最新刊期
      2024 年 第 47 卷 第 5 期

        受控核聚变工程技术专刊

      • “在托卡马克装置辅助加热领域，中国环流三号拟安装6 MW ICRF加热系统。研究显示，ICRF频率和功率对聚变中子产额有显著影响，30 MHz的ICRF对中子产额增加最显著。中子相机能有效测量ICRF加热导致的中子产额变化，为优化中子相机诊断系统设计提供参考。”
        杨冠铭,郝广周,卢凌峰,董冠岐,郝保龙,王硕
        2024, 47(5): 050001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050001
        摘要：离子回旋射频（Ion Cyclotron Range of Frequencies，ICRF）波加热是托卡马克装置上至关重要的辅助加热方式之一。托卡马克装置中国环流三号（HL-3，原名HL-2M）拟安装加热功率为6 MW的ICRF加热系统。本工作利用TRANSP程序，模拟并研究了ICRF加热的频率和功率对聚变中子产额以及快离子分布的影响。研究结果表明：ICRF的频率和功率对中子产额有显著影响，固定ICRF频率时，中子产额与加热功率成正比关系，而在固定ICRF加热功率的情况下，中子产额的增加幅度显著依赖ICRF的频率，在研究参数范围内，30 MHz的ICRF对中子产额的增加具有最显著的增强作用。快离子分布的模拟结果显示，在考虑ICRF加热后，中性束和ICRF的协同加热机制能够将快离子加热至最高1 MeV，有效地提高了中子产额。此外，基于中子相机诊断的概念对中子信号进行了仿真。结果表明，中子相机能够有效地测量到由ICRF加热导致的中子产额高低和分布剖面的变化，这为将来优化中子相机诊断系统设计和测量中子空间分布提供了一定的参考。  
        关键词：离子回旋波;聚变中子;快离子;HL-3装置   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在磁约束聚变领域，我国HL-2M托卡马克装置实现1MA高参数运行，采用GTC程序研究其内部输运垒湍流输运，发现ITB湍流输运呈现两次连续饱和过程，为聚变等离子体约束提供新见解。”
        肖政耀,李新霞,王森
        2024, 47(5): 050002. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050002
        摘要：HL-2M托卡马克是我国新一代磁约束聚变等离子体装置，目前已经实现了等离子体电流1 MA的高参数运行模式。本文采用回旋动理学GTC（Gyrokinetic Toroidal Code）程序，研究了具有双输运垒结构的先进运行模式下该装置内部输运垒（Internal Transport Barrier，ITB）的湍流输运。研究结果表明：ITB湍流输运呈现两次连续饱和过程，计算获得的平均离子热扩散系数约为首次饱和水平的两倍。对湍流发展的极向谱和线性色散关系的研究表明，第一次饱和湍流输运由波长kθ ρi~2.15的短波模式主导，而第二次饱和以kθ ρi~0.49的长波模式主导；同时，体系湍流的能量由短波模式反向级联到长波模式，湍流饱和阶段径向热扩散系数在输运垒位置处呈现“M”形分布。考虑等离子体带状流结构，数值模拟结果表明：该运行模式下带状流对湍流输运饱和水平没有明显的影响。此外，输运垒等离子体温度和密度梯度最大处对应的湍流饱和期的径向离子热扩散系数最低，极大地增强了对等离子体的约束。  
        关键词：托卡马克;HL-2M装置;GTC湍流模拟;微观不稳定性   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在托卡马克中，快电子损失行为研究取得进展，模拟揭示了闪烁体探头发光特性，为理解EAST实验中快电子损失信号提供基础。”
        王克文,黄娟,常加峰,周瑞杰
        2024, 47(5): 050003. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050003
