本發(fā)明屬于磁約束聚變裝置高功率中性束注入(nbi)加熱系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及磁約束聚變工程中的中性束注入(nbi)加熱系統(tǒng)注入器概念設(shè)計分析程序包。

背景技術(shù)：

中性束注入(nbi)用以加熱磁約束等離子體，是提高離子溫度或者電子溫度的最有效方法之一，同時nbi也用來驅(qū)動等離子體電流并且控制等離子體性能。nbi注入器研制需要與磁約束實驗裝置及其實驗需求相匹配，不同的裝置需要設(shè)計不同的nbi注入器。注入器的設(shè)計主要包括：注入?yún)?shù)的選擇，幾何布置分析計算，部件的數(shù)值模擬，注入器加工工藝分析，注入器概念設(shè)計和工程設(shè)計。中國環(huán)流器hl-2a裝置正在進(jìn)行升級改造，按照升級改造后的中國環(huán)流器hl-2m裝置的物理目標(biāo)，需要研制3條新的nbi束線，每條nbi加熱束線功率達(dá)到5mw。

中國環(huán)流器hl-1m裝置的nbi加熱系統(tǒng)注入器是從俄羅斯引進(jìn)的，由于注入器與裝置不匹配，nbi加熱實驗不成功。中國環(huán)流器hl-2a裝置的nbi加熱束線注入器是從德國ipp研究所引進(jìn)的，是專門為中國環(huán)流器hl-2a裝置主機研制的，nbi加熱束線與主機匹配，在nbi加熱條件下取得了許多前沿的物理結(jié)果。怎樣設(shè)計與對應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)和物理實驗?zāi)繕?biāo)相匹配的nbi加熱束線注入器至關(guān)重要。需要首先系統(tǒng)考慮磁約束聚變實驗裝置的周邊空間條件，nbi注入窗口尺寸，等離子體尺寸及等離子體密度，確定nbi加熱束線的基本參數(shù)，束的幾何尺寸，粒子能量，束功率，中性化效率。

為了使設(shè)計的新注入器與對應(yīng)的托卡馬克裝置，如中國環(huán)流器hl-2a，中國環(huán)流器hl-2m托卡馬克裝置相匹配，亟需研制一種基于孔型引出離子源的注入器設(shè)計程序，應(yīng)用于磁約束聚變裝置中注入器的設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于孔型引出離子源的注入器設(shè)計程序，為hl-2a，hl-2m等托卡馬克裝置布局和概念設(shè)計中性束注入加熱束線的核心設(shè)備—注入器提供分析計算程序包。

為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種基于孔型引出離子源的注入器設(shè)計程序，應(yīng)用于磁約束聚變裝置中注入器的設(shè)計，包括以下方面：

(1)界面設(shè)計

注入器設(shè)計程序的人機交互界面模塊包括4個界面：nbi注入窗口和電極孔分布計算界面、等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面、孔引出4離子源束幾何計算程序界面、注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面；

上述4個界面都由腳本語言編寫，每個界面都分別包括參數(shù)輸入?yún)^(qū)，參數(shù)輸出區(qū)和圖形顯示區(qū)；根據(jù)參數(shù)輸入?yún)^(qū)中的輸入?yún)?shù)進(jìn)行計算，得到參數(shù)輸出區(qū)的輸出參數(shù)；

(2)nbi注入窗口和電極孔分布計算界面

(2.1)界面基本區(qū)域

(2.1.1)在該界面中，圖形顯示區(qū)包括三部分，分別是：

hl-2m的設(shè)計水冷引出電極的孔分布示意圖；

hl-2a的非水冷引出電極的孔分布示意圖；

hl-2m的nbi注入窗口的幾何參數(shù)示意圖；在hl-2m的nbi注入窗口的幾何參數(shù)示意圖中，幾何參數(shù)包括注入角、束寬度、傾斜角、捕獲長度；

