HL-2A装置NBI高压缓冲器的研究

HL-2A装置NBI高压缓冲器的研究

论文摘要

核聚变因具有原料取之不竭,高效率、无污染等优点,已为世界各国公认为未来的主要能源之一。世界各国发明了各种装置来实现受控热核聚变。为了在大型托卡马克装置HL-2A上进一步提高等离子温度,需要增加一套注入功率为2MW的中性束注入二级加热系统。采用高能中性束注入方法加热等离子体,是一种提高托卡马克离子温度有效的方法,从而被广泛采用。并且是下一代ITER所采用的芯部辅助加热和非感应电流驱动的主要手段之一。本文的工作主要是关于HL-2A托卡马克装置用于中性束注入系统的高压传输线和缓冲器的研制及理论分析。介绍了中性束注入的原理,高压电源,如加速极电源、抑制电源、弧流电源、灯丝电源、和其它辅助电源等,以及各个电源之间的配合和工作时序。根据中性束注入系统的具体情况,对高压平台和传输线进行了研制。高压传输线采用了同轴结构的设计,使其分布电容达到50PF/m。并借助有限元分析软件ANSYS对电源传输线进行建模和求解其电容值。高压平台可以承受60KV高压。针对中性束注入器的加速电极经常被击穿而造成损坏的情况,设计了缓冲器系统来对中性束加速极电极进行保护。在对其不同的设计方案进行分析和比较后,确定缓冲器安装在高压端。对其电感、互感等性能参数用解析法进行了推导和求解。对整个电路借助MatLab软件进行了仿真分析。并采用数值计算方法进行了验证。除此之外,还在建立理想模型的基础上,对缓冲器的作用机理进行了推导和分析。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 引言
  • 1.1 核聚变研究
  • 1.2 核聚变研究前景及现状
  • 1.3 HL-2A 装置托卡马克中性束注入方案概述
  • 1.4 本文工作的意义及研究内容
  • 2 HL-2A 装置中性束供电系统
  • 2.1 中性束供电系统电气连接
  • 2.2 中性束电源时序
  • 2.3 中性束电源设计
  • 2.4 本章小结
  • 3 高压传输线的计算与分析
  • 3.1 NBI 高压传输线的设计要求及方案
  • 3.2 NBI 高压传输线分布电容计算
  • 3.3 传输线的受力及温升分析
  • 3.4 中性束高压支撑平台布置
  • 3.5 本章小结
  • 4 缓冲器设计
  • 4.1 缓冲器的工作原理
  • 4.2 缓冲器铁芯材料的选择
  • 4.3 缓冲器几何尺寸的确定
  • 4.4 偏置线圈与电源设计
  • 4.5 本章小结
  • 5 缓冲器的分析计算
  • 5.1 缓冲器性能参数
  • 5.2 缓冲器的仿真与计算
  • 5.3 缓冲器工作机理分析
  • 5.4 高压短路实验
  • 5.5 HL-2A 中性束注入实验进展
  • 5.6 本章小结
  • 6 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录1 作者在硕士期间发表的论文
  • 附录2 缓冲器电路数值计算程序
  • 相关论文文献

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