        摘要：在托卡马克中，快电子一旦脱离托卡马克磁场约束而损失在真空壁或者限制器上，可能会产生大量杂质，影响装置正常运行，甚至会造成装置的损坏。为了研究快电子的损失行为，在先进实验超导托卡马克（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）上，使用基于ZnS（Ag）闪烁体探头的诊断系统对快电子损失进行探测。为了理解其损失特性，使用Geant4模拟程序模拟了不同初始状态的电子与诊断系统闪烁体探头的相互作用，获得了闪烁体发光强度与入射电子初始状态的曲线关系。模拟结果表明：次级电子与初始电子使闪烁体发光的贡献占据不同的主导能量区间；发光强度随入射电子能量增大而先增大后减小，峰值在12 MeV附近，且斜入射时发光光子数大于垂直入射，而闪烁体的厚度对峰值位置无明显影响。加入磁场后，磁场角度、电子俯仰角都会对发光强度有明显影响。这些结果有助于理解EAST实验中闪烁体探头上探测到的快电子损失信号，为进一步研究快电子损失提供基础。  
        关键词：托卡马克;闪烁体;GEANT4;快电子   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在射频波驱动负离子源领域，专家设计了基于光电二极管的等离子体发光监测系统，实现了对等离子体放电状态的实时监测和参数定量分析，为未来中性束注入系统提供技术支撑。”
        李玉凡,阳璞琼,韦江龙,刘波,彭旭峰,杨宇雯,李宇乾,谢远来
        2024, 47(5): 050004. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050004
        摘要：基于射频波驱动的负离子源已成为未来中性束注入系统的首选方案。为监测大功率射频负离子源的各个激励器的等离子体放电状态，设计并搭建了基于光电二极管的等离子体发光监测系统。等离子体发光强度与特定碰撞发生次数、碰撞粒子密度、碰撞粒子能量等密切相关。因此，等离子体发光强度能够定性反映出等离子体参数；基于合理的碰撞辐射模型，同时通过分析等离子体特征谱线强度，能够定量地得到等离子体参数。据此，该系统通过实时采集不同位置的等离子体发光强度信息，并以电压信号形式展现并保存下来，用于上位机实时监测和后数据处理。实验结果表明：本系统能够准确、在线地测量射频激励器内的等离子体的激发、维持和熄灭过程，且等离子体发光强度与射频爬坡放电功率具有较好的线性度，并测试了等离子体电流产生的过滤磁场对等离子体发光信号的影响。  
        关键词：负离子源;中性束注入;等离子体诊断;光电二极管   
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        发布时间：2024-12-06
      • “聚变堆气态氚排放对环境影响研究，计算了聚变堆1g氚短期释放对公众辐射剂量，为聚变堆环境辐射效应研究提供解决方案。”
        左庆宁,黄靖云,张君南,王晓亮,白晓平,魏其铭
        2024, 47(5): 050005. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050005
        摘要：聚变堆贮存及释放的气态氚的量远高于现行的裂变堆，氚是聚变堆潜在放射性的重要来源。为未来实现聚变堆的安全性及环境友好性，需要研究聚变堆气态氚排放对环境的影响。选取我国东部沿海典型厂址作为研究对象，使用高斯模型预测气态氚释放后的大气弥散规律以及氚气（HT）的干沉积、土壤氧化以及氚化水（HTO）的再蒸发效应，计算了聚变堆1 g的HT在短期释放情况下对周围环境的公众所造成辐射剂量。计算结果显示：在10 m高度处释放的HT对排放点西部方位500~3 000 m处的成人造成的吸入内照射剂量在0.38~0.10 mSv之间，不同距离HTO的再蒸发效应所造成的剂量都是气态氚剂量的主要来源，沉降至土壤中的HT被氧化成HTO的比例及气象条件是决定气态氚剂量的关键参数。研究表明，聚变堆HT释放所造成公众剂量要高于现行的裂变堆，在后续开展聚变堆的相关研究过程中，需要进一步关注其释放的气态氚对环境的辐射效应。  
        关键词：聚变堆;气态氚;大气弥散;再蒸发效应;有效剂量   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在国际热核聚变实验堆安全运行领域，专家基于HL-2A托卡马克实验，使用MARS-F/K程序计算等离子体对共振磁扰动的漂移动理学响应，为控制边缘局域模提供解决方案。”
        刘艺慧子,张能,刘钺强,龚学余,王硕,李春雨,王炼,郝广周