(2.1.2)參數(shù)輸入?yún)^(qū)包括三部分，分別是：

hl-2m的設(shè)計水冷引出電極的初始幾何參數(shù)：引出電流大小、電極的初始透明率、引出電流的初始密度、電極形狀、電極水平半徑、電極孔半徑、水冷管直徑、水冷管布置方向；

hl-2a的非水冷引出電極的初始幾何參數(shù)：引出電流、電極透明率、引出面積、電極孔半徑、引出電極半徑、電極孔間距；

hl-2m的基本工程設(shè)計參數(shù)：托克馬克裝置內(nèi)壁半徑、托克馬克裝置外壁半徑、托克馬克裝置的大半徑、托克馬克裝置的小半徑、nbi注入窗口的深度、nbi注入窗口的傾斜角、托克馬克裝置的等離子體密度、tf線圈寬度、nbi注入窗口的寬度、nbi束的傾斜角、nbi能量、tf線圈數(shù)量、窗口角度、nbi束的類型；

(2.1.3)參數(shù)輸出區(qū)包括兩部分，分別是：

hl-2m的設(shè)計水冷引出電極的用于分析計算的幾何參數(shù)：引出電極的面積、引出電極的半高、水平方向的電極孔數(shù)、電極的透明率、豎直方向的電極孔間距、水平方向的電極孔間距、半高方向的電極孔數(shù)、束密度、總孔數(shù)；

hl-2m的nbi加熱系統(tǒng)的可行性參數(shù)：nbi注入角、最大nbi束寬度、沿注入方向的等離子體邊界到等離子體中心之間的距離、捕獲長度、注入窗口邊界到等離子體中心之間的距離、注入窗口在托克馬克裝置中的相對坐標(biāo)；

(2.2)該界面與其他界面之間的聯(lián)系按鈕

在腳本語言程序中輸入主程序名稱，進(jìn)入程序第一個運行界面——nbi注入窗口和電極孔分布計算界面，其它三個運行界面通過設(shè)置在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面上的命令按鈕給出，在其它三個運行界面中都設(shè)置一個返回 按鈕返回到第一個運行界面；三個命令按鈕分別是等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面按鈕、孔引出4離子源束幾何計算程序界面按鈕、注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面按鈕；

(3)程序計算流程

(3.1)根據(jù)nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中參數(shù)輸入?yún)^(qū)中hl-2m的基本工程設(shè)計參數(shù)計算右側(cè)輸出區(qū)的hl-2m的nbi加熱系統(tǒng)的可行性參數(shù)及其對應(yīng)的圖形顯示；

(3.2)根據(jù)nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中參數(shù)輸入?yún)^(qū)中hl-2m的設(shè)計水冷引出電極的初始幾何參數(shù)和hl-2a中非水冷引出電極的初始幾何參數(shù)計算設(shè)計水冷引出電極的用于分析計算的幾何參數(shù)以及圖形顯示區(qū)中對應(yīng)的設(shè)計水冷引出電極的孔分布示意圖、非水冷引出電極的孔分布示意圖；

(3.3)在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中，通過點擊等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面按鈕，進(jìn)入等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面；

(3.4)在等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面中包括參數(shù)輸入?yún)^(qū)、參數(shù)輸出區(qū)和圖形顯示區(qū)；

(3.4.1)參數(shù)輸入?yún)^(qū)包括兩部分，分別是：

左側(cè)輸入?yún)^(qū)，包括離子源初始設(shè)計參數(shù)：引出電壓、弧放電效率、放電室內(nèi)壁磁極磁場強度、會切磁極間隙寬度、放電室深度、放電室燈絲間隙、燈絲直徑、等離子體的初始電子溫度、等離子體的初始離子溫度、放電室的等離子體密度；

右側(cè)輸入?yún)^(qū)，包括氣靶厚度和nbi束參數(shù)：nbi束的離子能量、中性化氣靶厚度、等離子中h1的比例、等離子中h2的比例、漂移管道的氣靶厚度、不同氫族圖形輸出選擇參數(shù)；

(3.4.2)參數(shù)輸出區(qū)包括兩部分，分別是：

左側(cè)輸出區(qū)，包括離子源實際輸出參數(shù)：放電室水平方向的腔體寬度、放電室垂直方向的高度、會切磁極數(shù)量、放電室腔體體積、等離子體體積、放電室腔體的內(nèi)壁面積、磁極損失面積、燈絲數(shù)量、離子損失面積、離子源引出束流密度、放電電流、引出束功率、0℃和3000k下的燈絲并聯(lián)電阻、燈絲電流、等離子體質(zhì)子比；

