资源描述：
《中和室脉冲进气的蒙特卡罗模拟及实验验证》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1997年3月Vacuum&Cryogenics9中和室脉冲进气的蒙特卡罗模拟及实验验证王守国贾春雨胡立群高大军孙亚兵(中国科学院等离子体物理研究所,合肥230031)(收稿日期1996-10-15)MONTECARLOSIMULATIONANDEXPERIMENTALVERIFICATIONFORTHEDISTRIBUTIONOFTHEPULSEGASINTHENEUTRALIZINGTUBEWangShouguoJiaChunyuHuLiqunGaoDajunSunYabing(InstituteofPlasma
2、Physics,AcademiaSinica,Hefei230031)Abstract:MonteCarlomethodwasusedtosimulatethedistributionofthepulsegasalongtheaxisoftheneutralizingtube.Theresultofwhichwasverifiedbyinstantaneouslymeasuringandsimulateenteringgas.Theseresultssupplyareliablebasisforvacuumsyste
3、mdesignoftheneutralbeaminjctor.Thecurveoftheexperimentsalsoshowsthattheestablishingtimeofthegastargetthicknessis60ms.Keywords:Pulsegas,MonteCarlosimulation,Measurement.摘要:对于中和室内的脉冲气体,用蒙特卡罗方法模拟了气体压力沿轴向的分布。并用模拟进气系统和气压瞬时测量系统,对模拟结果进行了验证。得到与模拟结果较为一致的曲线,从而为注入器真空系统的设计
4、提供了可靠的依据。并通过实验结果,给出了气体靶厚的建立时间约为60ms。关键词:脉冲气体、蒙特卡罗模拟、实验验证。在受控核聚变领域,中性注入是等离子体加热的主要手段之一。典型中性注入器如图1所示。由离子源、栅极、中和室、主真空箱体、漂移管道等主要部分构成。它的主要任务是把从离子源引出的高能离子转化成高能中性粒子,并输送到聚变装置中去加热等离子体。离子源引出的高能离子进入中和室,与中和室预充气体分子(氢气)发生相互作用。一部分转化成高能中性粒子,通过漂移管道去做加热实验。而剩余部分被设置在主真空箱体内的偏转磁铁从束流中
5、偏转掉。这一中性化过程,取决于高能离子与中和室内气体分子相互作用。从理论上讲,中和室内的气体靶越厚中性化效率也越高。其物理规律由文献[1]所给的微分方程描述。但对于实际上有限长的中和室而言,气体密度太高就很容易流入主真空箱体,使已经中性化了的高能粒子,一部分再次电离成离子,造成不必要的损失。这一逆过程的物理规律同样由文献[1]所给的微分方程组描述。在作中性注入实验时,既要求中和室内有足够的气体靶厚,获得较高的中和效率,又希望主真空箱体内的气压不超过某一值,以减少再电离损失。为了同时满足这些物理要求,有必要仔细分析预脉
6、冲进气过程及中和室内的气压分布,以便合理设计真空箱体及抽气系统,有效的第3卷第1期真空与低温10真空与低温第3卷第1期利用泵速。1蒙特卡罗模拟1.1系统的物理前提(1)在预进气过程中,中和室入口的气压一般要-1求在10Pa量级。对于已经设计的中和室,其内径-为13cm,长度为90cm。中和室内平均压力P与其直径L的乘积小于1.5Pa·cm。由此得知,中和室内的图1中性注入器简图[2]气体满足分子流的条件。1-离子源;2-栅极;3-中和室;4-钛吸(2)漂移到中和室入口处的气体分子,均匀分布气面;5-主真空箱体;6-漂
7、移管道;7-托于它的表面。入射分子遵守余弦定律。卡马克装置(3)由于进气时间较短,主真空箱抽速较大,可忽略从主真空室返回到中和室内的气体分子数。(4)在分子流条件下,只考虑气体分子与器壁表面的碰撞。1.2模拟过程把中和室等分9段,沿中和室轴线每隔10cm取一个垂直于轴线的截面,并建立相应的坐标,如图2所示。坐标原点取中和室入口端面的中心点。跟踪摸拟由中和室入口面进入到中和室内的气体分子,直至其飞出中和室为止。计每个截面的总分子数。每个截面上的气压与穿过该截面的总分子数成正比。给出边界条-1件,取入口截面的气压为P=2
8、.6×10Pa(实验取值),可计算出其它截面的气压值图2中和室分段示意图Pi=P0Ni/N0式中,Ni为第i截面累计穿过的分子数,N0为穿过中和室入口截面的分子数。这样就可计算出在分子流条件下,中和室内气压沿轴线的分布,并由图3给出。2实验验证2.1实验装置及原理中和室前后的进气系统和测量系统如图4所示。进气系统由前级真空室、压电晶体阀、针阀、
