等离子体所首台兆瓦级大功率强流离子源取得阶段性进展

2010-12-24 10:01 来源: 中国科学院
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  日前,在EAST中性束注入(NBI)项目全体科研人员的共同努力下,中科院合肥物质科学研究院等离子体所第一台兆瓦级大功率离子源各部件的机械加工难点已经全部攻克,并完成了安装精度要求极高的离子源总装,顺利通过了绝缘测试、真空测试、以及静态高压、低压电源系统整体加载测试,取得了阶段性进展。

  中性束注入加热是托卡马克装置的重要辅助加热手段,强流离子源是其中的关键设备。为了承担国家大科学工程EAST超导托克马克辅助加热中性束注入项目的研制任务,中性束注入研究室按照EAST-NBI辅助加热一期的物理实验规划目标,在三年前就开始了以强流离子源为核心的相关课题研究及攻关。

  等离子体所EAST大功率中性束注入项目的研究,是基于自主研制开发、立足于国内加工制造技术水平来进行的。通过研制强流离子源和大功率中性束注入器的测试台,为EAST-NBI加热装置的顺利研制提供物理设计、工程设计与装置建设,以及实验调试的经验和保障。数年来,通过与包括美国通用原子公司、日本核融合科学研究所、德国马普等离子体物理研究所、日本原子力研究所、俄罗斯核物理研究所,以及核工业西南物理研究院等许多国内外NBI实验室开展合作研究和人才交流,借鉴和吸取了大功率中性束注入装置研制及实验运行经验,这些对于该所中性束注入项目发展、培养年轻人才、攻克技术难关发挥了重要作用。

  兆瓦级强流离子源的研制在国内属于开创性的工作,首当其冲的是其关键部件的精密机械加工制造,特别是离子源电极引出系统的加工尤为困难。它涉及硬质异形深孔钼管的加工工艺、电极支承座小孔径深孔阵列的精密加工工艺、以及离子源栅极的真空钎焊工艺及质量检测方法的研究等,都是必须攻克的难关。

  三年多来,等离子体所在第一台强流离子源的研制和加工过程中,与国内具有先进研发能力和精密加工实力的企业(包括扬州恒星精密机械有限公司、合肥聚能电物理高技术公司、合肥科烨电物理设备制造公司等),以及国内大学、科研院所协作攻关,在广泛调研和不断试验的基础上完成了多项兆瓦级离子源复杂精密部件的加工工艺和制造技术的探索和定型,包括焊料配方、装夹具、真空炉焊接工艺流程、以及质量检测方法等一系列高端基础工艺研究。同时,还完成了离子源源头电源系统、测控与数据传输系统、离子源高压电源系统、高压传输线缓冲器系统等各子系统的研制工作。

  在近期开展的第一台兆瓦级离子源一系列静态综合测试中,离子源内部真空达到了2×10-4Pa量级;内部电极部件通过了1MPa静水压试验;离子源初步经受了真空、高压绝缘、灯丝通电等考验,以及将源头电源、正负高压电源按控制程序全部加在离子源上并维持正常状态;加速电极绝缘最高额定电压达到100kV;高压缓冲器进行了输电缆对地电容测试和吸收能量的性能测试;离子源各电源系统首次对离子源进行了整体静态加载测试,在高压电源输出50kV、脉宽500ms量级下,投入了灯丝电压6V、电流2.2kA,弧电压40V,抑制极电压-4kV、脉宽510ms。

  等离子体所EAST-NBI项目的全体科研人员和研究生,目前正在全力以赴按照NBI测试台工程建设的进度计划开展工作,NBI主真空室内部部件的研制加工正在进行,离子源各电源系统在高压50kV以上整体联调正在准备,测控与数据传输系统正在进一步联调。所有这些工作将为明年开展大功率NBI束线装置整体综合测试,进行强流离子源的引出束实验等奠定坚实的基础。

完成的第一台强流离子源样机

离子源测试现场总控制台

正在准备下一步NBI束线综合测试的中性束实验大厅