[发明专利]一种等离子体进入多极磁阱线圈的控制方法及其控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体物理领域，特别涉及一种能够使等离子体有效进入多极磁 阱线圈的控制方法及其控制系统。

背景技术

等离子体物理是研究等离子体的形成、性质及运动规律的学科。它的应用前景 之一是在受控热核聚变方面，即通过利用具有特殊结构的磁场对高温等离子体进行 约束，从而实现持续的核聚变反应。

在磁约束聚变的设想中，用于约束高温等离子体的磁场位形是关键因素之一。 迄今为止，国际聚变界已提出多种磁约束方法，它们的磁场位形按磁力线的形状分 为开端的磁镜场和闭合的环形位形磁场两类。目前广泛采用的高温核聚变等离子体 准稳态磁约束的方法是环形系统托卡马克和仿星器，并且在托卡马克实验研究上取 得的实质性进展证明了受控热核聚变反应堆的可行性。

多极磁阱磁约束装置作为非托卡马克型受控热核聚变等离子体磁约束的初极 研究装置，与托卡马克、仿星器等磁约束装置相比，具有结构简单、体积小、成本 低、能自动抑制等离子体的互换不稳定性等优点。多极磁阱装置的磁场位形特点是 外部为闭合磁力线围绕形成的磁壳的强磁场区，内部为平均磁感应强度较小的弱磁 场区，进入多极磁阱的等离子体被约束在弱磁场区。等离子进入多极磁阱需要穿越 多极磁阱外部的磁壳，这样会两个不利的影响：一是会减少进入多极磁阱的等离子 体数量；二是即使一部分能量较高的等离子可以进入到磁阱中，但会导致等离子体 的能量损失，从而降低多极磁阱装置的等离子体约束效率，制约了多极磁阱装置的 应用。

在这种背景下，本发明提出了一种使等离子体有效进入多极磁阱线圈的控制方 法及其控制系统。通过使用溜槽线圈系统产生一个与多极磁阱外部的磁壳的磁场方 向相反、大小相等的反向磁场，抵消一定区域内的多极磁阱的磁壳磁场，在多极磁 阱的磁壳上打开一个“缺空”，实现了等离子体顺利注入到多极磁阱中，从而提高 进入多极磁阱中等离子体的数量，减少的等离子体的能量损失。当等离子体全部注 入到磁阱后，关闭溜槽线圈系统，多极磁阱的磁壳恢复到初始闭合状态，将等离子 体约束在磁阱中，防止磁阱中的等离子体由抵消区域逃逸。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷，、提供一种等离子体进入 多极磁阱的方法和系统。实现了对多极磁阱装置的一定区域内外部磁壳磁场的抵消 中和，使等离子体顺利注入到多极磁阱中，提高了进入多极磁阱中等离子体的数量， 并减少了进入磁阱中的等离子体能量损失。

为达上述目的，本发明首先提出了一种等离子体进入多极磁阱线圈的控制方 法，包括以下步骤：

S1：确定溜槽线圈与多极磁阱线圈的相对位置,包括溜槽线圈与多极磁阱线圈 的横向距离d，以及溜槽线圈的轴线与多极磁阱线圈轴线的纵向距离h；

S2：确定溜槽线圈轴线与多极磁阱线圈轴线的夹角θ；

S3：根据所述多极磁阱线圈的半径、匝数、相对位置和多极磁阱线圈中的电流 值计算所述多极磁阱线圈的外部磁壳的通用磁感应强度，并根据注入点位置数据计 算出等离子体注入点的磁感应强度B2；

S4：根据等离子体注入点磁感应强度，结合所述溜槽线圈的结构参数，计算所 述溜槽线圈在注入点处轴线上产生的磁感应强度为B2时所需的电流值；

S5：计算溜槽线圈的启动时刻Tc；

S6：计算溜槽线圈的工作时间Tw。

根据本发明提出的等离子体进入多极磁阱线圈的控制方法，其中，所述夹角θ 的取值范围在15°-30°之间。

根据本发明提出的等离子体进入多极磁阱线圈的控制方法，其中，所述启动时 刻Tc需要满足的条件为：所述溜槽线圈需要在等离子体到达所述溜槽线圈前启动。

根据本发明提出的等离子体进入多极磁阱线圈的控制方法，其中，所述溜槽线 圈的工作时间Tw的计算方法为：

Tw=L+dv]]>

其中v为等离子体的速度，d为溜槽线圈与多极磁阱的距离，L为溜槽线圈的 长度。