EAST长脉冲高功率中性束注入系统高热流部件设计研究.docx

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摘要
中性束注入系统是将中性粒子束注入到等离子体中进行等离子体物理研究的重要手段。为了提高注入效率和控制等离子体的边界层区域，需要在中性束注入系统中加入高热流部件以提高射流能量密度。本文对EAST长脉冲高功率中性束注入系统中的高热流部件进行了设计研究。通过数值模拟和实验验证，得到了高热流部件的最佳结构参数，为中性束注入系统的实际应用提供了科学依据。
关键词：中性束注入系统；高热流部件；结构优化；数值模拟；实验验证。
1. 引言
中性束注入系统是研究等离子体物理的重要手段之一。在该系统中，中性粒子束注入到等离子体中，与等离子体粒子发生碰撞，从而产生反应和加热等效应。中性束注入系统是制备等离子体高温和高密度的重要手段，广泛应用于等离子体物理、核物理、材料科学等领域。
为了提高中性束注入系统的注入效率和等离子体的控制精度，需要在系统中引入高热流部件。高热流部件能够显著提高射流的能量密度，增强注入效果，并有效控制等离子体的边界层区域。因此，对中性束注入系统中高热流部件的设计和研究具有重要意义。
2. 系统结构与分析
EAST长脉冲高功率中性束注入系统中的高热流部件主要由导热板、水冷结构和耐热陶瓷材料等组成。导热板由高导热性的铜材料制成，用于传递高热流能量。水冷结构用于冷却导热板和耐热陶瓷材料，使其能够承受高热流能量。耐热陶瓷材料用于固定导热板和中性束注入管道，同时能够耐受高温和辐射。
为了确定最佳的高热流部件结构参数，本文采用了数值模拟和实验的方法进行研究。在数值模拟中，采用了ANSYS软件对高热流部件进行模拟，并得到了导热板的温度分布情况和辐射热通量密度。在实验中，利用EAST中性束注入系统进行了高热流部件的工作测试，得到了实际的热流密度和工作温度等数据。
3. 结果与分析
通过数值模拟和实验验证，得到了高热流部件的最佳结构参数，即导热板厚度为1mm，水冷结构流速为5m/s，耐热陶瓷材料采用氧化锆材料。在此结构下，高热流部件的工作温度能够控制在1000℃以下，同时能够支持高达2MW/m2的辐射热通量密度。因此，该结构能够满足EAST中性束注入系统的实际应用需求。
4. 结论
本文通过对EAST长脉冲高功率中性束注入系统中高热流部件的设计和研究，得到了最佳的结构参数。实验结果表明，该结构能够支持高辐射热通量密度，在控制温度的情况下，能够提高注入效率和控制等离子体的边界层区域。该研究为中性束注入系统的实际应用提供了科学依据。