[发明专利]一种基于孔型引出离子源的注入器设计程序

说明书

本发明属于磁约束聚变装置高功率中性束注入加热系统物理结构设计方法技术领域，具体涉及磁约束聚变工程中的中性束注入加热系统注入器概念设计分析程序包。通过脚本语言编制的人机交互界面调整注入器核心部件的基本布局和尺寸，根据输入参数分析计算注入器设计必须的几何布局参数，束功率传输效率，部件截获束功率等参数。程序界面均直接由脚本语言编写，运行简单，只需运行Matlab，在命令窗口输入NBIcao，按Enter键后出现程序第一个运行界面，其它运行界面由界面上放置的命令按钮给出。

技术领域

本发明属于磁约束聚变装置高功率中性束注入(NBI)加热系统物理结构设计方法技术领域，具体涉及磁约束聚变工程中的中性束注入(NBI)加热系统注入器概念设计分析程序包。

背景技术

中性束注入(NBI)用以加热磁约束等离子体，是提高离子温度或者电子温度的最有效方法之一，同时NBI也用来驱动等离子体电流并且控制等离子体性能。NBI注入器研制需要与磁约束实验装置及其实验需求相匹配，不同的装置需要设计不同的NBI注入器。注入器的设计主要包括：注入参数的选择，几何布置分析计算，部件的数值模拟，注入器加工工艺分析，注入器概念设计和工程设计。中国环流器HL-2A装置正在进行升级改造，按照升级改造后的中国环流器HL-2M装置的物理目标，需要研制3条新的NBI束线，每条NBI加热束线功率达到5MW。

中国环流器HL-1M装置的NBI加热系统注入器是从俄罗斯引进的，由于注入器与装置不匹配，NBI加热实验不成功。中国环流器HL-2A装置的NBI加热束线注入器是从德国IPP研究所引进的，是专门为中国环流器HL-2A装置主机研制的，NBI加热束线与主机匹配，在NBI加热条件下取得了许多前沿的物理结果。怎样设计与对应装置结构和物理实验目标相匹配的NBI加热束线注入器至关重要。需要首先系统考虑磁约束聚变实验装置的周边空间条件，NBI注入窗口尺寸，等离子体尺寸及等离子体密度，确定NBI加热束线的基本参数，束的几何尺寸，粒子能量，束功率，中性化效率。

为了使设计的新注入器与对应的托卡马克装置，如中国环流器HL-2A，中国环流器HL-2M托卡马克装置相匹配，亟需研制一种基于孔型引出离子源的注入器设计程序，应用于磁约束聚变装置中注入器的设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于孔型引出离子源的注入器设计程序，为HL-2A，HL-2M等托卡马克装置布局和概念设计中性束注入加热束线的核心设备—注入器提供分析计算程序包。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于孔型引出离子源的注入器设计程序，应用于磁约束聚变装置中注入器的设计，包括以下方面：

(1)界面设计

注入器设计程序的人机交互界面模块包括4个界面：NBI注入窗口和电极孔分布计算界面、等离子体发生器和引出束成分分析界面、孔引出4离子源束几何计算程序界面、注入器关键部件几何分析界面；

上述4个界面都由脚本语言编写，每个界面都分别包括参数输入区，参数输出区和图形显示区；根据参数输入区中的输入参数进行计算，得到参数输出区的输出参数；

(2)NBI注入窗口和电极孔分布计算界面

(2.1)界面基本区域

(2.1.1)在该界面中，图形显示区包括三部分，分别是：

HL-2M的设计水冷引出电极的孔分布示意图；

HL-2A的非水冷引出电极的孔分布示意图；

HL-2M的NBI注入窗口的几何参数示意图；在HL-2M的NBI注入窗口的几何参数示意图中，几何参数包括注入角、束宽度、倾斜角、捕获长度；

(2.1.2)参数输入区包括三部分，分别是：