EAST-NBI漂移管道系统的设计与优化

摘要

中性束注入(Neutral Beam Injection，NBI)是EAST的高功率辅助加热和电流驱动系统的主要组成部分之一。EAST-NBI漂移管道是NBI系统的关键部件之一，用做EAST和NBI的连接装置及中性束的传输通道，它的合理设计对减少中性束的能量损失，提高中性束的加热效率有着重要的意义。
　　 本文在借鉴国外同类型装置的基础之上，根据EAST-NBI的相关需求，制定了漂移管道系统的设计要求。在漂移管道的设计要求之下，对NBI漂移管道的概念设计进行了分析，指出其结构所存在的不适用之处，并对漂移管道进行结构和功能上的调整，使其更加符合EAST-NBI的实际需求。
　　 基于漂移管道结构的相关调整，对漂移管道内的再电离损失情况进行了分析，在分析结果的基础之上，根据EAST-NBI对中性束再电离损失的要求，对漂移管道的尺寸进行了调整。
　　 根据EAST-NBI的强流、高功率、长脉冲运行的要求，在所改进的漂移管道结构的基础之上，运用Matlab软件对漂移管道内的束功率沉积进行编程模拟计算分析，得到了漂移管道各功能部件内表面的束功率沉积在不同束散角下的分布规律。研究结果表明中性束的能量以及中性束的束流发散角是影响漂移管道内束功率沉积的主要因素。在该模拟结果的基础之上，进一步模拟了在中性束束功率沉积为最大值时漂移管道内表面的束功率密度分布规律，得到了漂移管道内表面的功率密度分布峰值及所在位置。计算结果为漂移管道系统、内部组件以及冷却系统的设计提供了理论依据。
　　 最后为了保证设计的漂移管道结构顺利的实现与EAST和NBI的对接，对漂移管道的安装过程进行了分析研究，确定了漂移管道的基本安装步方案，为实现EAST与NBI的工程对接提供了经验。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 EAST-NBI简介

1．2．1 中性束注入

1．2．2 EAST-NBIS的建设目标

1．2．3 NBI在EAST实验大厅的布局

1．2．4 兆瓦级NBI的组成情况

1．3 本课题来源

1．4 国内外研究现状

1．4．1 中性束注入发展

1．4．2 漂移管道进展

1．5 本课题的意义和内容

1．5．1 课题的意义

1．5．2 课题内容

第二章 设计理论基础及软件工具

2．1 设计要求

2．2 分子碰撞理论

2．3 中性束的再电离

2．4 气体的吸附与脱附

2．5 软件工具

2．5．1 绘图软件SolidWorks

2．5．2 数值模拟软件MATLAB

2．6 小结

第三章 EAST-NBI漂移管道系统的设计及优化

3．1 漂移管道系统分析

3．1．1 漂移管道系统简介

3．1．2 漂移管道系统零部件介绍

3．2 漂移管道系统的优化

3．2．1 漂移管道系统的不合理部位

3．2．2 漂移管道结构改进设计

3．3 漂移管道的尺寸选择

3．3．1 漂移管道内再电离损失研究

3．3．2 漂移管道内径计算值

3．3．3 漂移管道的流导值

3．3．4 A窗口法兰所需空间

3．4 漂移管道焊接

3．5 本章小结

第四章 漂移管道中的功率沉积

4．1 NBI离子源引出系统设计方案

4．2 EAST-NBI束功率分布的解析分析

4．3 EAST-NBI束功率分布计算方法

4．4 漂移管道上束功率沉积的模拟计算

4．4．1 漂移管道束流限制器上的束功率沉积

4．4．2 漂移管道内表面的功率沉积

4．5 本章小结

第五章 EAST-NBI漂移管道系统的安装

5．1 EAST-NBI安装

5．2 漂移管道的安装过程

5．2．1 漂移管道楔焊件与EAST窗口连接

5．2．2 漂移管道与NBI的连接

5．2．3 波纹管组件的安装

5．4 本章小结

第六章 全文总结及工作展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文