基于稳态运行模式影响NBI真空空间粒子分布特性的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)合肥工业大学真空科学技术与装备研究所 作者:陈长琦

  EAST-NBI真空空间粒子分布状态是影响中性束再电离损失的重要因素,是研究EAST- NBI 系统的结构设计和提高加热效率的重要课题。根据EAST- NBI 的工作原理、结构特点以及系统的气源特性,利用Monte- Carlo 方法建立模型,运用Matlab 软件对EAST- NBI 稳态运行模式下真空空间内任意时刻的粒子分布进行编程模拟计算。研究结果表明气源的种类、气体量大小和气体粒子的发射方向是影响EAST- NBI真空空间粒子分布的主要因素,为减小再电离损失、提高加热效率和EAST- NBI 的研制提供理论依据。

  强流、高功率、稳态运行的EAST- NBI 是通过产生高能中性粒子以加热托卡马克等离子体的中性束注入装置。EAST- NBI 既要提供足够的气体靶厚,以获得高中性化效率,又要求满足主真空室内的空间粒子分布特性即EAST- NBI 稳态运行模式下真空压力的要求,以减少再电离损失和提高加热效率。EAST- NBI 真空空间粒子分布是影响中性束再电离损失的重要因素,所以研究EAST- NBI 真空空间粒子分布特性及其影响因素,对减小再电离损失、提高加热效率,具有工程应用价值。

1、影响EAST-NBI 真空空间粒子分布的气源特性分析

  EAST- NBI 系统外部的进气气源主要有两个:离子源头部进气QIonS 和中性化室补充充气QNeu。

1.1、由中性化室出口进入主真空室的气体量

  根据EAST- NBI 的总体设计与基本工作原理,由公式(1)计算中性化室出口进入主真空室的气体量Qno 得:

Qno = QIonS + QNeu - Qion (1)

5、结论

  根据EAST- NBI 的总体设计结构与基本工作原理,对影响EAST- NBI 真空空间粒子分布的气源特性进行了分析计算,得到影响EAST- NBI真空空间粒子分布的各种气源及其气体量大小。气源的种类及气量大小和气体粒子的发射方向对EAST- NBI 真空空间粒子分布的影响较大,气源种类越多、气体量越大,真空空间粒子分布密度越大,再电离损失越大,所需要的低温冷凝泵的抽速也越大。未被中性化的气体粒子发射角度越大,真空室第二、三区域的空间粒子密度越小,再电离损失越小。研究结果为减小再电离损失和提高加热效率以及EAST- NBI 的结构设计提供理论依据。

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