基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法及装置，该方法包括在托卡马克真空室上安装气体注入装置；将需要注入的气体预先装载到气体注入装置中；将气体注入装置的开关阀触发控制端连接到托卡马克中央控制系统；在等离子体稳定运行时，托卡马克中央控制系统不触发开关阀，气体注入装置不开启；在等离子体即将破裂时，托卡马克中央控制系统触发开关阀开启气体注入装置，气体注入装置向等离子体内注入气体。气体注入装置包括气体存储部件、开关阀及注入管口。本发明专利技术在等离体子要发生破裂时向等离子体注入气体，进入等离子体内的气体使等离子体局部电流扰动引起磁场扰动，从而抑制逃逸电流的形成，避免逃逸流对装置的损害。

Method and device for suppressing escape current based on enhancement of magnetic disturbance by gas injection

The invention discloses a method and device for enhancing the escape current of the magnetic disturbance suppression based on gas injection. The method includes a gas injection device installed on the Tokamak vacuum chamber; the gas needed to be injected into the gas injection device is pre loaded; the trigger control end of the gas injection device is connected to the center of the Tokamak. In the stable operation of the plasma, the central control system of Tokamak does not trigger the switch valve, and the gas injection device does not open; when the plasma is about to break, the central control system of the Tokamak triggers the opening valve to open the gas injection device and the gas injection device inject gas into the plasma. The gas injection device includes a gas storage unit, a switch valve and an injection nozzle. In the present invention, gas is injected into the plasma when the plasmon is broken, and the gas entering the plasma can cause the disturbance of the magnetic field caused by the local current disturbance of the plasma, thus restraining the formation of escape current and avoiding the damage of the escape flow to the device.

