大功率RF负离子源提高射频效率与离子源结构优化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11775088
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    64.0万
  • 负责人：
    陈德智
  • 依托单位：
    华中科技大学
  • 学科分类：
    A2901.等离子体基本过程与特性
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

High-power RF-driven negative ion source has been recognized as the best choice for neutral beam injection (NBI) system of ITER and other future large fusion experimental devices. It becomes a hotspot in the fusion field and will be of great significances for CFETR (China Fusion Engineering Test Reactor). The RF-driven negative ion source is still far away from meeting the requirements of ITER NBI. It faces lots of challenges, among which the low beam production efficiency (i.e. negative ion density per unit RF power) severely hinders the long-term and steady source operation. Much higher power are demanded to produce specific negative ion current. This project, which bases itself on the principles of RF-driven negative ion source, will propose an analysis about the causes of that low efficiency. It mainly focuses on how to enhance the beam production. A small experimental prototype will be developed. Experimental and theoretical studies are taken as the main methods, with numerical simulation as a supplement, the mechanisms of plasma ignition and transport will be discussed. Furthermore, investigations about the relations between H- or e current and several main factors (RF power coupling modes, driven frequency, magnetic filter and source structure) will be implemented. On the basis of that, an overall optimization scheme for RF driven mode, magnetic filter and expansion chamber will be given. The source performance as well as the operating reliability could then be improved.
射频（RF）激发的大功率强流负离子源已被公认为ITER及未来大型核聚变实验装置中性束注入（NBI）系统的最佳选择，是国际聚变领域研究的热点，对中国聚变工程实验堆的建设具有重要意义。目前NBI射频负离子源技术还存在许多困难，距离ITER的要求尚有较大差距，其中由于射频效率（即单位RF功率产出的负离子束流密度）低下造成的RF功率过高，已成为限制离子源长期稳定可靠运行的严重阻碍。本项目从RF离子源的工作原理出发，分析了可能导致离子源效率下降的因素。以提高射频效率为主要目标，建立小型实验样机，以实验研究和理论分析为主，结合数值模拟，研究等离子体激发与传输的机理，探索RF功率耦合方式、RF频率、过滤磁场、离子源结构等对负离子引出束流和电子电流的影响规律，提出了RF离子源激发方式、过滤磁场和扩展腔结构三位一体的综合优化思想，探讨离子源结构的优化方案，以改善离子源性能，提高其工作可靠性。

结项摘要

本项目针对核聚变装置NBI系统大功率RF负氢离子源，建立一个小型的实验离子源样机，以实验研究和理论分析为主，结合数值模拟，研究RF激发方式、RF频率、扩展腔结构、过滤磁场等对等离子体分布、负离子束流引出以及电子电流引出的影响规律，探寻负离子源结构的优化方法，提高RF负离子源射频效率，降低RF系统的成本，提高其工作可靠性。.主要研究内容：（1）等离子体RF激发方式对负离子源射频效率的影响；（2）RF工作频率对等离子体激发效率与RF负离子源射频效率的影响；（3）过滤磁场与扩展腔结构对等离子体输运特性的影响机制研究，探索高效率的NBI射频负离子源创新方案。.重要结果和科学意义：.（1）提出了离子-离子反鞘层模型解释负氢离子的产生机制，首次揭示了在强负离子发射时存在一个稳定的离子-离子反鞘层。（2）给出了法拉第屏蔽射频场的半解析模型，给出了射频功率穿过法拉第屏蔽的耦合图像。（3）搭建了两台负离子源实验装置。直径分别为300mm的大激励器，和100mm的小激励器。开展了实验参数对等离子体激发影响的实验研究。（4）对三种激励器结构：单圆形、双圆形和跑道型，进行了功率耦合效率因数进行评估。（5）计算了激发态氢分子主量子数为3和4的非解离电离截面，补充了氢分子电离反应的基础数据。（6）对过滤磁场的PIC-MCC模拟研究和实验研究，为过滤磁场的设计提供指导。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（4）
专利数量（1）
Formation of stable inverse sheath in ion-ion plasma by strong negative ion emission
通过强负离子发射在离子-离子等离子体中形成稳定的反鞘层
  • DOI：
    10.1088/1361-6595/aac070
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Plasma Sources Science and Technology
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Zhang Zhe;Wu Bang;Yang Shali;Zhang Ya;Chen Dezhi;Fan Mingwu;Jiang Wei
  • 通讯作者：
    Jiang Wei
RF simulation and improvements of an ion source test facility at HUST
华中科技大学离子源测试设施的射频模拟和改进
  • DOI：
    10.1016/j.fusengdes.2018.05.016
  • 发表时间：
    2018-07
  • 期刊：
    Fusion Engineering and Design
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Zhao Peng;Li Dong;Chen Dezhi;Zuo Chen;Li Xiaofei;Fan Mingwu
  • 通讯作者：
    Fan Mingwu
Beam loss analysis for the negative ion source at HUST
华中科技大学负离子源束流损失分析
  • DOI：
    10.1016/j.fusengdes.2021.112853
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    Fusion Engineering and Design
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Song Fei;Zuo Chen;Li Dong;Chen Dezhi
  • 通讯作者：
    Chen Dezhi
变压器中的电磁能量分布与功率传输
  • DOI：
    10.13245/j.hust.210401
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    华中科技大学学报. 自然科学版
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈德智;刘添亦;李冬
  • 通讯作者：
    李冬
Non-dissociative ionization cross section of the electronically excited H2 and D2 with atomic-limit principal quantum number n = 3 and 4
原子极限主量子数 n = 3 和 4 的电子激发 H2 和 D2 的非离解电离截面
  • DOI：
    10.1016/j.adt.2021.101476
  • 发表时间：
    2021-11
  • 期刊：
    Atomic Data and Nuclear Data Tables
  • 影响因子：
    1.8
  • 作者：
    Li Zengshan;Li Dong;Yang Jinghan;Jiang Xianwu;Jiang Wei;Chen Dezhi
  • 通讯作者：
    Chen Dezhi

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其他文献

技术战略与创新绩效实证研究：以中小企业为例
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  • 通讯作者：
    陈德智
上海制造业R&D人力资源现状分析
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
    陈德智
  • 通讯作者：
    陈德智
企业技术战略与研发投入结构和创新绩效关系研究
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  • 发表时间：
    2014
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    吴庭胜
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  • 发表时间：
    2015
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    颜晓晴;陈德智
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    陈德智
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    吴晓丹;陈德智
  • 通讯作者：
    陈德智

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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