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等离子体与壁的相互作用显著影响托卡马克运行状态,液态锂第一壁对于改善等离子体约束,提高等离子体品质具有重要的作用。开展液态锂第一壁研究对于保障EAST装置稳态运行,获得长脉冲、高能量密度的等离子体放电具有重要意义。液态锂限制器具有结构相对简单、可维护性高的特点成为EAST液态锂实验的首要选择。 本文首先介绍了EAST液态锂限制器系统的整体布局设计,基于EAST水平窗口的集成状况,液态锂限制器计划安装于H窗口。为节约周围空间,简化注锂控制流程,本轮液态锂限制器采用锂箱内置方案。模头是限制器系统的关键功能部件,液态锂在其表面的流动均匀性是设计研究的重点。根据对液态锂的约束方式不同,本文共介绍了两种类型模头设计方案,分别依靠CPS网的毛细力以及分子间作用力来抑制实验过程中因MHD引起的锂发射。考虑到液态锂的活泼化学性质,设计了温控阀来实现锂供给管道的迅速关停,用做托卡马克故障工况下的系统保护。 液态锂限制器工作在真空室内,在等离子体运行过程中承受复杂的电磁、热等载荷。通过有限元软件ANSYS模拟分析了MD工况下限制器模头上的涡流及电磁力分布,基于电磁力检验了限制器在MD下的结构稳定性。通过流体-传热分析,研究了在不同热流密度下模头表面的温升特性,获得了模头及温控阀的冷却流体基本参数。 最后,通过试验件加工探索了模头加工工艺,掌握了真空钎焊、CPS安装等关键技术。通过模头实验平台对不同模头在高真空环境中的液态锂流动性能进行了研究,总结设计经验为后续的EAST液态锂限制器提供技术支持。