        2024, 47(5): 050006. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050006
        摘要：边缘局域模（Edge Localized Modes，ELMs）的控制是国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）及未来磁约束聚变堆安全运行必须解决的一个关键主题。近年来，大量的理论模拟和实验研究证明，共振磁扰动（Resonant Magnetic Perturbation，RMP）是一种非常有效控制边缘局域模的技术。为了更好地理解HL-2A托卡马克中ELMs的控制，本文基于HL-2A托卡马克实验上等离子体和RMP线圈的位形，使用MARS-F/K程序，计算了高约束模式下等离子体对RMP的漂移动理学响应，并与流体模型的结果进行对比；进一步对等离子体平衡压强、环向流以及热粒子碰撞效应等关键参数进行了敏感性研究。结果表明，随着归一化比压βN的增加，流体响应模型预测的等离子体响应幅度最初相对较弱，随后在接近无壁比压极限时发生强烈变化，但这一非物理因素“跳变”在动理学响应模型中得到了修正。此外，在考虑粒子碰撞效应的动理学响应中，捕获热离子的非绝热共振贡献显著；而忽略粒子碰撞效应，捕获热电子的进动漂移共振贡献则更加显著。由此可见在高比压等离子体响应中考虑动理学效应的重要性，尤其是在考虑粒子碰撞效应时，需要考虑捕获粒子的非绝热共振贡献。  
        关键词：共振磁扰动;边缘局域模;等离子体响应;动理学效应   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在聚变反应堆领域，专家基于cosRMC程序开发了内耦合输运-活化计算功能，为屏蔽设计和辐射安全分析提供解决方案。”
        王胜哲,刘仕倡,陈义学
        2024, 47(5): 050007. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050007
        摘要：在聚变反应堆运行过程中，中子活化会导致大量放射性核素的产生，因此活化计算在反应堆的屏蔽设计和辐射安全分析中具有重要作用。本文基于蒙特卡罗粒子输运程序cosRMC的内置燃耗求解器Depth，开发了固定源模式下的内耦合输运-活化耦合计算功能。将该程序应用于中国聚变工程试验堆（Chinese Fusion Engineering Testing Reactor，CFETR）的第一壁（First-wall，FW）材料钢和面向等离子体部件（Plasma-facing Component，PFC）材料钨，分别使用连续能量截面和多群截面进行活化计算，并与活化程序ALARA进行对比验证，发现cosRMC的计算结果与ALARA计算的结果符合良好，初步验证了开发的cosRMC程序输运-活化内耦合计算功能的正确性。与传统蒙特卡罗-活化计算程序的外耦合方式相比，内耦合方式蒙特卡罗不需要把中子能谱传给外部活化程序，而是在蒙特卡罗中子输运过程中嵌入计算活化相关的核素单群反应截面，动态更新中子能谱和材料信息，同时可以使用连续能量截面进行反应率计算，得到与实际问题的几何、能谱相关的反应截面，从而精确地考虑了共振区核截面的影响。  
        关键词：活化计算;聚变堆;固定源;ALARA;cosRMC   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在聚变堆屏蔽计算领域，专家通过模拟实验验证了cosRMC程序的准确性，为聚变堆屏蔽计算提供解决方案。”
        车锐,刘仕倡,田卓,陈义学
        2024, 47(5): 050008. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050008
        摘要：聚变堆具有中子能量高、空间尺度大、几何结构复杂、辐射衰减梯度大等特点，其屏蔽计算更具挑战。为了验证蒙卡程序cosRMC在针对聚变堆屏蔽问题的准确性，对国际屏蔽基准题库SINBAD中的两个屏蔽实验进行了模拟。首先基于基准题实验模型建立了详细的三维中子学模型，通过cosRMC中子-光子耦合输运计算，对实验时在模型中处于不同中子穿透深度位置的探测器的中子能谱进行模拟计算。然后采用栅元重要性减方差技术进一步提高cosRMC屏蔽计算的精度。最后将cosRMC计算得到的中子通量谱与MCNP5的计算结果以及基准题实验值进行了对比。结果表明，cosRMC与MCNP5的计算结果相符，二者的相对误差在3倍相对统计误差以内，且与实验值吻合良好，证明了cosRMC具有进行聚变堆屏蔽计算的能力。  
