强流离子源高能反向粒子流特性研究
发布时间：2023-05-07 03:13
高能反向粒子流是强流离子源运行过程中不可避免的难题,而未来聚变反应需要更高功率和更长脉宽的中性束,因此高能反向粒子流是强流离子源大功率长脉冲运行的研究重点之一。本论文主要从理论出发,分析了高能反向粒子流产生的物理机制,并基于强流离子源实验平台开展高能反向粒子流的实验研究,基于诊断手段进行了高能反向粒子流的热沉积分布等分析,开展强流离子源反向粒子流的特性研究,继而开展抑制反向粒子流危害的优化方法研究,从而满足强流离子源高功率长脉冲安全稳态运行的目标。根据碰撞理论,基于先进实验托卡马克(EAST)中性束正离子源和中国聚变工程实验堆(CFETR)中性束射频负离子源的结构,分析了高能反向粒子流在离子源束引出系统中产生的物理过程,优化计算模型,分别估算得出正源反向电子流功率约占引出束功率的7.4%,负源反向正离子流约占束流的2.8%。基于热参数和电参数测量,理论结合实验,丰富和完善了反向电子流的诊断方法。使用水流热量计系统,开展了弧室及电极热承载部件的热参数分布研究,定性地研究了反向电子流功率量级及其主要沉积位置。使用抑制极电流作为表征反向电子流的电参数,理论计算了在不同加速电压下,抑制极负高压...
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 磁约束核聚变与中性束注入
1.1.1 能源危机与磁约束核聚变
1.1.2 中性束注入的基本介绍
1.1.3 中性束注入器的各大组成部分
1.2 离子源的发展和挑战
1.2.1 离子源早期发展和类型
1.2.2 EAST-NBI离子源的选型
1.2.3 ITER-NBI离子源的选型
1.3 国内外强流离子源高能反向粒子流的研究现状
1.3.1 日本JT-60离子源相关研究
1.3.2 美国DI-D离子源相关研究
1.3.3 德国IPP离子源的相关研究
1.3.4 法国CEA离子源的相关研究
1.3.5 国内离子源的相关研究
1.4 本文的研究内容和创新点
1.4.1 本文的主要研究内容
1.4.2 本文的创新点
第2章 离子源产生反向粒子流的物理分析
2.1 离子源等离子体的产生和离子束的引出
2.1.1 源等离子体的产生
2.1.2 离子束的引出
2.2 正源产生反向电子流的物理机制
2.2.1 反向电子产生的基本反应过程
2.2.2 第一类反向电子的理论研究
2.2.3 第二类反向电子的理论研究
2.3 负源产生反向正离子流的物理机制
2.3.1 反向正离子产生的基本反应过程
2.3.2 反向离子的理论研究
2.4 本章小结
第3章 正离子源反向电子流的诊断研究
3.1 基于冷却水流热量的反向电子特性分析
3.1.1 原理与方法
3.1.2 实验研究
3.2 基于抑制极电流的反向电子特性分析
3.2.1 一维模型计算
3.2.2 实验设计
3.2.3 实验结果分析
3.3 基于梯度极电流的反向电子特性分析
3.3.1 梯度极结构和作用
3.3.2 数理简析
3.3.3 实验结果分析
3.4 本章小结
第4章 正离子源反向电子流的优化研究
4.1 导流系数对反向电子流的影响分析
4.1.1 束散角、导流系数和束发射面
4.1.2 物理模型分析
4.1.3 实验研究
4.2 等离子体发生器磁场及反向电子沉积模拟分析
4.2.1 物理分析
4.2.2 磁场及沉积模拟
4.3 进气量对反向电子流产额的影响分析
4.3.1 理论分析
4.3.2 实验研究
4.4 本章小结
第5章 负离子源反向离子流的初步研究
5.1 加速器空间真空度对反向离子流的影响
5.1.1 加速器空间真空梯度计算
5.1.2 不同真空梯度下的反向离子产额
5.1.3 不同源气压下的反向离子产额
5.2 背板热电偶热量计对反向离子的表征
5.2.1 设计原理
5.2.2 预结果分析
5.3 溅射探针对反向离子的表征
5.3.1 设计方案
5.3.2 预结果分析
5.4 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3810141
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
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摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 磁约束核聚变与中性束注入
1.1.1 能源危机与磁约束核聚变
1.1.2 中性束注入的基本介绍
1.1.3 中性束注入器的各大组成部分
1.2 离子源的发展和挑战
1.2.1 离子源早期发展和类型
1.2.2 EAST-NBI离子源的选型
1.2.3 ITER-NBI离子源的选型
1.3 国内外强流离子源高能反向粒子流的研究现状
1.3.1 日本JT-60离子源相关研究
1.3.2 美国DI-D离子源相关研究
1.3.3 德国IPP离子源的相关研究
1.3.4 法国CEA离子源的相关研究
1.3.5 国内离子源的相关研究
1.4 本文的研究内容和创新点
1.4.1 本文的主要研究内容
1.4.2 本文的创新点
第2章 离子源产生反向粒子流的物理分析
2.1 离子源等离子体的产生和离子束的引出
2.1.1 源等离子体的产生
2.1.2 离子束的引出
2.2 正源产生反向电子流的物理机制
2.2.1 反向电子产生的基本反应过程
2.2.2 第一类反向电子的理论研究
2.2.3 第二类反向电子的理论研究
2.3 负源产生反向正离子流的物理机制
2.3.1 反向正离子产生的基本反应过程
2.3.2 反向离子的理论研究
2.4 本章小结
第3章 正离子源反向电子流的诊断研究
3.1 基于冷却水流热量的反向电子特性分析
3.1.1 原理与方法
3.1.2 实验研究
3.2 基于抑制极电流的反向电子特性分析
3.2.1 一维模型计算
3.2.2 实验设计
3.2.3 实验结果分析
3.3 基于梯度极电流的反向电子特性分析
3.3.1 梯度极结构和作用
3.3.2 数理简析
3.3.3 实验结果分析
3.4 本章小结
第4章 正离子源反向电子流的优化研究
4.1 导流系数对反向电子流的影响分析
4.1.1 束散角、导流系数和束发射面
4.1.2 物理模型分析
4.1.3 实验研究
4.2 等离子体发生器磁场及反向电子沉积模拟分析
4.2.1 物理分析
4.2.2 磁场及沉积模拟
4.3 进气量对反向电子流产额的影响分析
4.3.1 理论分析
4.3.2 实验研究
4.4 本章小结
第5章 负离子源反向离子流的初步研究
5.1 加速器空间真空度对反向离子流的影响
5.1.1 加速器空间真空梯度计算
5.1.2 不同真空梯度下的反向离子产额
5.1.3 不同源气压下的反向离子产额
5.2 背板热电偶热量计对反向离子的表征
5.2.1 设计原理
5.2.2 预结果分析
5.3 溅射探针对反向离子的表征
5.3.1 设计方案
5.3.2 预结果分析
5.4 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3810141
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