磁力提升装置的研制

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1、密级:硕士学位论文磁力提升装置的研制作者姓名：赵丽霞指导教师:马力祯、研究员、近代物理研究所学位类别:工程硕士学科专业:核能与核技术工程研究所:中科院近代物理研究所二〇一五年四月DevelopmentofthemagneticliftingdeviceprototypeByZHAOLixiaAThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineerin

2、gInstituteofModernPhysics,ChineseAcademyofSciencesApril,2015致谢我的论文工作得到了许多人的悉心指导和热情帮助。首先，我要向我的导师马力祯老师和姚庆高老师表示由衷的感谢。感谢马老师和姚老师在工作、学习、生活中等各方面所给予的帮助。感谢老师在我的论文选题，实验过程，以及论文的最后撰写和数据分析的每一个环节的悉心指导和帮助。感谢我的实验搭档吕明邦师兄，一起学习、讨论实验方案，一起在实验室工作。感谢师兄在工作上对我的指导与帮助，使我们的实验可以顺利进行。感谢实验室的张晓鹰、张翔、

3、吴巍、朱丽等各位师兄师姐在平时的生活和学习上对我的帮助和支持，借此机会向师兄、师姐表示由衷的感谢。同时感谢我的同事兼小伙伴陈玉泉，左佳欣，梁羽,李亚东所给予的帮助和带来的欢乐。感谢磁机室的所有同事，在这个友爱、上进的团队中生活，每天都很充实、很开心。感谢北京东方晨景的刘海涛和周怀安老师等在方波磁力提升装置控制系统上所给予的指导和支持。感谢中科院电工研究所的刘国强老师对我在模型模拟方面的指导与帮助。最后，借此机会向我的父母表示感谢。谢谢你们无私的关爱和支持，谢谢你们成就了今天的我。赵丽霞2015年5月摘要摘要针对加速器驱动次临界系统

4、ADS(AcceleratorDrivenSubcriticalSystem)对靶材的要求，中科院近代物理研究所提出了钨基合金球颗粒流靶方案，使之同时具备目前所研究的固态靶和液态靶的优点。为了实现钨基合金球颗粒流靶在ADS中的应用，本文提出磁力提升装置作为ADS新型靶材提升系统。该装置的基本原理就是含磁性材料的合金球在梯度磁场中受到磁力，有效克服了传统机械提升在ADS靶环境中应用的局限性。磁力提升装置利用螺线管作为主要提升部件，具有系统结构简单，靶材输运通道易封闭，故障率低且运行维护方便等优点，可以在高温、强辐射的环境中运行，满足

5、ADS靶材运行环境的严苛要求。论文根据磁力提升的基本理论，对装置提出了两种不同的驱动方案，即基于脉冲电流的方波驱动方案和基于三相感应直线电机的行波驱动方案。方波驱动方案是通过控制螺线管阵列所加载方波电流的通、断时间产生移动的梯度磁场，从而实现靶材提升。行波驱动方案是通过变频器与工频三相电连接作为装置驱动系统，产生行波磁场来提升靶材。本文首先利用AnsysMaxwell软件，综合螺线管孔径、厚度、电流等参数，确定了螺线管结构，并给出了不同驱动方案下的螺线管静态磁场分布与合金球在螺线管轴线上的静态力分析。同时采用该软件进行了磁力提升动

6、态模拟。动态提升模拟采用简化模型，计算了单个合金球在螺线管轴线上的磁力，运动位移以及速度等参数，从数值分析角度证实了磁力提升的可能性，为最终装置的研制奠定了理论基础。以数值分析为基础，综合考虑磁场要求，功率，水冷等因素，确定磁体结构，完成了样机搭建，并进行了不同驱动方案的实验：1）方波驱动方案。根据螺线管所处的提升位置，在电源控制界面上调节每台螺线管驱动电流的脉冲宽度、脉冲幅度以及螺线管工作占空比，实现靶材提升，并根据实验现象，反复I摘要调节，确定较优提升参数；2）行波驱动方案。按照星形连接方式给螺线管阵列布线，通过变频器调节三相

7、电的电压和频率，控制颗粒流靶的运动速度，优化靶材的提升效率。最后，从方案可行性、提升效率、控制手段以及系统运行成本等方面比较了两种方案，确定优选方案为：主体提升部分采用行波提升，装置端口引出系统采用方波提升，以此来相互补充。在此基础上，对最终磁力提升装置的进一步研究提出了具体的方案。关键词：钨基合金球，螺线管，方波，行波，磁力分析IIABSTRACTABSTRACTDevelopmentoftheMagneticLiftingDevicePrototypeZHAOLixia(NuclearEnergyandNuclearTechn

8、ologyEngineering)DirectedbyMALizhenInordertomeettherequirementsoftargetforAcceleratorDrivenSubcriticalSystem(ADS),tungstenal