        关键词：聚变基准题;屏蔽计算;SINBAD;cosRMC   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在航天推进系统领域，专家基于磁流体力学方程，探究了阳极半径对磁等离子体动力推进器效率的影响，为提升推进器效率提供有效手段。”
        唐卓尧,郑金星,刘海洋,陆玉东,杜宜凡,柯茂林,王洛麒,吴梅起,吴涛,史佳明
        2024, 47(5): 050009. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050009
        摘要：随着人类航天事业的发展，需要研发适用于不同空间任务的推进系统，与磁约束核聚变原理类似的磁等离子体动力推进器（MegnetoPlasmaDynamic Thruster，MPDT）在推力功率比和比冲方面具有优越性能。阳极功率沉降是MPDT运行过程中等离子体与壁面相互作用的结果，占总功率的40%~90%，严重降低推进器效率。针对该问题，本文从阳极功率沉降的角度探究了阳极半径对推进器效率的影响。基于磁流体力学方程（MagnetoHydroDynamic，MHD），利用数值计算方法建立径向放电参数数值模型和阳极功率沉降物理模型，研究计算了阳极半径对放电参数和阳极功率沉降的影响规律，并建立热仿真模型对阳极水冷散热结构进行了热仿真。研究结果表明：增大阳极半径，电子密度及离子速度得到提高，阳极功率沉降增大，但阳极功率沉降分数降低，推进器效率得到提升。热仿真结果显示，水冷结构阳极在输入阳极功率沉降约为3 kW时，对应的阳极冷却水温差为5 K。本研究验证了阳极功率沉降物理模型的可靠性，并指出增大阳极半径是提升推进器效率的有效手段。  
        关键词：磁等离子体推进器;阳极功率沉降;数值计算;热仿真;磁流体力学方程   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在空间任务领域，高功率霍尔效应电推进器推力测量难题获突破，为航天器控制精度提供保障。”
        王洛麒,郑金星,刘海洋,李飞,孟东东,陆玉东,杜宜凡,唐卓尧,吴涛,史佳明
        2024, 47(5): 050010. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050010
        摘要：电推进系统在空间任务中相比于传统化学燃料推进工作寿命更长、燃料消耗更低，在近年来备受关注。但基于可控核聚变思想研发的高功率霍尔效应电推进器，其推力很难测量，原因在于这些电推进器需要在高温环境下电离推进剂，所以工作时会产生高温等离子体羽流，导致传统推力测试方法无法准确测量其推力。推进器推力的准确测量直接关系到航天器姿态以及轨道保持的控制精度，因此必须在地面测试中准确地测量推力。本文设计并搭建了一套基于挠性梁结构的推力测量平台，可以在高温环境下测量电推进器产生的推力。实验结果表明，以可变比冲磁等离子体火箭为例，在中心磁场强度0.2 T、质量流率为20 mg∙s-1的工况下，实时测得电推进器推力为266.5 mN，证明了测量平台的可行性，为后续电推进器推力测量实验提供参考。  
        关键词：电推进器;可控核聚变;等离子体;挠性梁;推力测量   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在磁约束聚变实验中，中国环流三号托卡马克计划建造3条中性束注入加热系统，总功率达20 MW。7 MW中性束注入器设计完成，优化了束传输效率。”
        杨宪福,魏会领,万银祥,周博文,余珮炫,罗怀宇,周红霞,唐珮钦,耿少飞
        2024, 47(5): 050011. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050011
