Исследование и оптимизация параметров инжектора быстрых атомов водорода

• Автор: Серегин, Вячеслав Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр

Введение .
Глава I. Принцишальные конструкционные решения и тенденции развития инжекторов быстрых атомов .

1.1. Структура инжектора

1.2. Состояние разработок элементов конструкции инжекторов

Глава 2. Математическая модель инжектора быстрых атомов

2.1. Общие принципы построения математической модели

2.2. Структурная схема математической модели инжектора .

2.3. Критерии оптимальности инжекторов

Глава 3. Математические модели элементов конструкции инжектора

3.1. Газоразрядный плазменный эмиттер ионного источника .

3.1.1. Конструкция газоразрядной камеры .
3.1.2. Математическая модель газоразрядной камеры
3.1.3. Экспериментальная проверка математической модели газоразрядного плазменного эмиттера
3.2. Ионнооптическая система ионного источника .
3.2.1. Конструкция ионнооптической системы .
3.2.2. Математическая модель ионнооптической системы
3.2.3. Экспериментальная проверка математической модели ионнооптической системы .
3.3. Нейтрализатор
3.3.1. Конструкция нейтрализатора
3.3.2. Математическая модель нейтрализатора
3.3.3. Экспериментальная проверка математической модели нейтрализатора.
3.4. Сепаратор пучков быстрых атомов и ионов
3.4.1. Конструкция сепаратора пучков .
3.4.2. Математическая модель сепаратора пучков
3.4.3. Экспериментальная проверка математической модели сепаратора пучков .
3.5. Приемники пучков ионов и атомов .
3.5.1. Конструкция приемника пучка
3.5.2. Математическая модель цриемника пучка
3.5.3. Экспериментальная проверка математической модели приемника пучка. ИЗ
3.6. Криогенная вакуумная система откачки
3.6.1. Конструкция криогенной вакуумной системы откачки . И
3.6.2. Математическая модель криогенной вакуумной системы откачки .
3.6.3. Экспериментальные результаты работы опытных блоков криогенных панелей .
Глава 4. Оптимизация параметров инжектора быстрых атомов.
4.1. Постановка задачи оптимизации
4.2. Расчет критериев оптимальности инжекторов .
4.3. Алгоритм оптимизации.
4.4. Некоторые результаты оптимизации инжектора быстрых атомов
4.5. Влияние неопределенности исходных данных на результаты оптимизации .
Выводы.
Заключение .
Список литературы


Математические модели процессов преобразования энергии в основных элементах ионно-атомного тракта инжектора - ионном источнике, нейтрализаторе, сепараторе пучков ионов и атомов, приёмниках пуч -ков, криогенной вакуумной системе откачки. Результаты экспериментального исследования работы ряда основных конструктивных узлов ионно-атомного тракта, необходимые для обоснования и проверки адекватности соответствующих блоков математической модели. Результаты численного исследования инжектора: оптимальные характеристики для различной энергии (от до 0 кэВ) инжектируемых атомов; чувствительность математической модели инжектора по всем управляющим факторам и ранжировка наиболее значимых из них по выбранным критериям оптимальности; оптимальные решения схемы построения конструкции инжекторов. Содержание диссертации изложено в следующей последовательности. В главе I рассмотрены принципиальные конструкторские решения, которые положены в основу большинства известных существующих инжек-ционных систем, позволившие обосновать принципиальную схему построения инжектора и определить возможные тенденции её развития. В главе 2 изложены основные принципы построения математической модели инжектора, описана её структурная схема, выявлены основные входные и выходные параметры модели, определены критерии оптимальности инжекторов. Глава 3 посвящена анализу работы отдельных конструктивных узлов ионно-атомного тракта инжектора. Представлены результаты экспериментальной проверки разработанных математических моделей ионного источника, нейтрализатора, сепаратора пучков,приёмников и криооткачки. В главе 4 рассмотрена задача оптимизации параметров инжектора и описан способ её решения. На базе анализа результатов оптимизации по различным критериям качества выдан ряд рекомендаций по выбору оптимальных параметров мощных инжекторов. Глава I. I.I. Интенсивные опытно-конструкторские разработки инжекторов быстрых атомов водорода (дейтерия) в нашей стране и за рубежом ведутся с -х годов. Их развитие стимулировалось главным образом работами по программе УТС. На первых токамаках с инжекцией АТС [] , 0RMAK [] и С LEO [] мощность инжекции составляла - кВт при энергии быстрых атомов до кэВ и длительности игл-пульсов в несколько десятков миллисекунд. В середине -х годов уровень вводимых мощностей достиг 0-0 кВт и стал соизмерим с мощностью омического нагрева. В последующие годы на ряде более крупных токамаков ( PLT [] , T-II [] , 1 SX-В [] ) были выполнены эксперименты по инжекции мегаватных пупков с энергией частиц в несколько десятков кэВ и длительностью до сотен миллисекунд, цричем на PLT был достигнут "термоядерный? В, а на T-II и 1SX-В мощность инжекции примерно на порядок цревосходила мощность омического нагрева. Рассматривая в ретроспективе ход этих работ, можно наметить следующие тенденции в развитии иннекционных систем на ближайшие годы (табл. Это конструкция инжектора на основе црямой перезарядки положительных ионов в атомы, принципиальная схема которого представлена на рис. Элементы ионно-атомного тракта инжектора располагаются в крупногабаритной вакуумной камере прямоугольной или цилиндрической формы. На торцевом фланце вакуумной камеры устанавливается один или несколько сильноточных ионных источников, формирующих и ускоряющих пучки положительных ионов. В этом случае ионные источники располагаются в плоскости, перпендикулярной плоскости плазменного шнура тора. В других конструкциях ТРТЯ [] ,2ЕРНУЯ [}-ионные источники устанавливаются вдоль горизонтальной оси симметрии окна токамака, т. ЗЕТ - по четыре, ИНТОР - по два) (рис. Перезарядка положительных ионов в атомы осуществляется на остаточном газе, вытекающем из ионных источников. Для этого перед каждым ионным источником в вакуумной камере инжектора устанавливается нейтрализатор - труба, геометрия которой оцределяется как правило геометрией пучка. Непосредственно на выходе из нейтрализаторов располагается жалюзийный магнитный экран, по длине которого откачивается газ, поступающий из ионных источников. РисЛЛ. Принципиальная схема инжектора на основе положительных ионов. Фронтальный вид). Обозначения на рис.