托卡馬克裝置原理1

1、1托卡馬克裝置o 概述o 托卡馬克工程o 托卡馬克原理21,概述托卡馬克裝置環(huán)向等離子體電流產生極向磁場實現(xiàn)旋轉變換，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3托卡馬克的復雜性電流產生極向磁場，實現(xiàn)旋轉變換而電流輪廓是不能直接控制的，造成了物理的復雜性等離子體參數電流輪廓歐姆加熱輸運因果關系構成閉環(huán)，是一種自組織性4托卡馬克的缺點o 歐姆加熱的弱點：，溫度增加是加熱效率降低不能達到點火要求必須借助于輔助加熱o 脈沖運行：歐姆變壓器必然是脈沖運行的穩(wěn)態(tài)運行需要非感應電流驅動o 聚變中子輻射造成的材料問題5托卡馬克的發(fā)展模式定標律針對ELM, H模的能量約束時間定標律IPB98(

2、y,2)19. 078. 058. 097. 169. 041. 01915. 093. 0298,0562. 0MRPnBIaLtpyth6主要大中型托卡馬克裝置（國外）裝置名稱地點大半徑(m)小半徑(m)磁場(T)電流(MA)特點JT-60UJAERI3.41.14.22.5Q=1.25TFTRPrinceton2.40.85.02.2DT運行JETAbinhdon3.01.253.55.0DT運行DIII DGA1.670.672.11.6長截面T-10Kurchatov1.50.374.50.68Tore SupraCadarache2.370.84.52.0超導磁體ASDEX-UGa

3、rching1.650.53.91.4模FTUFrascati0.930.38.01.3強磁場TEXTOR94Julich1.750.462.80.8雜質問題TCVLausanne0.880.241.40.17截面形狀7球形托卡馬克的進展o 磁場利用率高o 高的比壓和安全因子o 自然偏濾器位形o 無大的破裂o 材料問題更嚴重環(huán)徑比A=R/a, A1.5稱球形托卡馬克球形托卡馬克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l dBNI01RNIB20BB/fNIRaRRNIrRdrdrNIdsRNIa0022000200000)(cos22fRNINL020安培定律磁場均勻時的積分

4、分立線圈產生波紋度圓線圈總磁通圓線圈自感形狀因子10形線圈（純張力線圈）yyyk2/3)1 ( Cxkxdxy22lnln純張力線圈方程解圓線圈受力上下對稱，可以有級數解，形狀接近形，和常數k有關11歐姆變壓器dtdINLdtdE)0()(0tVdtt初級磁通變化產生電動勢等離子體區(qū)的零場條件：需要配置外線圈NIR2INL變壓器的伏秒數：反向磁化12鐵芯變壓器dtdIMdtdILIRdtdIMdtdILViippppppipiii0ppipipippipipiIRMLdtdIMLLdtdIMVppppliLIRdtdILNVU22NrLiNLMiip/plipLNLL2/初級和次級方程在方程中

5、使用漏感磁化電流產生的磁場：假設磁場垂直鐵芯表面13平衡場（成形場）線圈理想的加熱場和平衡場極向場系統(tǒng)平衡形態(tài)計算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)擊穿電場等值線：在水平場垂直場平面15磁體的類型常溫磁體低溫磁體超導磁體穩(wěn)態(tài)磁體脈沖磁體低溫超導高溫超導16磁體的供電脈沖磁體電源：電容儲能（電能）電感儲能（磁能）飛輪機組（機械能）17真空室和抽氣系統(tǒng)對真空系統(tǒng)的要求：，真空性能：超高真空：Pa，電氣性能：高阻材料機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)典型配置真空室內配置：偏濾器(diverter)：減少雜

6、質孔欄 (limiter)：減少等離子體和壁相互作用診斷傳感器：診斷場環(huán)向場極向場滲透時間常數bd021bdbR0)28(ln18孔欄（limiter)和偏濾器(diverter)的偏濾器位形種孔欄和偏濾器極向環(huán)向束19不同裝置上的偏濾器20等離子體分區(qū)核心區(qū)(core region)邊緣區(qū)(boundary region)刪削區(qū)(scrape-off layer)偏濾器區(qū)分支線(separatrix)21加料方法o 吹氣(gas puffing)o 彈丸注入(pellet injection)o 超聲分子束JT-60裝置上的彈丸注入設備為什么要加料？，補充粒子損失，增加等離子體密度，補充燃燒

7、損失（堆）彈丸產生和加速技術22超聲分子束注入技術Laval噴嘴和超聲分子束注入分子束的電離和擴散23輔助加熱和非感應電流驅動Spitzer電阻率)(/ln1065. 151. 02/392mohmTenmeeee例：Zeff=1.5, qaq0=1.5, A=R/a=3, Tmax=0.87Bt4/5 Bt=6 tesla, Tmax=3.6keV歐姆加熱的缺點：加熱方式頻率（能量）功率效率ECRF28-170 GHz2.8 MW30-40 %ICRF25-120 MHz22 MW50-60 %LHRF1.3-8 GHz25 MW45-50 %NBI +80-140 keV40 MW35-45 %N