右側(cè)輸出區(qū)，包括束成分和中性化效率參數(shù)：全能h1原子的比例、全能h2分子的比例、半能h1原子的比例、三分之一能量的h1原子的比例、三分之二能量的h2分子的比例、中性化效率；全能h1離子的比例、全能h2的比例、全能h3離子的比例、半能h1離子的比例、三分之一能量的h1離子的比例、三分之二能量的h2的比例；

(3.4.3)圖形顯示區(qū)包括四部分，分別是：

等離子體密度對應(yīng)質(zhì)子比的關(guān)系示意圖；

不同氫族的中性化氣靶厚度和離子成分的比例示意圖；

不同的中性化氣靶厚度下對應(yīng)中性化效率的示意圖；

不同的漂移管道的氣靶厚度下對應(yīng)的再電離損失示意圖；

(3.5)在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中，點擊進(jìn)入孔引出4離子源束幾何計算程序界面的按鈕有兩個，分別為進(jìn)入需要設(shè)計的h2-m的水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面按鈕，進(jìn)入需要設(shè)計的h2-a的非水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面按鈕；

(3.5.1)在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中點擊進(jìn)入需要設(shè)計的h2-m的水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面按鈕

(3.5.1.1)在需要設(shè)計的h2-m的水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面中：參數(shù)輸入?yún)^(qū)為輸入nbi參數(shù)：4個離子源的小孔束發(fā)散角和總的束功率、離子源布局參數(shù)、需要計算的位置距離離子源引出面縱向位置之間的距離參數(shù)；

參數(shù)輸出區(qū)為輸出nbi參數(shù)：4個離子源的總束發(fā)散角、1/e半寬度、最大功率密度、最大功率密度位置；總的4個離子源的最大功率密度、水平方向焦距和垂直方向焦距；

圖形顯示區(qū)：每個離子源的束功率分布示意圖；4個離子源的總的束功率分布示意圖；

(3.5.1.2)在需要設(shè)計的h2-m的水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面中，通過點擊注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面按鈕，進(jìn)入注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面；

在注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面中，參數(shù)輸入?yún)^(qū)包括兩部分：

總的nbi束參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包括束電流大小、束能量大小、小孔引出束的發(fā)散角、離子類型、離子比例；

關(guān)鍵部件的參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包括中性化室、偏轉(zhuǎn)磁體、束邊緣刮削器、量熱靶、注入漂移管道的幾何參數(shù)；

參數(shù)輸出區(qū)為不同關(guān)鍵部件的幾何參數(shù)、輸出功率、損失功率比例；

圖形顯示區(qū)為不同關(guān)鍵部件的束功率密度分布示意圖；

(3.5.2)在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中點擊進(jìn)入需要設(shè)計的h2-a的非水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面按鈕；

(3.5.2.1)在需要設(shè)計的h2-a的非水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面中：參數(shù)輸入?yún)^(qū)為輸入nbi參數(shù)：4個離子源的小孔束發(fā)散角和總的束功率、離子源布局參數(shù)、需要計算的位置距離離子源引出面縱向位置之間的距離參數(shù)；

參數(shù)輸出區(qū)為輸出nbi參數(shù)：4個離子源的總束發(fā)散角、1/e半寬度、最大功率密度、最大功率密度位置；總的4個離子源的最大功率密度、水平方向焦距和垂直方向焦距；

圖形顯示區(qū)：每個離子源的束功率分布示意圖；4個離子源的總的束功率分布示意圖；

(3.5.2.2)在需要設(shè)計的h2-a的非水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面中，通過點擊注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面按鈕，進(jìn)入注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面；

在注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面中，參數(shù)輸入?yún)^(qū)包括兩部分：

總的nbi束參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包括束電流大小、束能量大小、小孔引出束的發(fā)散角、離子類型、離子比例；

關(guān)鍵部件的參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包括中性化室、偏轉(zhuǎn)磁體、束邊緣刮削器、量熱靶、注入漂移管道的幾何參數(shù)；

