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聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施工程建設取得重要進展
核聚變大科學工程團隊在研發射頻負離子束源方面取得重要進展,實現穩定可重復的百秒量級強流負離子束引出
文章來源: 葉華龍 發布時間: 2020-08-04

  近日,合肥綜合性國家科學中心在建的重點項目——聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施CRAFT項目建設傳來捷報,中科院合肥研究院等離子體物理研究所在自主發展聚變工程技術即研發射頻負離子束源方面取得重要進展,實現了穩定可重復的百秒量級強流負離子束引出。 

  基于射頻負離子束源的中性束注入系統是未來聚變堆的重要子系統,作為一種更加高效的加熱方式,對實現聚變堆點火和燃燒等離子體控制具有重要意義。聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施項目將研發基于射頻負離子束源的中性束注入系統列為必須發展的技術和必須實現的突破。射頻負離子束源是其中最關鍵的核心設備,具有射頻饋入穩定性要求高、束引出面積大、連續運行時間長、負離子產生難且易損失的典型特征,研發射頻負離子束源整套技術是國際主要核聚變研究單位及聚變界共同面臨的挑戰。 

  自聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施開工以來,項目團隊加快推進射頻負離子束源樣機的研制及其性能測試實驗研究。建成了射頻負離子束源樣機,解決了負離子產生和引出中的射頻功率穩定饋入、銫注入系統研制與銫循環動力學控制、磁過濾系統研制與性能驗證等難題,實現了射頻負離子束源穩定可重復的105秒強流負離子束引出,負離子引出束流密度達到153 A/m2,該參數是按照國際通用的利用電流傳感器測量方法獲得的,這也促使我國成為國際上少數掌握該核心技術的國家。 

  依托建設和運行全超導托卡馬克EAST裝置中性束注入系統的十余年經驗和技術積累,項目團隊堅持自主研發,依靠自主創新,突破了射頻負離子束源研制及穩定運行中的挑戰,發展了射頻負離子束源研制和運行的關鍵技術。相關工作也為射頻負離子束源中性束注入系統和聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施的順利建設提供了重要保障,為聚變堆中性束注入系統的設計和研制奠定了良好基礎。

 

CRAFT射頻負離子束源中性束注入系統設計圖

 

  射頻負離子束源樣機

 

105s、153A/m2負離子束引出實驗波形圖

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