聚变堆材料氦气扩散系数测试系统设计与实现.docx

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1、聚变堆材料氦气扩散系数测试系统设计与实现聚变堆材料氦气扩散系数测试系统设计与实现摘要：针对研制出的复合材料是否符合应用于核聚变反应堆实验12020年4月19日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。的要求，设计了基于LabVIEW的自动测试系统。以经过模糊控制算法调节气体流量，测试出氦气在反应堆用材料中的扩散系数来评价该材料的性能，以选择更优的材料应用于聚变反应堆中避免反应器的性能下降，测试时能够对测试进程进行远程监控。介绍了测试系统的结构和测试原理，测控系统框架和软件流程，详述了模糊控制算法如何应用于该系统。实验结果表明：所

2、设计的测试系统能比较准确地测出石墨基体上带涂层的样品的扩散系数。关键词：核聚变反应堆；模糊控制；扩散系数；测试系统；LabVIEWDesignandImplementationofTestSystemforHeliumDiffusionCoefficientofMaterialApplicatedinFusionReactor1122WANGZheng-fei,QIANXia-yi,HUANGYan,YUJianAbstract:Inordertotestwhetherthenewlydevelopedmaterialca

3、nbeapplicatedinFusionreactorexperiment,thistestsystemwasdesignedwhichisbasedonLabVIEW.SotheperformanceofmaterialcanbeevaluatedthroughtestingtheHeliumdiffusioncoefficientwithfuzzycontrolalgorithm,andselectamaterialapplicatedinthefusionreactortoavoidperformanceofthe

4、fusionreactorpenalties,theprocesscanberemotelymonitoredduringthetest..Testsystem,testtheory,hardwareframeworksandsoftwareprocessesareintroduced,howthefuzzycontrolalgorithmisapplicatedinthesystemisexpounded.Theexperimentalresultsshowthatthetestsystemcan22020年4月19日文

5、档仅供参考，不当之处，请联系改正。almostaccuratelymeasuretheheliumdiffusioncoefficientofthecoatedgraphitesubstrate.Keywords:fusionreactor；fuzzycontrol;diffusioncoefficient；testsystem；LabVIEW0.引言核聚变反应堆由于其燃料来源充分，放射性废物更少，受到了关注。由于具有耐高温强度、低活性和高断裂韧性，炭炭和碳化硅复合材料适用于聚变反应堆中的第一壁材料[1]。在聚变反应堆中如

6、果氦气渗透过材料进入等离子体中，聚变燃料将会被稀释，辐射的损耗会使等离子体的温度降低，这将严重影响反应器的性能[2]。扩散是指氦气分子在浓度梯度作用下从高浓度区经过各种介质向低浓度区自由迁移达到平衡的一种物理过程，氦气扩散系数的高低是聚变反应堆用材料优劣的主要指标之一，对材料（第一壁石墨）的要求是其氦气扩散系数尽量低。本文中我们设计了一套全自动测试系统来测试材料中的氦气扩散系数以评估聚变堆用材料的性能，同时设计了一套监测软件供局域网内的多名客户实时观测测试进程。1.系统结构和原理聚变堆用材料氦气扩散系数测试系统主要包括质量

7、流量控制器、真空规、数据采集卡、样品测试池、待测样品、真空泵、氦气检漏仪、计算机、各部件电磁阀及管线。真空泵选用英国爱德华（Edwards）公司的RV系列油封旋片泵，其中样品测试池的低32020年4月19日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。真空侧压力测量选用EdwardsAPG100真空规，高真空室压力测量选用EdwardsWRG宽量程真空规，样品测试池中高、低真空侧被样品隔开，同时经过测试池控制阀控制测试池通断，真空规与高真空室相连的分别是氦气检漏仪以及真空泵。氦气检漏仪选用德国普发公司的AdixenASM142，经过

8、RS232串口控制氦气检漏仪并读取氦气透过量。质量流量控制器选用七星华创CS200，经过RS232串口控制和读取气体流量。氦气在聚变堆中被作为冷却剂，因此测试气体选用氦气。为了更准确地测定测试结果，测试前需要对系统抽真空；待高真空侧压力值下降至500Pa以内后关闭真空泵控制阀、真空泵，打开氦气检漏仪，此