        摘要：中性束注入加热是磁约束聚变实验中非常有效的辅助加热方法，已建成的5 MW中性束在中国环流三号（HL-3）托卡马克1 MA等离子体电流高约束模式放电中起到了重要的作用。为了实现HL-3装置2.5 MA的H模放电，计划建造3条中性束注入加热系统，总加热功率达到20 MW。为HL-3设计了7 MW中性束注入器，从中性化效率和束功率沉积两方面研究束传输效率。基于蒙特卡罗方法分析了两种束流参数下中性化器性能，给出了最佳中性化效率所需的气体靶厚，并以功率沉积的方法分析了两种束流的传输性能。结果表明：当中性化送气分别为0.6 Pa∙m3∙s-1和1.1 Pa∙m3∙s-1时，束流达到最佳中性化效率；当束散角为1.2°时，两种束流参数得到的中性束功率分别为7.2 MW和6.8 MW，束传输效率分别为0.4和0.35。因此，7 MW中性束离子源参数将优选100 kV/45 A，但注入器仍保留了提供120 keV氘束的能力。  
        关键词：中性束;传输效率;中性化效率;束散角;功率密度   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在托克马克装置中性束注入器中，量热靶承担接收和测量束功率任务，利用内置热电偶阵列实时监测靶板温升，获得引出离子束或中性束的功率密度分布。HL-3装置二号中性束注入束线上，设计了一种量热靶，利用直线推杆机构实现升降，并采用“W”字型靶板结构实现中性束能量吸收。通过Ansys Workbench流体计算模块模拟计算，量热靶设计满足满功率运行要求，为工程设计提供参考。”
        周博文,唐珮钦,万银祥,余珮炫,罗怀宇,魏会领,耿少飞
        2024, 47(5): 050012. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050012
        摘要：在托克马克装置的中性束注入器中，量热靶是非常重要的水冷部件之一，承担着接收和测量束功率的任务。除此之外，利用内置热电偶阵列的方式，可以实时监测靶板不同位置的温升情况，进而获得引出离子束或中性束的功率密度分布。在HL-3装置二号中性束注入束线上，为量热靶设计了一种利用直线推杆机构实现升降，并采用“W”字型靶板结构实现中性束能量的吸收。此外，利用Ansys Workbench的流体计算模块对量热靶在满功率运行状态下的温度分布做了模拟计算，结果显示：量热靶的设计满足二号中性束注入束线的120 kV/40 A/5 s满功率运行的使用要求。可为量热靶进一步的工程设计提供设计参考。  
        关键词：中性束注入器;量热靶;有限元计算   
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        发布时间：2024-12-06
      • “新奥科技发展有限公司升级EXL-50U装置，设计高参数磁场电源，提升电源能力，制定保护策略，验证电源可靠性与可控性。”
        陈俊宏,吴一,王英翘,李维斌,陈宇红,王雅丽,张潇鹏,郑雪,张春光,宣伟民,姚列英,谈昊,罗文武,周培海,宋显明,刘韶轩,孙泽群,丛子建,杨恩武,葛兴信,高翔
        2024, 47(5): 050013. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050013
        摘要：新奥科技发展有限公司（新奥能源研究院）将原有紧凑型聚变研究装置EXL-50升级为EXL-50U，装置仍然是常温托卡马克，其磁场电源系统包括环向场TF（Toroidal Field）电源、中心螺线管CS（Center Solenoid）电源、PF1-10（Poloidal Field）极向场电源，共12套电源，所有电源均由交流脉冲发电机供电，使用相控整流方案。本文主要设计满足EXL-50U高参数需求的磁场电源，设计重点是提升电源能力，制定高参数工况下的保护策略，内容包括控制与保护系统、交流脉冲发电机的供电方案，变压器与变流器设计，最后给出了实际测试获得的各电源实际波形图，展示在中心螺线管击穿的条件下形成等离子体电流的电源工作波形，以验证设计电源的可靠性与可控性。  
        关键词：EXL-50U;球形托卡马克装置;磁场电源系统;脉冲发电机;相控变流器   
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        发布时间：2024-12-06