參數(shù)輸出區(qū)為不同關(guān)鍵部件的幾何參數(shù)、輸出功率、損失功率比例。

進(jìn)一步的，如上所述的一種基于孔型引出離子源的注入器設(shè)計程序，4個界面都由腳本語言matlab編寫。

本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果在于：

(1)通過實驗結(jié)果驗證后，用此程序包完成了hl-2m裝置第1條5mw-nbi加熱束線nb注入器的初步概念設(shè)計和核心部件布局，為最終的注入器研制提供了基本數(shù)據(jù)。

(2)該程序可以直接用于概念設(shè)計其它大中型托卡馬克實驗裝置的nbi加熱束線核心設(shè)備，包括桶式熱陰極離子源，還可以用此程序包概念設(shè)計磁約束實驗裝置的診斷中性束注入器。

(3)通過擴展高能負(fù)離子束在中性氣體中的粒子轉(zhuǎn)換物理模型后，該程序可以用于將來聚變工程實驗堆的nbi加熱束線核心設(shè)備的概念設(shè)計。

附圖說明

圖1為nbi引出電極和注入窗口界面；

圖2為等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面；

圖3為孔引出4離子源束幾何計算程序界面；

圖4為注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面。

具體實施方式

下面通過附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明一種基于孔型引出離子源的注入器設(shè)計程序，應(yīng)用于磁約束聚變裝置中注入器的設(shè)計，包括以下方面：

(1)界面設(shè)計

注入器設(shè)計程序的人機交互界面模塊包括4個界面：nbi注入窗口和電極孔分布計算界面、等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面、孔引出4離子源束幾何計算程序界面、注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面；

上述4個界面都由腳本語言編寫，每個界面都分別包括參數(shù)輸入?yún)^(qū)，參數(shù)輸出區(qū)和圖形顯示區(qū)；根據(jù)參數(shù)輸入?yún)^(qū)中的輸入?yún)?shù)進(jìn)行計算，得到參數(shù)輸出區(qū)的輸出參數(shù)；

在本實施里中，開發(fā)平臺為matlanb平臺，采用腳本語言編制了nbi工程分析計算程序，包括窗口幾何規(guī)劃程序，引出電極分布計算程序，離子源計算程序，束成分以及中性化效率計算程序，束幾何布局，功率密度分布計算以及注入器主要部件的分析計算程序。

通過matlab腳本語言編制的人機交互界面調(diào)整注入器核心部件的基本布 局和尺寸，根據(jù)輸入?yún)?shù)分析計算注入器設(shè)計必須的幾何布局參數(shù)，束功率傳輸效率，部件截獲束功率等參數(shù)。根據(jù)設(shè)計結(jié)果，結(jié)合ansys，cst軟件完成注入器的概念設(shè)計。

程序界面均直接由腳本語言編寫，運行非常簡單，只需運行matlab，然后在命令窗口輸入nbicao，按enter鍵后出現(xiàn)程序第一個運行界面，即nbi注入窗口和電極孔分布計算界面，功能界面分為三部分，參數(shù)輸入?yún)^(qū)，參數(shù)輸出區(qū)和圖形顯示區(qū)，其它運行界面由界面上放置的命令按鈕給出。

(2)nbi注入窗口和電極孔分布計算界面

(2.1)界面基本區(qū)域

(2.1.1)在該界面中，圖形顯示區(qū)包括三部分，分別是：

hl-2m的設(shè)計水冷引出電極的孔分布示意圖；

hl-2a的非水冷引出電極的孔分布示意圖；

hl-2m的nbi注入窗口的幾何參數(shù)示意圖；在hl-2m的nbi注入窗口的幾何參數(shù)示意圖中，幾何參數(shù)包括注入角、束寬度、傾斜角、捕獲長度；

