1、中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所NBI研究室2023-04-08Neutral Beam Injection Division低温技术在磁约束聚变领域的应用与发展汇报人：谢远来L2 2汇报提纲磁约束聚变的原理与发展趋势磁约束聚变对低温技术的需求低温技术在磁约束聚变领域的应用现状与发展趋势小结3 3汇报提纲磁约束聚变的原理与发展趋势磁约束聚变对低温技术的需求低温技术在磁约束聚变领域的应用现状与发展趋势小结4 4合肥-科学岛-等离子体所-人造小太阳https:/ 5人口及能源需求增长驱动新能源探索世界人口和对能源的需求正迅速增长大量使用化石燃料将造成严重的环境问题6 6实现核聚变能和平利

2、用的思考与探索太阳上无穷尽的能量源于核聚变反应！7 7实现核聚变能和平利用的思考与探索8 8磁约束核聚变的原理与实现磁场可以约束带电粒子磁容器可盛装和约束高温等离子体等离子体电流极向场线圈纵场线圈9 9磁约束聚变研究发展的目标构成托卡马克环形磁容器的三个基本磁场：纵向磁场极向磁场等离子体电流磁场最重要的工程参数是：大半径：R小半径：a/b纵场强度：BT最重要的辅助加热手段：中性粒子束注入加热 电子回旋共振加热.1010立足TOKAMAK的核聚变能研究发展现状 最高温度达到 2-4 亿度 最高聚变输出功率超过16 兆瓦 聚变输出功率/输入功率,已达到 1.25（但只能维持几秒时间）https:/

3、www.iter.org/proj/inafewlines1111立足TOKAMAK的核聚变能研究发展现状正在运行中的EAST正在建设的CRAFT正在建设的ITERBEST1212汇报提纲磁约束聚变的原理与发展趋势磁约束聚变对低温技术的需求低温技术在磁约束聚变领域的应用现状与发展趋势小结1313磁约束聚变研究发展的目标构成托卡马克环形磁容器的三个基本磁场：纵向磁场极向磁场等离子体电流磁场最重要的工程参数是：大半径：R小半径：a/b纵场强度：BT最重要的辅助加热手段：中性粒子束注入加热 电子回旋共振加热.1414磁约束聚变的低温需求-NBI、小球注入、偏滤器低温泵等也需要低温支持纵场磁体纵场磁体

4、极向场磁体极向场磁体中心螺线管中心螺线管校正场线圈校正场线圈1515汇报提纲磁约束聚变的原理与发展趋势磁约束聚变对低温技术的需求低温技术在磁约束聚变领域的应用现状与发展趋势小结1616HT-7低温系统500W4.5K制冷机 4台活塞式膨胀机 带喷射器可获得3.6K过冷氦48个超导线圈：4.3K两相氦迫流冷却80K冷屏：液氮冷却4.5K温区冷质量：14t从室温到4.5K降温时间：100h冷箱冷箱1717EAST低温系统氦制冷机设计容量：1050 W/3.5 K+200 W/4.5 K+13 g/s LHe 1230 kW/80 K设计当量制冷量:3kW/4.5K1818EAST低温系统低温泵及N

5、BI阀箱EAST主机低温分配阀箱EAST主机低温分配系统将制冷机的冷量和流量分配给各超导磁体、超导传输线、电流引线和80K热辐射屏，由一个低温分配阀箱、传输线及装置内部各种冷却管道组成。TF冷却冷屏冷却1919CRAFT低温系统系统性能参数与设计指标系统概览图超导磁体性能研究低温关键技术研究低温公共测试平台超导导体性能研究材料性能研究磁体系统制冷机系统6 kW/4.5K氦制冷机（建设中）250 W/1.8K冷箱（建设中）1 kW/3.8K氦制冷机（建设中）200 W/4.5K氦制冷机（完成建设）4台氦制冷机及其分配系统4个低温关键研究平台聚变堆低温传热传质研究平台大流量低温流体机械研究平台低温

6、模拟控制与安全研究平台聚变环境低温精密测量研究平台为超导磁体平台提供冷量，未来研制超大型低温系统奠定基础，也为我国深低温制冷技术提供综合性研究条件；建成国内功能完善的低温关键技术研究与测试平台，解决CFETR低温系统关键技术瓶颈，并提供高水平低温技术服务。2020以ITER为代表的磁约束聚变装置的低温需求超导线圈的冷却-纵场磁体-极向场磁体-中心螺线管-校正场线圈其他系统的冷却-NBI、小球注入.2121磁约束聚变领域的其他低温用冷需求-以ASIPP NBI为例2222中性束注入的基本原理基本组成：1、束源2、束线系统3、电源系统4、控制系统5、诊断系统6、辅助系统2323面向HT-7需求的N

7、BI研究 DNB,2003 PNBI,2002自2002年开始，成立了NBI课题组，专注于聚变中性束研究立足中美合作，开展基于正源的MW级NBI关键技术研究以培养人才、积累经验立足中美合作，开展DNB的集成与实验运行2424EAST中性束系统NBI的系统组成设计束能量:50-80keV；束功率:2-4 MW；束脉宽:10-100s；离子源台数:2；束散角:X:0.6,Y:1.2；束引出面积:120mmx480mmNBI的设计指标NBI系统的最新布局概览EAST-NBI-1EAST-NBI-22525PNBI综合研究设施拥有支撑PNBI全系统综合性实验调试的硬件能力良好的低温真空系统完备的电源系

8、统2626立足NNBI研发项目建设NNBI综合研究设施ITER-973项目任务CRAFT NNBI研制建设任务2727NNBI综合研究设施研制建设整体进展 束源测试系统集成调试中，即将具备开展实验的条件2828拟建大型NBI的用冷需求BEST NBI systemCFETR NBI system每套NBI的用冷需求在 1000W4.5K2929汇报提纲磁约束聚变的原理与发展趋势磁约束聚变对低温技术的需求低温技术在磁约束聚变领域的应用现状与发展趋势小结3030小结随着磁约束核聚变研究的不断深入，磁约束核聚变能的科学技术可行性已得到证实，它是解决人类能源危机最有希望的能源类型随着磁约束核聚变研究的不断深入，对低温用冷需求不断增加必须发展大型低温制冷系统关键技术以满足聚变能研究发展对深低温用冷的需求低温技术的发展必将推动人才成长和学科发展3131谢谢各位专家！