      • “据最新研究，中国聚变工程实验堆CFETR核聚变发电厂可利用储热技术解决热功率输出不稳定问题。研究对比了多种储热技术，发现熔融盐储热技术、相变储热技术、固相显热储热技术具有应用潜力。其中，相变储热成本最低，有望成为未来研究重点。”
        罗浩东,林燕,李斌,向魁,朱光涛,曾涛
        2024, 47(5): 050014. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050014
        摘要：为解决核聚变发电热功率输出不稳定性和汽轮发电机组平稳运行之间的矛盾，中国聚变工程实验堆（China Fusion Engineering Test Reactor，CFETR）核聚变发电厂可运用储热技术对核聚变堆的功率输出进行削峰平谷。储热技术有多种类型，各类储热技术对于核聚变发电厂的适用性亟须进行对比。本文选取核聚变反应堆氦冷陶瓷增殖包层的参数作为储热技术边界条件，通过对储热技术适用温度范围进行评估，初步分析出有潜力运用于CFETR核聚变发电厂的三种储热技术，并对其进行成本初步预测。三大类储热技术均可选出适用CFETR核聚变发电厂氦冷增殖包层温度参数的储热介质。但化学储热由于其吸热和放热存在温差，不利于系统的稳定性及造成能量的损耗，显热储热技术和相变储热技术吸热温度和放热温度温差较小，具有应用于CFETR核聚变发电厂的潜力。初步经济性分析结果显示：相变储热成本最低，其次为熔融盐储热，再次为固相显热储热技术中利用硅砖作为储热介质，固相显热储热技术中利用铸钢作为储热介质成本最高。储热技术中，熔融盐储热技术、相变储热技术、固相显热储热具有应用于核聚变发电厂氦冷增殖包层的先决条件。熔融盐储热技术成熟度较高，有大量工程应用，造价在相变储热和固相显热储热之间，运用潜力较大。相变储热的成本最低，参数适用于核聚变发电，但其技术成熟度较低，有望成为未来研究的重点。  
        关键词：核聚变;中国聚变工程实验堆;发电技术;储能;储热;经济性分析   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在电源故障诊断领域，研究者提出了抗噪声小波增强一维卷积神经网络的多分支降噪网络HBD-CNN，有效提高了噪声环境下的故障诊断准确率。”
        杭芹,钟凌鹏,李华,张恒
        2024, 47(5): 050015. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050015
        摘要：数据驱动的电源故障诊断方法高度依赖于电源传感器的信号数据质量，托卡马克聚变装置中的电源系统往往在复杂电磁场耦合的环境下运行，导致其采集到的具有物理特征的信号常与大量无法解耦的噪声混合。为了抑制噪声对最终诊断结果的影响，提出了一种利用抗噪声小波增强一维卷积神经网络的多分支降噪网络（Hierarchy Branch Denoising Convolutional Neural Network，HBD-CNN），以完成噪声干扰下的电源系统故障诊断任务。具体而言，本研究将离散小波变换（Discrete Wavelet Transform，DWT）的信号分解功能植入CNN的网络层中，结合对噪声更加鲁棒的指数线性激活单元（Exponentially Linear Unit，ELU），对传统1D-CNN网络结构进行深度优化。此外，根据先验知识构建起的数据多层级结构，搭配网络中分层级的分类模块，提高了HBD-CNN的泛化能力。最后，基于仿真电源数据集开展了对本模型架构的初步验证，当信噪比为10 dB时，对电源变换器的故障诊断准确率可达98.31%；当信噪比为2 dB时，准确率仍能保持92%以上。实验结果表明，HBD-CNN在噪声工况下具有良好的故障诊断性能。  
        关键词：离散小波变换;电源变换器;卷积神经网络;故障诊断   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在托卡马克辅助加热领域，研究揭示了低杂波电流驱动效率受边界密度涨落影响，为提高加热效率提供新思路。”
        杨镜禾,丁伯江,吴陈斌,李妙辉,王茂,刘亮,闫广厚
        2024, 47(5): 050016. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050016
