[发明专利]一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法

说明书

本发明属于磁约束聚变装置线圈设计领域，具体涉及一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法，螺线管线圈包括：环向场线圈中心柱、螺旋管线圈A组内层绕组、螺旋管线圈B组内层绕组、螺旋管线圈A组外层绕组、螺旋管线圈B组外层绕组，螺旋管线圈A组内层绕组均匀绕制在环向场线圈中心柱上，螺旋管线圈B组内层绕组均匀绕制在环向场线圈中心柱上，螺旋管线圈A组内层绕组与螺旋管线圈B组内层绕组间隔设置，螺旋管线圈A组外层绕组绕制在螺旋管线圈内层绕组上，螺旋管线圈B组外层绕组绕制在螺旋管线圈内层绕组上。本发明能够非常有效地减小螺线管在非轴向方向上产生的杂散场。

技术领域

本发明属于磁约束聚变装置线圈设计领域，具体涉及一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法。

背景技术

托卡马克装置，是一种利用磁场约束等离子体来实现受控核聚变反应的聚变装置，可简要分为磁体系统、真空室和支撑结构等几大部件。磁体系统(也称线圈系统)包含各种线圈，用于产生装置运行所需的特定的磁场。线圈系统中的螺旋管线圈通过电磁感应原理激励起环向电场，用于建立和维持等离子体。

然而，单螺旋的有限长度螺线管必然会产生沿轴线的电流分量，除了在其内部产生轴向磁场，还在其外部产生反轴向的磁场，此外螺线管的引线也会不可避免的引入额外的磁场，这些非环向的磁场被称为杂散场。由于带电粒子倾向于沿磁力线运动，杂散场的存在会影响沿环向的气体击穿物理过程，使得托卡马克装置的放电难度增加，因此实验和物理上要求对中心螺线管的设计进行改进，以产生尽可能少的杂散场。

螺旋管线圈有多种结构，常见有饼式绕制结构、单螺旋结构，但都存在较强的杂散场。

因此，亟待开发一种新型螺旋管线圈，能够有效减少杂散场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法，该线圈针对大尺寸、大电流情况，产生的磁场具有极小杂散场位形，相比其他结构的螺线管，采用本发明的螺线管能够在同等安匝数和外观尺寸的情况下，使得同一位置的杂散场强度下降1到2个量级，非常适合用于对螺线管的杂散场强度极为敏感的应用环境。

实现本发明目的的技术方案：

一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，所述螺线管线圈包括：环向场线圈中心柱、螺旋管线圈A组内层绕组、螺旋管线圈B组内层绕组、螺旋管线圈A组外层绕组、螺旋管线圈B组外层绕组，螺旋管线圈A组内层绕组均匀绕制在环向场线圈中心柱上，螺旋管线圈B组内层绕组均匀绕制在环向场线圈中心柱上，螺旋管线圈A组内层绕组与螺旋管线圈B组内层绕组间隔设置，螺旋管线圈A组外层绕组绕制在螺旋管线圈内层绕组上，螺旋管线圈B组外层绕组绕制在螺旋管线圈内层绕组上。

所述螺旋管线圈B组内层绕组起始处与螺旋管线圈A组内层绕组起始处位于镜像相对位置。

所述螺旋管线圈A组外层绕组与螺旋管线圈A组内层绕组在顶部通过螺旋管线圈内外层绕组连接件连接。

所述螺旋管线圈B组外层绕组与螺旋管线圈B组内层绕组在顶部通过螺旋管线圈内外层绕组连接件连接。

所述螺旋管线圈A组内层、螺旋管线圈A组外层、螺旋管线圈B组内层、螺旋管线圈B组外层绕组上端均焊接有回水端头。

所述螺旋管线圈A组内层绕组和螺旋管线圈B组内层绕组通过夹具固定在环向场线圈中心柱上。

一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈的绕制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤A：将A组内层引线所需的预成型外方内圆铜管按要求排列，包扎绝缘；

步骤B：将步骤A包扎完绝缘的铜管绕制到环向场线圈中心柱上，形成螺旋管线圈A组内层绕组；绕制时预留出B组的绕制空间，绕制完成后，焊接回水端头，并用夹具在不同位置固定铜管，防止反弹；