穩(wěn)態(tài)中性束注入器束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)研究與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、中性束注入加熱(Neutral Beam Injection，簡稱NBI)加熱是托卡馬克磁約束核聚變實驗裝置上主要的加熱手段。束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是中性束注入器實現(xiàn)束流中性化的核心設(shè)備，它的性能決定了中性束注入器裝置的安全和工作效率。本課題分析了束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)束流傳輸特性，開展了束傳輸系統(tǒng)的物理設(shè)計;應(yīng)用泊松程序、ANSYS等軟件對相關(guān)設(shè)計內(nèi)容進行了電磁特性、熱力學性能仿真研究;根據(jù)仿真分析結(jié)果優(yōu)化了束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計，并對優(yōu)化后的束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)開展了相

2、關(guān)實性能測試和驗研究;針對未來發(fā)展需要，開展電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)物理設(shè)計的預(yù)研工作。
　　首先，分析磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)束傳輸特性，研究了EAST-NBI偏轉(zhuǎn)磁體水冷結(jié)構(gòu)，磁場分布，探究了EAST-NBI偏轉(zhuǎn)磁體工作在穩(wěn)態(tài)情況下可能出現(xiàn)的運行安全問題，開展了完善的偏轉(zhuǎn)磁體物理設(shè)計分析。同時，針對EAST-NBI偏轉(zhuǎn)磁體不能適應(yīng)NBI穩(wěn)態(tài)運行的情況，在不改變原偏轉(zhuǎn)磁體的電磁參數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)的前提下，僅對其水冷結(jié)構(gòu)做了很小的改動。經(jīng)理論計算和實驗測試證明，

3、在現(xiàn)有束能量下，改進后的偏轉(zhuǎn)磁體完全能滿足EAST-NBI穩(wěn)態(tài)運行的需要。
　　其次，應(yīng)用泊松程序、ANSYS等軟件對上述物理設(shè)計所獲得的偏轉(zhuǎn)磁體結(jié)構(gòu)進行了全面的分析和仿真研究。在實際偏轉(zhuǎn)磁體設(shè)計時理論計算和數(shù)值仿真相結(jié)合，反復(fù)改進優(yōu)化設(shè)計方案。這樣一來，一方面節(jié)約設(shè)計制造成本，另一方面為設(shè)計出品質(zhì)優(yōu)良的電磁鐵奠定了堅實的基礎(chǔ)。
　　再次，在物理設(shè)計與仿真分析完善的基礎(chǔ)上，完成了該設(shè)計的偏轉(zhuǎn)磁鐵的研制，開展了磁體性能的全面測

4、試。一方面完成了偏轉(zhuǎn)磁體線圈穩(wěn)態(tài)水冷性能的測試，實驗結(jié)果顯示優(yōu)化后的偏轉(zhuǎn)磁體可滿足EAST-NBI滿參數(shù)穩(wěn)態(tài)運行需要;另一方面開展偏轉(zhuǎn)磁體電磁性能的測試，實驗結(jié)果顯示偏轉(zhuǎn)磁體兩個束通道勵磁系數(shù)一致性較好。
　　最后，針對剩余離子磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點和存在的不足之處進行了多方面的的研究。在理論計算和數(shù)值模擬及實驗測量的基礎(chǔ)上，參照國際上中性束注入器剩余離子電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，給出了EAST-NBI中性束注入器剩余離子電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的設(shè)計方案。經(jīng)過了