        摘要：低杂波电流驱动（Lower Hybrid Current Drive，LHCD）是托卡马克的主要辅助加热与电流驱动方式之一，研究表明，低杂波在刮削层内的边界寄生效应会显著降低低杂波电流驱动效率。其中，边界密度涨落引起的波散射会导致刮削层内的低杂波波谱变化，从而改变低杂波功率沉积位置和电流驱动效率。本文使用全波解方法研究全超导托卡马克（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，EAST）装置上刮削层内密度涨落导致的低杂波波散射，重点分析不同特征的低频电子密度涨落对波散射的影响。模拟结果表明：密度波包（blob）引起的散射导致低杂波功率流的空间结构的改变，blob造成的背向散射比前向散射更明显；blob内的密度涨落大小主要影响波场扰动幅度，blob的半径主要影响波散射的空间范围，多个blob造成的全场扰动显著增加。  
        关键词：低杂波电流驱动;波散射;全波解;刮削层;低频电子密度涨落   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在中性束注入加热系统领域，专家提出了基于超级电容储能的逆变型高压电源，实现了中性束调制注入功率的快速切换，为高压电源技术发展提供了新方向。”
        张锦涛,王英翘,汤贤,夏于洋,李青
        2024, 47(5): 050017. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050017
        摘要：高压电源是中性束注入加热系统的重要组成部分，决定着束能量和引出束流的品质。随着电压等级的逐步提高，脉冲阶梯调制（Pulse Step Modulation，PSM）高压电源无法满足实验要求。为了实现中性束调制注入功率的快速切换，提出一种基于超级电容储能的逆变型高压电源。采用超级电容储能方式，降低所需电网容量，减小对电网的冲击。采用软开关技术的直流（DC）-直流（DC）谐振变换器结构，提高电源的响应速度，减小开关器件的开关损耗。设计电源模块电路拓扑，根据电源性能指标要求完成系统建模计算。建立充电电路和主回路的电力仿真软件PSIM（Power SIMulation）仿真模型，对电源性能指标进行仿真验证。最后搭建了逆变电源模块测试样机，进行了阶跃响应、电压纹波和软开关性能指标测试。仿真及实验验证结果表明：设计的电源模块能够实现1 600 V/50 A的稳定输出，满足6 MW/120 kV设计要求。  
        关键词：HL-3装置;超级电容;中性束注入;逆变型高压电源;DC-DC谐振变换器   
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        发布时间：2024-12-06
      • “在核聚变领域，中国环流三号装置的电子回旋共振加热系统天线设计制造完成，实现了精确快速控制，为核聚变研究提供新方向。”
        郑万欣,叶际若,陈罡宇,黄梅
        2024, 47(5): 050018. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.050018
        摘要：电子回旋共振加热（Electron Cyclotron Resonance Heating，ECRH）系统是中国环流三号（HL-3）实验装置的一种重要加热和等离子体电流控制方法，微波通过天线发射器注入等离子体，是ECRH系统的重要组成部分。根据ECRH系统需求，对其天线系统进行了概念设计和光路设计以及具体的天线制作，并进行了测试与安装。HL-3装置ECRH天线系统由三个天线组成，包含一个中平面天线和两个上斜天线，三个天线位于装置弱场侧的同一扇段，可协同完成加热、新经典撕裂模（Neoclassical Tearing Mode，NTM）控制等功能。目前已经完成其中两个天线的设计、制造和测试，另外一个天线完成了发射光路的设计。测试结果表明：中平面天线和上斜一号天线控制精确、快速，达到了装置实验使用的要求。  
        关键词：HL-3装置;天线;电子回旋共振加热   
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        发布时间：2024-12-06
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