托卡馬克裝置原理課件

托卡馬克裝置原理1托卡馬克裝置原理121,概述

托卡馬克裝置環(huán)向等離子體電流產(chǎn)生極向磁場實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變換，消除磁場不均勻造成的漂移和粒子損失電流和磁場：平行和反平行21,概述

托卡馬克裝置環(huán)向等離子體電流產(chǎn)生極向磁場實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)3托卡馬克的復(fù)雜性電流產(chǎn)生極向磁場，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變換．而電流輪廓是不能直接控制的，造成了物理的復(fù)雜性．等離子體參數(shù)電流輪廓?dú)W姆加熱輸運(yùn)因果關(guān)系構(gòu)成閉環(huán)，是一種自組織性3托卡馬克的復(fù)雜性電流產(chǎn)生極向磁場，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變換．而電流輪廓4托卡馬克的缺點(diǎn)歐姆加熱的弱點(diǎn)：η∝Ｔ－３／２，溫度增加是加熱效率降低．不能達(dá)到點(diǎn)火要求．必須借助于輔助加熱脈沖運(yùn)行：歐姆變壓器必然是脈沖運(yùn)行的．穩(wěn)態(tài)運(yùn)行需要非感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)．聚變中子輻射造成的材料問題4托卡馬克的缺點(diǎn)歐姆加熱的弱點(diǎn)：η∝Ｔ－３／２，溫度增加是加5托卡馬克的發(fā)展模式－定標(biāo)律針對ELM,H模的能量約束時(shí)間定標(biāo)律IPB98(y,2)5托卡馬克的發(fā)展模式－定標(biāo)律針對ELM,H模的能量約束時(shí)間6主要大中型托卡馬克裝置（國外）裝置名稱地點(diǎn)大半徑(m)小半徑(m)磁場(T)電流(MA)特點(diǎn)JT-60UJAERI3.41.14.22.5Q=1.25TFTRPrinceton2.40.85.02.2DT運(yùn)行JETAbinhdon3.01.253.55.0DT運(yùn)行DIIIDGA1.670.672.11.6長截面T-10Kurchatov1.50.374.50.68ToreSupraCadarache2.370.84.52.0超導(dǎo)磁體ASDEX-UGarching1.650.53.91.4Ｈ模FTUFrascati0.930.38.01.3強(qiáng)磁場TEXTOR94Julich1.750.462.80.8雜質(zhì)問題TCVLausanne0.880.241.40.17截面形狀6主要大中型托卡馬克裝置（國外）裝置名稱地點(diǎn)大半徑小半徑磁場7球形托卡馬克的進(jìn)展磁場利用率高高的比壓和安全因子自然偏濾器位形無大的破裂材料問題更嚴(yán)重環(huán)徑比A=R/a,A<1.5稱球形托卡馬克球形托卡馬克ＭＡＳＴ7球形托卡馬克的進(jìn)展磁場利用率高環(huán)徑比A=R/a,A<1.82,托卡馬克工程：

托卡馬克裝置的配置裝置主體82,托卡馬克工程：

托卡馬克裝置的配置裝置主體9環(huán)向場線圈安培定律磁場均勻時(shí)的積分分立線圈產(chǎn)生波紋度圓線圈總磁通圓線圈自感形狀因子9環(huán)向場線圈安培定律磁場均勻時(shí)的積分分立線圈產(chǎn)生波紋度圓線圈10Ｄ形線圈（純張力線圈）純張力線圈方程解圓線圈受力上下對稱Ｃ＝０，可以有級數(shù)解，形狀接近Ｄ形，和常數(shù)k有關(guān)10Ｄ形線圈（純張力線圈）純張力線圈方程解圓線圈受力上下對稱11歐姆變壓器初級磁通變化產(chǎn)生電動(dòng)勢等離子體區(qū)的零場條件：需要配置外線圈變壓器的伏秒數(shù)：反向磁化11歐姆變壓器初級磁通變化產(chǎn)生電動(dòng)勢等離子體區(qū)的零場條件：需12鐵芯變壓器初級和次級方程在方程中使用漏感磁化電流產(chǎn)生的磁場：假設(shè)磁場垂直鐵芯表面12鐵芯變壓器初級和次級方程在方程中使用漏感磁化電流產(chǎn)生的磁13平衡場（成形場）線圈理想的加熱場和平衡場ＨＬ－２Ａ極向場系統(tǒng)平衡形態(tài)計(jì)算13平衡場（成形場）線圈理想的加熱場和平衡場ＨＬ－２Ａ極向場14誤差矯正場

誤差（雜散）場來源：加工和安裝誤差，引線，不對稱構(gòu)件環(huán)向場極向場加熱場平衡場矯正場垂直場水平場磁場系統(tǒng)ＣＴ－６Ｂ?lián)舸╇妶龅戎稻€：在水平場－垂直場平面14誤差矯正場

誤差（雜散）場來源：加工和安裝誤差，引線，不15磁體的類型常溫磁體低溫磁體超導(dǎo)磁體穩(wěn)態(tài)磁體脈沖磁體低溫超導(dǎo)高溫超導(dǎo)15磁體的類型常溫磁體低溫超導(dǎo)16磁體的供電脈沖磁體電源：電容儲能（電能）電感儲能（磁能）飛輪機(jī)組（機(jī)械能）16磁體的供電脈沖磁體電源：電容儲能（電能）17真空室和抽氣系統(tǒng)對真空系統(tǒng)的要求：１，真空性能：超高真空：Ｐ＜１０－５Pa２，電氣性能：高阻材料機(jī)械泵渦輪分子泵濺射離子泵真空室加料系統(tǒng)真空系統(tǒng)典型配置真空室內(nèi)配置：偏濾器(diverter)：減少雜質(zhì)孔欄(limiter)：減少等離子體和壁相互作用診斷傳感器：診斷場環(huán)向場極向場滲透時(shí)間常數(shù)17真空室和抽氣系統(tǒng)對真空系統(tǒng)的要求：機(jī)械泵渦輪濺射真空室加18孔欄（limiter)和偏濾器(diverter)ＨＬ－２Ａ的偏濾器位形３種孔欄和偏濾器極向環(huán)向束18孔欄（limiter)和偏濾器(diverter)ＨＬ－19不同裝置上的偏濾器19不同裝置上的偏濾器20等離子體分區(qū)核心區(qū)(coreregion)邊緣區(qū)(boundaryregion)刪削區(qū)(scrape-offlayer)偏濾器區(qū)分支線(separatrix)20等離子體分區(qū)核心區(qū)(coreregion)分支線(se21加料方法吹氣(gaspuffing)彈丸注入(pelletinjection)超聲分子束JT-60裝置上的彈丸注入設(shè)備為什么要加料？１，補(bǔ)充粒子損失２，增加等離子體密度３，補(bǔ)充燃燒損失（堆）彈丸產(chǎn)生和加速技術(shù)21加料方法吹氣(gaspuffing)JT-60裝置上的22超聲分子束注入技術(shù)Laval噴嘴和超聲分子束注入分子束的電離和擴(kuò)散22超聲分子束注入技術(shù)Laval噴嘴和超聲分子束注入分子束的23輔助加熱和非感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng)Spitzer電阻率例：Zeff=1.5,qaq0=1.5,A=R/a=3,Tmax=0.87Bt4/5Bt=6tesla,Tmax=3.6keV歐姆加熱的缺點(diǎn)：加熱方式頻率（能量）功率效率ECRF28-170GHz2.8MW30-40%ICRF25-120MHz22MW50-60