(2.1.2)參數(shù)輸入?yún)^(qū)包括三部分，分別是：

hl-2m的設(shè)計水冷引出電極的初始幾何參數(shù)：引出電流大小、電極的初始透明率、引出電流的初始密度、電極形狀、電極水平半徑、電極孔半徑、水冷管直徑、水冷管布置方向；

hl-2a的非水冷引出電極的初始幾何參數(shù)：引出電流、電極透明率、引出面積、電極孔半徑、引出電極半徑、電極孔間距；

hl-2m的基本工程設(shè)計參數(shù)：托克馬克裝置內(nèi)壁半徑、托克馬克裝置外壁半徑、托克馬克裝置的大半徑、托克馬克裝置的小半徑、nbi注入窗口的深度、nbi 注入窗口的傾斜角、托克馬克裝置的等離子體密度、tf線圈寬度、nbi注入窗口的寬度、nbi束的傾斜角、nbi能量、tf線圈數(shù)量、窗口角度、nbi束的類型；

(2.1.3)參數(shù)輸出區(qū)包括兩部分，分別是：

hl-2m的設(shè)計水冷引出電極的用于分析計算的幾何參數(shù)：引出電極的面積、引出電極的半高、水平方向的電極孔數(shù)、電極的透明率、豎直方向的電極孔間距、水平方向的電極孔間距、半高方向的電極孔數(shù)、束密度、總孔數(shù)；

hl-2m的nbi加熱系統(tǒng)的可行性參數(shù)：nbi注入角、最大nbi束寬度、沿注入方向的等離子體邊界到等離子體中心之間的距離、捕獲長度、注入窗口邊界到等離子體中心之間的距離、注入窗口在托克馬克裝置中的相對坐標(biāo)；

(2.2)該界面與其他界面之間的聯(lián)系按鈕

在腳本語言程序中輸入主程序名稱，進(jìn)入程序第一個運行界面——nbi注入窗口和電極孔分布計算界面，其它三個運行界面通過設(shè)置在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面上的命令按鈕給出，在其它三個運行界面中都設(shè)置一個返回按鈕返回到第一個運行界面；三個命令按鈕分別是等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面按鈕、孔引出4離子源束幾何計算程序界面按鈕、注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面按鈕；

(3)程序計算流程

(3.1)根據(jù)nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中參數(shù)輸入?yún)^(qū)中hl-2m的基本工程設(shè)計參數(shù)計算右側(cè)輸出區(qū)的hl-2m的nbi加熱系統(tǒng)的可行性參數(shù)及其對應(yīng)的圖形顯示；

(3.2)根據(jù)nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中參數(shù)輸入?yún)^(qū)中hl-2m的設(shè)計水冷引出電極的初始幾何參數(shù)和hl-2a中非水冷引出電極的初始幾何參數(shù) 計算設(shè)計水冷引出電極的用于分析計算的幾何參數(shù)以及圖形顯示區(qū)中對應(yīng)的設(shè)計水冷引出電極的孔分布示意圖、非水冷引出電極的孔分布示意圖；

(3.3)在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中，通過點擊等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面按鈕，進(jìn)入等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面；

(3.4)在等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面中包括參數(shù)輸入?yún)^(qū)、參數(shù)輸出區(qū)和圖形顯示區(qū)；

(3.4.1)參數(shù)輸入?yún)^(qū)包括兩部分，分別是：

左側(cè)輸入?yún)^(qū)，包括離子源初始設(shè)計參數(shù)：引出電壓、弧放電效率、放電室內(nèi)壁磁極磁場強度、會切磁極間隙寬度、放電室深度、放電室燈絲間隙、燈絲直徑、等離子體的初始電子溫度、等離子體的初始離子溫度、放電室的等離子體密度；

右側(cè)輸入?yún)^(qū)，包括氣靶厚度和nbi束參數(shù)：nbi束的離子能量、中性化氣靶厚度、等離子中h1的比例、等離子中h2的比例、漂移管道的氣靶厚度、不同氫族圖形輸出選擇參數(shù)；

(3.4.2)參數(shù)輸出區(qū)包括兩部分，分別是：

左側(cè)輸出區(qū)，包括離子源實際輸出參數(shù)：放電室水平方向的腔體寬度、放電室垂直方向的高度、會切磁極數(shù)量、放電室腔體體積、等離子體體積、放電室腔體的內(nèi)壁面積、磁極損失面積、燈絲數(shù)量、離子損失面積、離子源引出束流密度、放電電流、引出束功率、0℃和3000k下的燈絲并聯(lián)電阻、燈絲電流、等離子體質(zhì)子比；