【技术实现步骤摘要】
基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法及装置
本专利技术属于磁约束核聚变等离子体破裂防护领域，具体涉及一种利用气体注入增强托卡马克等离子体磁场扰动，引起逃逸电子径向输运损失，抑制破裂期间逃逸电流形成的方法及装置。
技术介绍
托卡马克等离子体破裂对装置安全运行造成的威胁，是阻碍磁约束核聚变发展的关键因素之一。大型托卡马克装置等离子体电流达到兆安量级，等离子体温度达到一亿摄氏度，等离子体储存的内能和电磁能量均达到百兆焦耳量级。托卡马克发生破裂时，等离子体电流的快速下降会导致等离子体环向电场迅速上升。等离子体内电子发生逃逸需要的能量阈值降低，逃逸电子雪崩效应增强，导致破裂时形成大量逃逸电子。这些逃逸电子被磁场约束成为逃逸电流束。由于破裂时感应的环向电场很强，逃逸电子能够加速到接近光速，具有极高的能量。逃逸电流束轰击托克马克真空室壁会严重损伤壁材料。针对破裂期间形成的高能逃逸电子，现有的大量研究探索了相关的缓解方法。大量气体注入(MassiveGasInjection，MGI)是目前研究最为广泛的破裂缓解方法，通过向真空室内注入大量杂质气体，可以增加等离子体的碰撞阻尼力，减缓逃逸电子的加速过程。另外通过共振磁场扰动(RMP)线圈也可以增加磁扰动，抑制逃逸电子的产生。虽然MGI和RMP在现有的大多数托卡马克装置上都取得了一定的破裂缓解效果，但是这些方法并不能完全抑制破裂时逃逸电子的形成。目前大量气体注入的混合效率出现瓶颈，破裂时的等离子体密度只达到抑制逃逸电子雪崩所需理论阈值密度的20％左右。继续提高注气量并不能有效增加等离子体密度，反而会影响真空泵系统安全运行。而且大量杂质注入快速关断等离子体时会感应出很高的环向电场，反而容易导致逃逸电流形成。现阶段的逃逸电流研究实验中，主动注入大量杂质触发破裂甚至成为了产生逃逸电流平台的有效方法。RMP线圈形成的磁扰动强度随着距离的增加迅速衰减。加上等离子体的屏蔽效应，RMP线圈在等离子体内部形成的磁扰动会显著减弱。因此在不同托卡马克装置上利用RMP线圈施加磁扰动抑制逃逸电流的实验中，获得的实验结果存在较大差别，无法可靠抑制破裂期间逃逸电流的形成。未来大型托卡马克装置发生等离子体破裂时，能否用现有方法抑制逃逸电子形成，有效缓解高能逃逸电子轰击造成的危害还无定论。这就向本领域的研究人员提出了一个崭新的课题，如何在逃逸电流形成前有效增强等离子体内的磁扰动，引起逃逸电子种子快速输运损失，阻止逃逸电子加速到更高能量，缓解等离子体破裂时逃逸电子对装置的损害。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供了一种通过气体注入增强磁场扰动增加逃逸电子输运损失的方法以及实现该方法的气体注入装置，可以抑制托卡马克等离子破裂时逃逸电流的形成，避免高能逃逸电子束对真空室部件的损害。为达到上述技术目的，本专利技术采取如下技术方案：基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法，包括：在托卡马克真空室上安装气体注入装置，使气体注入装置尽可能靠近等离子体，所述气体注入装置具有开关阀；将需要注入的气体预先装载到气体注入装置中；将气体注入装置的开关阀触发控制端连接到托卡马克中央控制系统；在破裂预警系统监测到等离子体稳定运行时，托卡马克中央控制系统不触发开关阀，气体注入装置不开启；在破裂预警系统监测到等离子体即将破裂时，托卡马克中央控制系统触发开关阀开启气体注入装置，气体注入装置向等离子体内注入气体。进一步地，所述开关阀的动作时间小于0.1ms。进一步地，在等离子体即将破裂时，托卡马克中央控制系统还根据等离子体的放电参数，控制向等离子体内注入气体的气体量。进一步地，所述气体是托卡马克工作气体或者惰性气体或者托卡马克工作气体与惰性气体组成的混合气体。进一步地，所述的气体注入装置为一个或至少2个，所述气体注入装置安装在真空室的任意环向或极向位置。本专利技术还提供一种托卡马克气体注入装置，包括气体存储部件、开关阀、注入管口，所述气体存储部件位于所述真空室室外，所述开关阀连接在所述气体存储部件与注入管口之间，且所述开关阀的触发端连接至托卡马克中央控制系统。进一步地，所述托卡马克气体注入装置的注入管口垂直于所述等离子体。进一步地，所述托卡马克气体注入装置的气体存储部件为不锈钢腔体，所述注入管口为拉瓦尔喷嘴。进一步地，所述托卡马克气体注入装置的开关阀为具有流量调节功能的电磁阀，所述电磁阀的动作时间小于0.1ms，所述电磁阀的阀瓣开度受托卡马克中央控制系统控制从而调节注入到等离子体内的气体量。本专利技术的工作原理是：托卡马克的破裂预警系统对等离子破裂进行监测，当等离体子即将发生破裂时，托卡马克中央控制系统控制开关阀在等离子体破裂前开启，向等离子体注入气体，进入等离子体内的气体使等离子体发生局部冷却，形成局部电流扰动，局部电流扰动增强了托卡马克内部磁场的扰动，从而增强等离子体内逃逸电子输运损失，降低逃逸电子产生率，避免破裂时形成逃逸电流，进而避免逃逸电流束轰击托卡马克真空室壁损伤壁材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是本专利技术的基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法及装置能更好地避免高能逃逸电子对装置壁造成损伤，保障等离子体破裂过程托卡马克装置的安全。同时，采用本专利技术所述的基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法增强逃逸电子输运损失的同时，也可采用MGI等方法抑制逃逸电子产生，二者相互配合，可以更好地避免高能逃逸电子对装置壁造成损伤，保障破裂过程托卡马克装置的安全。附图说明本专利技术的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，在附图中：图1是未采取本专利技术的方法时托卡马克等离子体破裂形成逃逸电流示意图；图2是采取本专利技术的方法时托卡马克等离子体破裂形成逃逸电流示意图；图3是超声分子束注入阀门向托卡马克真空室注入气体的示意图；图4为本专利技术的工作流程示意图；图中，1-真空室，2-等离子体，3-气体存储部件，4-开关阀，5-注入管口，6-托卡马克中央控制系统，7-气体。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。实施例1本实施方式请参见图1、图2及图4。本实施方式提供的基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法，具体包括以下步骤：101、在托卡马克真空室上安装气体注入装置，使气体注入装置尽可能靠近等离子体；具体而言，在具体实施中，该气体注入装置可以为一个或至少2个，安装位置可以是在真空室的任意环向或极向位置，当设置有多余2个的气体注入装置时，该气体注入装置均匀地安装在真空室的任意环向或极向位置。气体注入装置尽量靠近等离子体，能减少气体从气体注入装置到等离子体的路程，缩短增强等离子磁扰动所需的时间。102、将需要注入的气体预先装载到注入装置中；具体而言，将需要的气体在托卡马克运行之前装载到气体注入装置中。其中，气体可以是托卡马克工作气体，也可以是惰性气体，也可以是托卡马克工作气体与惰性气体组成的混合气体，该混合气体中托卡马克工作气体与惰性气体的配比可以是任意配比，该惰性气体可以为氩气或氦气。103、将注入装置的开关阀触发控制端连接到托卡马克中央控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法，其特征在于：包括：在托卡马克真空室上安装气体注入装置，使气体注入装置尽可能靠近等离子体，所述气体注入装置具有开关阀；将需要注入的气体预先装载到气体注入装置中；将气体注入装置的开关阀触发控制端连接到托卡马克中央控制系统；在破裂预警系统监测到等离子体稳定运行时，托卡马克中央控制系统不触发开关阀，气体注入装置不开启；在破裂预警系统监测到等离子体即将破裂时，托卡马克中央控制系统触发开关阀开启气体注入装置，气体注入装置向等离子体内注入气体。

【技术特征摘要】
1.基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法，其特征在于：包括：在托卡马克真空室上安装气体注入装置，使气体注入装置尽可能靠近等离子体，所述气体注入装置具有开关阀；将需要注入的气体预先装载到气体注入装置中；将气体注入装置的开关阀触发控制端连接到托卡马克中央控制系统；在破裂预警系统监测到等离子体稳定运行时，托卡马克中央控制系统不触发开关阀，气体注入装置不开启；在破裂预警系统监测到等离子体即将破裂时，托卡马克中央控制系统触发开关阀开启气体注入装置，气体注入装置向等离子体内注入气体。2.根据权利要1所述的基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法，其特征在于：所述开关阀的动作时间小于0.1ms。3.根据权利要1所述的基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法，其特征在于：在等离子体即将破裂时，托卡马克中央控制系统还根据等离子体的放电参数，控制向等离子体内注入气体的气体量。4.根据权利要1所述的基于气体注入增强磁扰动抑制逃逸电流的方法，其特征在于：所述气体是托卡马克工作气体或者惰...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠勇，冯威，杨琨，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：四川,51