonov算法获得了J-TEXT装置的辐射率和流速的反演图像。

关键词 Tikhonov算法 正则法反演 HL-2A装置 J-TEXT装置

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J-TEXT托卡马克高速单色成像系统研制

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作者 张巍巍 程芝峰 +3 位作者 张晓龙 焦少东 张霄翼 J-TEXT团队 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期26-32,共7页

在J-TEXT托卡马克上研制了一套高速单色成像系统用于研究等离子体杂质行为与磁流体力学(MHD)不稳定性之间的关系。用STRAH代码模拟估算了碳杂质(CV227.09nm,CIII464.7nm)辐射强度。采用光纤耦合方法设计了系统光路结构,光路覆盖高场侧区... 在J-TEXT托卡马克上研制了一套高速单色成像系统用于研究等离子体杂质行为与磁流体力学(MHD)不稳定性之间的关系。用STRAH代码模拟估算了碳杂质(CV227.09nm,CIII464.7nm)辐射强度。采用光纤耦合方法设计了系统光路结构,光路覆盖高场侧区域0.3a~0.95a(a为小半径),其空间分辨率为1.3cm。选用光电倍增管(PMT)作为系统的探测器,结合跨阻电路与有源滤波器的电路方案,系统实现5×10^(5)V×A^(-1)电流增益,其电路带宽为100k Hz,时间分辨率达到10μs。初步实验结果表明,系统可以监测到J-TEXT中等离子体MHD不稳定性放电中CV分布的变化。 展开更多

关键词 单色成像 杂质辐射 MHD不稳定性 光电倍增管

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