右側(cè)輸出區(qū)，包括束成分和中性化效率參數(shù)：全能h1原子的比例、全能h2分子的比例、半能h1原子的比例、三分之一能量的h1原子的比例、三分之二能量的h2分子的比例、中性化效率；全能h1離子的比例、全能h2的比例、全 能h3離子的比例、半能h1離子的比例、三分之一能量的h1離子的比例、三分之二能量的h2的比例；

(3.4.3)圖形顯示區(qū)包括四部分，分別是：

等離子體密度對應(yīng)質(zhì)子比的關(guān)系示意圖；

不同氫族的中性化氣靶厚度和離子成分的比例示意圖；

不同的中性化氣靶厚度下對應(yīng)中性化效率的示意圖；

不同的漂移管道的氣靶厚度下對應(yīng)的再電離損失示意圖；

(3.5)在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中，點擊進(jìn)入孔引出4離子源束幾何計算程序界面的按鈕有兩個，分別為進(jìn)入需要設(shè)計的h2-m的水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面按鈕，進(jìn)入需要設(shè)計的h2-a的非水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面按鈕；

(3.5.1)在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中點擊進(jìn)入需要設(shè)計的h2-m的水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面按鈕

(3.5.1.1)在需要設(shè)計的h2-m的水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面中：參數(shù)輸入?yún)^(qū)為輸入nbi參數(shù)：4個離子源的小孔束發(fā)散角和總的束功率、離子源布局參數(shù)、需要計算的位置距離離子源引出面縱向位置之間的距離參數(shù)；

參數(shù)輸出區(qū)為輸出nbi參數(shù)：4個離子源的總束發(fā)散角、1/e半寬度、最大功率密度、最大功率密度位置；總的4個離子源的最大功率密度、水平方向焦距和垂直方向焦距；

圖形顯示區(qū)：每個離子源的束功率分布示意圖；4個離子源的總的束功率分布示意圖；

(3.5.1.2)在需要設(shè)計的h2-m的水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面中，通過點擊注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面按鈕，進(jìn)入注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面；

在注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面中，參數(shù)輸入?yún)^(qū)包括兩部分：

總的nbi束參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包括束電流大小、束能量大小、小孔引出束的發(fā)散角、離子類型、離子比例；

關(guān)鍵部件的參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包括中性化室、偏轉(zhuǎn)磁體、束邊緣刮削器、量熱靶、注入漂移管道的幾何參數(shù)；

參數(shù)輸出區(qū)為不同關(guān)鍵部件的幾何參數(shù)、輸出功率、損失功率比例；

圖形顯示區(qū)為不同關(guān)鍵部件的束功率密度分布示意圖；

(3.5.2)在nbi注入窗口和電極孔分布計算界面中點擊進(jìn)入需要設(shè)計的h2-a的非水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面按鈕；

(3.5.2.1)在需要設(shè)計的h2-a的非水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面中：參數(shù)輸入?yún)^(qū)為輸入nbi參數(shù)：4個離子源的小孔束發(fā)散角和總的束功率、離子源布局參數(shù)、需要計算的位置距離離子源引出面縱向位置之間的距離參數(shù)；

參數(shù)輸出區(qū)為輸出nbi參數(shù)：4個離子源的總束發(fā)散角、1/e半寬度、最大功率密度、最大功率密度位置；總的4個離子源的最大功率密度、水平方向焦距和垂直方向焦距；

圖形顯示區(qū)：每個離子源的束功率分布示意圖；4個離子源的總的束功率分布示意圖；

(3.5.2.2)在需要設(shè)計的h2-a的非水冷引出電極的離子源束幾何計算程序界面中，通過點擊注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面按鈕，進(jìn)入注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面；

在注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面中，參數(shù)輸入?yún)^(qū)包括兩部分：

總的nbi束參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包括束電流大小、束能量大小、小孔引出束的發(fā)散角、離子類型、離子比例；

