EAST托卡馬克裝置縱場(chǎng)線圈熱負(fù)荷的計(jì)算與實(shí)驗(yàn).pdf

1、EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置,是國(guó)家大科學(xué)工程建設(shè)項(xiàng)目?？v場(chǎng)(Toroidal Field)磁體系統(tǒng)是EAST裝置的重要組成部分,它是采用以NbTi/Cu為超導(dǎo)材料的CICC(Cable in Conduit Conductor)繞制而成。采用超臨界氦迫流冷卻,使得線圈的工作溫度維持在3.8K~4.5K。本文根據(jù)縱場(chǎng)線圈的結(jié)構(gòu)和工作溫度,

2、分析和計(jì)算了在穩(wěn)定狀態(tài)下由熱傳導(dǎo)、熱輻射等產(chǎn)生的熱負(fù)荷。計(jì)算結(jié)果顯示:在縱場(chǎng)磁體溫度為3.8K~4.5K的穩(wěn)定工況下,熱負(fù)荷值達(dá)到了3928W,其中由內(nèi)外氮屏對(duì)磁體的熱負(fù)荷、稀薄氣體傳導(dǎo)熱和核熱是熱負(fù)荷的重要組成部分,大約占到了整個(gè)熱負(fù)荷的96％。而冷凝吸附熱、接頭電阻熱和電流引線引起的焦耳熱則占了很小的一部分。在等離子體放電過程和等離子體破裂后交流損耗在15ms的時(shí)間內(nèi)每單位長(zhǎng)度上的平均損耗達(dá)到了18J/m,總的交流損耗產(chǎn)生的熱量達(dá)到

3、了4375W?？v場(chǎng)線圈的氦流量至少保持在196g/s以上,才能一直維持3.8K~4.5的穩(wěn)定狀態(tài),防止線圈溫度升高出現(xiàn)失超現(xiàn)象;縱場(chǎng)磁體在等離子體破裂時(shí),當(dāng)流量維持在218g/s才能使線圈的溫度在等離子體破裂后3分鐘內(nèi)恢復(fù),并且氦流的進(jìn)出口溫差控制在0.5K左右。文中還給出了在磁體從300K到80K的預(yù)冷過程中,縱場(chǎng)線圈所需要的冷卻氦流的質(zhì)量流量隨著溫度變化的曲線?？v場(chǎng)磁體冷卻實(shí)驗(yàn)成功的模擬了磁體在運(yùn)行過程中的工況。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了抽真空及檢

4、漏,裝置總體漏率及分系統(tǒng)漏率測(cè)定、裝置降溫及相關(guān)熱工水力性能測(cè)試、接頭電阻的測(cè)量的實(shí)驗(yàn),得到了包括冷卻回路流量、壓力、溫度、熱負(fù)荷等關(guān)鍵性能參數(shù)在內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)。實(shí)測(cè)接頭電阻值均小于2×10-9Ω;裝置主機(jī)的真空維持在了10-4~10-3pa之間;在300K~80K的降溫過程中,平均降溫速率約為1.02K/h,在80K~4.5K的降溫過程中,平均降溫速率為0.45 K/h:在穩(wěn)定狀態(tài)下,縱場(chǎng)磁體系統(tǒng)總的氦流量為192g/s,這些數(shù)據(jù)都將為