为了给HL-2M装置建设一条5 MW中性束加热束线，开展了中性束加热用热阴极弧放电离子源放电室的研制。这条中性束束线包含4套80 kV/45 A/5 s离子源，放电室的设计指标为850 A/5 s。首先采用CST软件中的电磁工作室对特定几何结构的放电室会切磁场进行了模拟计算，得到了会切磁场分布，验证了会切磁场布局的合理性。针对放电室加工工艺和实验过程中局部拉弧等问题，对放电室结构进行了不断改进。放电室侧壁由40列会切磁体改为7圈环形磁体，阴极灯丝结构从灯丝板结构最终改为陶瓷可伐结构，并且在放电室和加速器之间增加了陶瓷屏蔽。在阴极板结构放电室和阴极陶瓷可伐结构放电室内都获得了正常的弧放电。最终定型的放电室采用周边7圈环形会切磁体和陶瓷可伐结构。在定型的放电室内达到了5 MW中性束束线离子源弧放电的指标。弧放电时间接近5 s，最大弧放电电流达到1 000 A。
HL-2M装置 中性束加热 离子源 弧放电室 HL-2M device neutral beam heating ion source arc chamber 强激光与粒子束
2020, 32(4): 046001
为开展磁约束堆芯燃烧等离子体物理实验, 正在建造的HL-2M装置拟建造3条5 MW的中性束注入加热束线。简要概述了HL-2M装置NBI加热系统的总体规划, 第1条5MW-NBI加热束线的设计, 离子源调试实验, 注入器核心部件的安装和测试结果。通过调试, 目前单个离子源引出束流达到36 A, 加速电压75 kV, 离子束功率达到2.4 MW, 脉冲宽度3 s。通过测试发现：注入器的4条离子束汇聚角误差小于±0.1°, 残留离子偏转磁体的磁场测试值与模拟计算值偏差小于±5%, 注入器静态真空值达到1.0×10-3 Pa。注入器采用大型非标低温泵, 低温泵的抽速达到2.40×106 L/s。第1条5MW-NBI加热束线的试装和测试结果表明, 该束线能够满足HL-2M装置NBI加热的技术要求。
NBI加热束线 注入器 离子源 低温泵 NBI heating beam-line injector ion source cryopump 强激光与粒子束
2018, 30(10): 106001
中性束离子源束光学特性直接影响中性束注入功率。通过理论计算和实验扫描的方式对引出束半宽度随导流系数的变化进行了研究。理论上,采用IGUN程序对HL-2A装置的三电极引出加速器进行了束元轨迹模拟,采用束几何光学计算程序对高斯束元进行叠加,得到了在束线量热靶处引出束的1/e半宽度。实验上,在放电气体为氘气,弧放电电流分别为200,300,400 A时,对引出高压进行扫描,利用量热靶上的热偶测量了不同位置处的温升,用高斯函数拟合得到引出束的分布和1/e半宽度。理论计算和实验结果都表明,束半宽随着导流系数的增加先减少后逐渐增加。理论计算结果表明不同离子束流下的最佳导流系数值基本不变,而实验上,弧流为200,300,400 A时,对应的最佳导流系数分别为1.6,1.7,1.85 μP。
中性束加热 束光学特性 导流系数 1/e半宽度 neutral beam heating beam optic characteristics perveance 1/e half-width 强激光与粒子束
2016, 28(5): 054001
在中性束离子源引出过程中,详细分析了引出束流的产生,这有利于得到更准确的引出功率和引出电极表面的热功率沉积情况。根据HL-2A装置中性束离子源引出电极的电连接方式和束流引出的物理过程,对离子源束流引出过程进行了分析,给出抑制极电流产生的主要来源。通过分析放电气压扫描实验中的结果发现：随着放电气压的增加,不同弧放电电流情况下抑制极电流均逐渐增加,且抑制极电流与引出电流的比值近似线性增加。针对引出离子束流经过引出电极的过程建立了物理模型。计算了抑制极电流与引出电流的比值与放电气压的依赖关系,计算结果与实验结果一致,验证了引出束流分析结果的合理性。
中性束离子源 引出电极 引出电流 抑制极电流 放电气压 碰撞截面 neutral beam ion source extraction grids acceleration current deceleration current discharge gas pressure collision cross section 强激光与粒子束
2014, 26(11): 114006
