TBM材料测试用的强脉冲磁场系统研制

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TBM(Test Blanket Module,即实验包层模块)在ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor,即国际热核聚变反应堆计划)的反应装置中处于非常重要的地位,它的主要用途是通过实现氚增殖以保证聚变反应的持续进行。由于ITER装置中等离子体是“存储”在强磁场环境中的,如果等离子体破裂,将产生很强的瞬态磁场,这会对实验包层模块产生一定的影响。因此,TBM材料及其结构的瞬态电磁特性,决定着整个反应装置是否能安全运行。所以,对TBM材料瞬态电磁特性的研究是必不可少的。本文的主要工作是进行了TBM材料测试用的强脉冲磁场产生系统的研制。首先,根据指标要求(磁场上升时间为3ms,最大磁场强度为0.8T),对放电系统的参数进行估算,对瞬态磁场的产生系统进行了初步设计。然后,对整个实验平台的硬件部分进行了设计;包括放电系统中电容、螺线管、电阻和真空开关等元件的选型,真空系统的设计以及控制系统PLC(Programmable Logic Controller,即可编程逻辑控制器)的设计。接下来,利用Step7软件对PLC中的程序进行了编写,实现了PLC对平台的自动控制,利用Win CC和Win CC Flexible对上位机监控界面和触摸屏界面进行了组态,实现了上位机和触摸屏对实验平台的控制动作以及数据的实时监控。最后,通过具体的放电实验,利用自制的感应线圈,对放电系统的实际参数值进行了修正,并对参数修正之后的放电系统进行了仿真,证明了理论分析的正确性;同时,通过不同条件下的多次实验,选取了参数最为合适的感应线圈对螺线管中心处产生的瞬态磁场进行了实际测量,通过数据处理之后得到的结果表明,本平台能够产生上升时间为3ms,最大磁场强度为0.8T的瞬态磁场。
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