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我室在CRAFT NNBI系统中性化器物理设计方面取得进展
2019-10-24 |作者:韦江龙

近期,我室在CRAFT NNBI系统研发方面再获新进展:束线课题组成员在开展CRAFT NNBI系统中性化器的物理设计过程中,建立了CRAFT NNBI系统的束线部分全三维物理模型,利用"angular coefficient"、"Monte Carlo"等方法详细分析了中性化器的气体流动和热负荷特性。相关研究成果发表在核聚变工程权威期刊《Fusion Engineering and Design》上。
中性化器是NBI系统中用于实现离子束中性化的关键部件,CRAFT NNBI系统采用气体中性化器对400keV的负氢离子束进行中性化,要求中性化效率≥50%。对于气体中性化器物理设计最关键的问题是,平衡兼顾"高中性化效率"、"低进气量"和"低热负荷"的要求。其主要表现为多道狭窄束通道有利于气体靶的形成,从而降低进气量的需求,但却增加了直接轰击在通道壁上的束流功率。为此,基于COMSOL软件平台建立了CRAFT NNBI系统的束线部分的三维物理模型。利用"angular coefficient"方法模拟计算不同进气量下,单通道和双通道中性化器的气体密度分布,得到不同束能量的进气量需求。利用"Monte Carlo"方法模拟计算不同束散特性下,中性化器各壁面的功率沉积分布,揭示了中性化器双通道隔板的前端是功率密度最高的部分,为下一步CRAFT NNBI系统中性化器的工程设计提供了详尽、可靠的物理输入。
文章第一作者为合肥工业大学/等离子体所联合培养硕士生张照元,通讯作者为我室的韦江龙博士和合肥工业大学的王国栋副教授。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接:Physical design of the neutralizer for CFETR negative ion based neutral beam injection prototype, Fusion. Eng. Des. 148 (2018) 111316.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920379619308026
不同进气量下的中性化器气体密度分布
典型的中性化器热负荷分布
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