等離子體破裂防護(hù)及

1、ASIPP等離子體破裂防護(hù)及等離子體破裂防護(hù)及快速充氣電磁閥的研究快速充氣電磁閥的研究報(bào)告人：莊會東指導(dǎo)老師（張曉東研究員）開題報(bào)告開題報(bào)告ASIPP主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1、選題目的及意義 2、目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3、課題目前進(jìn)展情況及方案的創(chuàng)新性 4、參考文獻(xiàn) ASIPP破裂防護(hù)的主要流程：- 1、14 PAM(Predict/Avoid/Mitigate) TOKAMAKDiagnosispredictionvalvemitigationavoidanceASIPP選題的目的及意義選題的目的及意義 研究的必要性研究的必要性 1、緩解等離子體放電破裂對裝置的危害 2、目前存在的閥不能滿足破裂防

2、護(hù)的需要 （閥開啟速度快，注氣量大） 等離子體放電破裂的主要危害：等離子體放電破裂的主要危害：1、14 1、破裂時(shí)的局域性的強(qiáng)大的熱負(fù)載 2、產(chǎn)生超能快電子（MeV） 3、電磁負(fù)載(VDE halo currents) 引入雜質(zhì)，影響下次放電的順利進(jìn)行ASIPP破裂防護(hù)的主要措施及其優(yōu)缺點(diǎn) 1、彈丸注入、彈丸注入16,18 優(yōu)點(diǎn)：可以注入到裝置內(nèi)部 缺點(diǎn)：彈丸制作及儲存、沒有全部消溶的彈丸對裝置的危害、不能抑制快電子的產(chǎn)生。 2、高壓氣體注入（、高壓氣體注入（MGI）主要研究方向（noble gas）4,5,6,7,8,9,10,11,12,17,19,20,21(DIII-D, ToreSu

3、pra, AUG, JT-60U) 優(yōu)點(diǎn)：對裝置沒有危害，可以抑制快電子的產(chǎn)生 缺點(diǎn)：據(jù)目前實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氣體很難注入到裝置內(nèi)部 ASIPP 破裂防護(hù)對閥的要求 1、時(shí)間的要求、時(shí)間的要求:破裂預(yù)測的提前時(shí)間量很短，現(xiàn)在做的好的只有幾十個(gè)毫秒，因此，閥的而開啟時(shí)間及氣體到達(dá)裝置的時(shí)間必須小于預(yù)測時(shí)間，充氣才能起到破裂緩解效果。 2、充氣量：、充氣量：抑制快電子雪崩機(jī)制的產(chǎn)生，必須使產(chǎn)生的環(huán)向電場小于臨界電場3，即： cEE 23/ln4mcneEeC)(11)10(1320VmEmnRB其中Rosenbluth no-avalanche density:2210決定充氣量（與選擇的氣體種類不同而不

4、同）總電子密度)(10*521粒子數(shù)150-200mbarl安全問題ASIPP目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2、12、15 目前國外研制的快閥原理圖平面結(jié)構(gòu)圖Forschungszentrum ASIPP主要特征參數(shù)主要特征參數(shù)： 反應(yīng)時(shí)間：0.5ms 總注氣量：2-1000mbar*l 適合氣體：所有氣體 可以在強(qiáng)磁場環(huán)境中運(yùn)行（閥芯材料采用非鐵磁性物質(zhì)非鐵磁性物質(zhì)鋁） 對真空系統(tǒng)及泵系統(tǒng)沒有危害ASIPP13ASIPP對該閥的分析 應(yīng)用AMESIM分析軟件分析影響該閥性能的主要因素 運(yùn)用AMESIM對快閥建立的仿真模型 ASIPP 對該閥的分析 1、閥芯移動距離與閥芯質(zhì)量的關(guān)系（儲氣罐壓強(qiáng)為1bar,

5、 1000v電壓激勵(lì)電磁力） 2、閥芯的移動距離與電磁力的關(guān)系（保持其他條件不變，只改變電磁力大?。?3、快閥出口口徑對流量的影響； 4、氣壓對閥的流量的影響 ASIPP 仿真結(jié)果(1)1、閥芯質(zhì)量為0.2kg2、閥芯質(zhì)量為1kgASIPP仿真結(jié)果(2)1、1000V電壓激勵(lì)2、2000v電壓激勵(lì)A(yù)SIPP 仿真結(jié)果(3) 1、D=40mm2、D=80mmASIPP仿真結(jié)果(4)1、P=1bar2、p=10barASIPP 仿真結(jié)果分析仿真結(jié)果分析 綜合以上分析可以得到：影響快閥的響應(yīng)時(shí)間及流量的主要因此是以下幾個(gè)方面：其一是電磁力，提高電磁力的大小可以影響閥芯的移動距離，增大脈沖電磁力的脈寬

6、可以增大快閥開啟的持續(xù)時(shí)間，因此可以提高快閥的充氣量。其二，閥芯的質(zhì)量對快閥的移動距離有很大的影響，因此為了增大快閥的移動距離，可以減小閥芯的質(zhì)量，其三，快閥的出口口徑對流量的影響很大。其四，工作氣壓越大，出氣量越多。其五，導(dǎo)管的口徑對充氣量的影響很大。ASIPP 課題目前進(jìn)展情況及選題的創(chuàng)新性課題目前進(jìn)展情況及選題的創(chuàng)新性 對閥結(jié)構(gòu)的新的構(gòu)思： 根據(jù)以上分析，閥芯質(zhì)量閥芯質(zhì)量是影響閥的流量的一個(gè)重要因素，雖然可以通過提高激勵(lì)電壓及增大氣壓的方法來提高閥的流量， 但是電壓及氣壓越高，對系統(tǒng)的要求就越高。針對這個(gè)問題，提出了一下設(shè)計(jì)方案： ASIPP 新閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖新閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖ASIPP特

