ITER辉光放电清洗电极结构设计与分析

论文摘要

随着人类社会和经济的发展,能源和环境问题成为快节奏发展的主要的制约因素。为了保护自然环境和不可再生资源,从可持续发展的角度出发,发展核聚变能是人类的必经之路,国际热核聚变实验堆计划（ITER,International Thermonuclear Experimental Reactor）由此诞生。作为国际热核聚变实验堆计划的子项目-辉光放电清洗（Glow Discharge Cleaning,GDC）电极旨在清除第一壁表面的核燃料粒子和其它的杂质粒子,为高约束性能等离子体提供清洁的和低再循环的第一壁的需要。辉光放电清洗电极的设计包括电极机械结构、电气分析,涉及多学科交叉,是辉光放电清洗的关键,研究成果将填补ITER计划中相关领域的空白,具有重大意义。本文以ITER辉光放电清洗系统为研究基础,对其清洗电极体进行设计和分析。首先,介绍了ITER辉光放电清洗电极的设计基础,电极工作的真空环境,电极所处真空室的结构特点,电极的各项技术参数,阐述了设计要求以及设计材料的选择要求,电极体的的基本配置以及功能要求。其次,借助于CAD和Solidworks绘图软件对ITER辉光放电清洗电极各个主要部件进行具体设计。考虑到电极头安装空间以及电气绝缘的要求,设计异形陶瓷块对电极头进行绝缘支撑。电极杆的支撑绝缘以及轴向支撑的设计,则采用与电极头相同的异形绝缘陶瓷,进而考虑到电极体的轴向受力,设计轴向法兰对其进行支撑。此外,鉴于真空穿透的重要性,采用双层结构保证反应腔体密封性,陶瓷材料保证真空穿透装置的绝缘性,辅助支撑结构保证水管的稳定性,避免损坏真空穿透相关部件设计。利用有限元软件对真空穿透关键部件进行静力学分析,验证设计可行性。馈电段是给整个电极供电装置,因此为了保证供电的安全和稳定性,采用卡箍结构固定导线;为了避免给其他部件带来电气损伤,在馈电段另一端安装带有支架的绝缘陶瓷。用有限元软件对陶瓷水管和绝缘陶瓷管静力学分析,验证设计安全可靠性。最后,用有限元分析软件对电极头和电极杆进行电气强度及静力学仿真分析,验证电极头电极杆设计是否符合ITER设计要求;对屏蔽盒进行电气强度及静力学仿真分析,验证屏蔽盒的设计是否符合ITER设计要求。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•     1.1.1 聚变研究历史与现状
•     1.1.2 ITER计划
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文的研究内容
• 第2章 ITER辉光放电清洗电极设计准则
•   2.1 ITER真空室结构特点
•   2.2 ITER辉光清洗电极体技术参数
•     2.2.1 电极冷却系统技术参数
•     2.2.2 热负荷参数
•     2.2.3 冷却水压力参数
•     2.2.4 机械技术参数
•     2.2.5 电气技术参数
•   2.3 ITER辉光清洗电极体材料的选取及设计要求
•     2.3.1 电极体材料的选取
•     2.3.2 电极体功能、基本配置和系统边界
•     2.3.3 电极体设计要求
•   2.4 本章小结
• 第3章 ITER辉光放电清洗电极详细设计
•   3.1 电极体的设计
•     3.1.1 电极头的支撑绝缘设计
•     3.1.2 电极杆的支撑绝缘设计
•   3.2 屏蔽盒的设计
•   3.3 真空穿透的设计
•     3.3.1 真空穿透结构设计
•     3.3.2 真空穿透部件分析
•   3.4 馈电段的设计
•   3.5 本章小结
• 第4章 ITER辉光放电清洗电极的有限元分析
•   4.1 电极体的有限元分析
•     4.1.1 电气强度分析
•     4.1.2 静力学分析
•   4.2 屏蔽盒的有限元分析
•     4.2.1 电气强度分析
•     4.2.2 静力学分析
•   4.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘鹏飞

导师: 曹保江

关键词: 辉光放电清洗电极,绝缘陶瓷,屏蔽盒,真空穿透,馈电段,有限元分析

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 西南交通大学

分类号: O461.21;TL64

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.002807

总页数: 68

文件大小: 5167K

下载量: 23