關(guān)鍵部件的參數(shù)輸入?yún)^(qū)：包括中性化室、偏轉(zhuǎn)磁體、束邊緣刮削器、量熱靶、注入漂移管道的幾何參數(shù)；

參數(shù)輸出區(qū)為不同關(guān)鍵部件的幾何參數(shù)、輸出功率、損失功率比例。

整個程序計算流程為：①首先計算對應(yīng)托卡馬克裝置幾何參數(shù)的nbi注入窗口，該窗口數(shù)據(jù)將為離子源引出區(qū)域提供參考數(shù)據(jù)，包括束寬度，束俘獲長度，注入角等；②根據(jù)引出參數(shù)計算孔型引出電極的孔分布；③根據(jù)孔分布計算束的功率密度分布，計算等離子體發(fā)生器的放電參數(shù)以及束質(zhì)子比；④根據(jù)源引出束的質(zhì)子比計算束的中性化效率、束成分比例；⑤沿注入方向計算任意位置的束功率密度分布；⑥計算注入器主要部件的幾何參數(shù)，束功率密度，束功率截獲比例，先后計算：中性化管道，偏轉(zhuǎn)磁鐵，長脈沖量熱靶(瞬態(tài)量熱靶)，前刮削器，短脈沖量熱靶(慣性量熱靶)，后刮削器，注入漂移管道。

從程序功能上，程序以幾何算法為核心，分析計算了離子源的電極孔分布，離子源幾何結(jié)構(gòu)，注入窗口規(guī)劃，束中性化及束成分，束功率密度分布，注入器主要部件的結(jié)構(gòu)分析。盡管程序沒有涉及深入的物理模型，包括電磁特性問題，如離子源的磁位形優(yōu)化，偏轉(zhuǎn)磁鐵的束偏轉(zhuǎn)，離子吞食器，注入器真空特性和流體熱交換問題，但是程序幾乎包含了注入器概念設(shè)計所關(guān)心的大部分?jǐn)?shù)據(jù)，特別是幾何布局，束的幾何光學(xué)等。

圖1顯示的nbi引出電極和注入窗口界面中，左邊為電極孔分布計算，中間為電極引出孔分布顯示區(qū)(上為擬設(shè)計電極孔分布，下為hl-2a裝置nbi離子源引出電極空分布)，右邊為托卡馬克裝置nbi注入窗口計算和圖形顯示區(qū)。 界面中給出了相應(yīng)的命令按鈕。

圖2為等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面；單擊電極孔分布計算和注入窗口規(guī)劃界面中的電極參數(shù)輸出區(qū)左下角的arcsource按鈕，將輸出等離子體發(fā)生器和引出束成分分析界面。界面中左半部分為等離子體發(fā)生器的操作界面，右半部分為粒子成分操作界面。另外界面上放置了一個返回按鈕，單擊此按鈕，界面返回nbi引出電極和注入窗口界面。界面中，左邊為會切磁位形結(jié)構(gòu)等離子體發(fā)生器分析計算區(qū)，右邊為中性氣靶中粒子轉(zhuǎn)換特性分析區(qū)。

圖3為孔引出4離子源束幾何計算程序界面；單擊nbi引出電極和注入窗口界面中的按鈕hl_2mbeamline或者h(yuǎn)l_2abeamline進(jìn)入孔引出4離子源束幾何計算程序界面，該界面主要是分析對應(yīng)離子源引出電極的4個束的幾何布局、束功率分布，束寬度等束參數(shù)。受界面空間限制，圖形區(qū)沒有全部顯示4個離子源引出束的1維束功率分布。圖形區(qū)顯示的圖共有7個子圖，左邊底部的兩個子圖為，在對應(yīng)縱向位置z處，1#離子源引出束的x方向和y方向束功率密度分布，其它1維圖分別是2#，3#以及4#離子源引出束的x方向束功率分布。界面右邊的上圖為幾何匯聚束的3維束功率密度曲面圖，下圖為等高線圖，等高線的値需要移動鼠標(biāo)給出。界面右下角放置的一個plot按鈕，主要是用于單獨顯示幾何匯聚束的3維束功率密度曲面圖和等高線圖。界面右上角放置了兩個按鈕，最上面按鈕return是返回離子源電極孔分布計算和注入窗口規(guī)劃界面的按鈕，返回按鈕下面的按鈕comp…是用于進(jìn)入注入器關(guān)鍵部件幾何分析界面。