7、性曲線ASIPP 該閥的優(yōu)點(diǎn)分析 其一，閥水平放置使用，把閥芯質(zhì)量對閥的影響轉(zhuǎn)化為摩擦力對閥的影響， 從而減小其影響因子； 其二，把閥的運(yùn)動過程分為三個(gè)過程，采用雙線圈順次激勵(lì)的方式來控制快閥，在不降低閥的反應(yīng)時(shí)間的情況下，通過改變兩次激勵(lì)的時(shí)間差可以在較容易的改變閥的流量。ASIPP電路部分設(shè)計(jì)：電路部分設(shè)計(jì)： 充電回路充電回路：電容器C經(jīng)調(diào)壓器，高壓變壓器，整流器及保護(hù)電阻對其充電。 放電回路：放電回路： 是整個(gè)裝置的核心部分，放電回路由儲能電容器，放電間隙，調(diào)波電阻組成，由觸發(fā)回路送出觸發(fā)接通放電回路，使已充電的電容器C通過放電間隙放電。 測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)：由轉(zhuǎn)換單元（分流器或者洛夫斯基

8、測量線圈），傳輸單元和測量裝置（示波器）組成。ASIPP 下一步工作安排下一步工作安排 1、繼續(xù)進(jìn)行閥門的研制與測試 2、繼續(xù)研究氣體在裝置中的傳輸特性 3、繼續(xù)分析高壓氣體注入來緩解破裂的機(jī)制ASIPP參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1、ITER Physics Basis, Nucl. Fusion 39 (1999), 2137 2、A. Savtchkov et al Fast valve for mitigating disruptions in tokamaks 29th EPS Conference on Plasma Phys. and Contr. Fusion Montreux, 17-

9、21 June 2002 ECA Vol. 26B, P-3.203 (2002) 3、Rosenbluth M.N. and Putvinski S.B.1997 Nucl.Fusion 37 1335 4、G. Pautasso et al mitigation of disruptions with fast impurity puff on ASDEX Upgrade, 29th EPS Conference on Plasma Phys. and Contr. Fusion Montreux, 17-21 June 2002 ECA Vol. 26B, P-3.203 (2002)

10、5、Whyte D. G., Jernigan T. C. et al., Mitigation of Tokamak Disruptions Using High-Pressure Gas Injection, Physical Review Letters, vol. 89 (2002), pp. 055001-1 - 055001-4ASIPP參考文獻(xiàn) 6、Whyte D. G., Jernigan T. C., et al., Disruption Mitigation with High-pressure Noble Gas Injection, Journal of Nuclear

11、 Materials, vol. 313 - 316 (2003), pp. 1239 1246 7、Granetz R, Whyte D. G., et al., Gas Jet Disruption Mitigation Studies at ALCATORC-Mod, Nuclear Fusion, vol. 46 (2006), pp. 1001 1008 8、Whyte D. G., Humphreys D. A., Taylor P. L., Measurement of Plasma Electron Tem-perature and Effective Charge durin

12、g Tokamak Disruptions, Physics of Plasmas, vol.7 (2000), pp. 4052 4056 9、Bakhtiari M., Kawano Y., et al., Fast Plasma Shutdown Scenarios in the JT-60UTokamak Using Intense Mixed Gas Puffing, Nuclear Fusion, vol. 42 (2002), pp. 1197- 1204 10、Bakhtiari M., Tamai H., et al., Study of Plasma Termination

13、 Using High-Z Noble GasPuffing in the JT-60U Tokamak, Nuclear Fusion 45 (2005), pp. 318 - 325ASIPP參考文獻(xiàn) 11、Riccardo V. and JET EFDA contributors, Disruptions and Disruption Mitigation,Plasma Physics and Controlled Fusion, vol. 45 (2003), pp. A269 - A284 12、 Savtchkov A., Finken K. H. et al., Developm

14、ent of a Fast Valve for Mitigating Dis-ruptions in Tokamaks, Review of Scientific Instruments, vol. 73 (2002), pp. 3490 13、 S. Brezinsek plasma-wall interction studies at JET 14、 ITER Physics Basis, Nucl. Fusion 47 （2007), s128-s202 15、Sergey Bozhenkov Analysis of disruptions and theirmitigation usi

15、ng ultra-fast observationsystemsASIPP 參考文獻(xiàn) 16、 Pautasso G., B uchl K., et al., Use of Impurity Pellets to Control Energy Dissipationduring Disruption, Nuclear Fusion, vol. 36 (1996), pp. 1291 1297 17、Taylor P. L., Kellman A. G., et al., Disruption MItigation Studies in DIII-D, Physics ofPlasmas, vol

16、. 6 (1999), pp. 1872 1879 18、Yoshino R., Kondoh T., et al., Fast Plasma Shutdown by Killer Pellets Injection in JT-60U with Reduced Heat Flux on the Divertor Plate and Avoiding Runaway ElectronGeneration, Plasma Physics and Controlled Fusion, vol. 39 (1997), pp. 313 332 19、Martin G., Sourd F., Saint-Laurent F. et al., Disruption Mitigation at Tore-Supra, at 32nd EPS Plasma Physics Conference,Tarragona (2005),/MTCD/Meetings/PDFplus/fusion-20-preprints/EX 10-6Rc.pdfASIPP 參考文獻(xiàn) 20、Savchkov A., Mitigation of Disruptions in a Tokamak by Means of Large Gas In-jection, PhD