计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法。该系统和方法根据发明专利技术人建立的佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流与等离子体分界面压强的数学模型，利用计算获得的佳拉洁雅磁阱磁场的磁感应强度和测量获得的等离子体抗磁电流等参数，就可以依据相应的数学模型计算出佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面处的压强。相比于使用现有技术中的郎缪尔探针和微波干涉仪，该系统和方法具有结构灵活、动态响应好的优点。本发明专利技术只需要通过测量佳拉洁雅磁阱的总抗磁电流，充分考虑在约束线圈周围区域等离子体的接触损失对等离子体总抗磁电流的影响，就可实现对佳拉洁雅磁阱等离子体分界面处压强的精确计算。

【技术实现步骤摘要】
计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法
本专利技术涉及等离子体磁约束领域，具体涉及一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法。
技术介绍
目前，具有代表性的磁约束装置有托卡马克装置和仿星器。托卡马克装置是利用等离子体电流形成的极向磁场和装置本身产生的环形磁场共同作用来实现对等离子体的磁约束。而仿星器则是通过在装置外部放置产生螺旋磁场的线圈以代替有等离子体电流产生的磁场，这样可以避免由等离子体电流变化所造成磁场位形畸变，降低等离子体大破裂的发生。佳拉洁雅磁阱磁约束装置——作为非托卡马克型受控热核聚变等离子体磁约束的初级研究装置——与托卡马克装置、仿星器等磁约束装置相比，具有结构简单、体积小、可控性好、能自动抑制等离子体的互换不稳定性等优点。在磁约束装置中，等离子体的压强表征了等离子体在装置中的分布情况，是后续用于等离子平衡控制的重要参数。等离子体的压强并不能通过直接测量的方式获得，通常是先测量等离子体的密度和等离子体温度，然后根据气体状态方程计算等离子体的压强。目前，托卡马克和仿星器等磁约束装置中通常使用郎缪尔探针和微波干涉仪测量等离子体密度和等离子体温度。郎缪尔探针和微波干涉仪并不适合用来进行等离子体压强的测量。这是因为根据郎缪尔探针工作原理可知，它只能测量某一固定时间内的等离子体温度，更适用于托卡马克和仿星器这种稳态装置，而不适用于工作在脉冲工作方式下的佳拉洁雅磁阱。另外，郎缪尔探针使用时需要插入到等离子体中，这样就会对等离子体造成污染，同时高温等离子体也会损坏探针。而微波干涉仪装置结构复杂，空间分辨率低。因此，如何设计一种适用于佳拉洁雅磁阱装置的等离子体压强测量的系统和方法，可以连续测量等离子体压强，且测量系统的结构简单可靠，成为各方所努力研究的课题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法。相比于使用现有技术中的郎缪尔探针和微波干涉仪，该系统和方法具有结构灵活、动态响应好的优点。利用计算获得的佳拉洁雅磁阱磁场的磁感应强度和测量获得的等离子体抗磁电流等参数，充分考虑在约束线圈周围区域等离子体的接触损失对等离子体总抗磁电流的影响，实现对佳拉洁雅磁阱等离子体分界面处压强的精确计算，避免郎缪尔探针只能测量稳态等离子体温度的缺点，实现对佳拉洁雅磁阱装置中测量等离子体压强连续测量。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统，该系统包括：依次相连的抗磁电流测量模块(10)、抗磁电流分布参数模块(20)、磁场系数计算模块(30)和分界面压强计算模块(40)；佳拉洁雅磁阱的等离子体抗磁电流划分为四个分布区域，分别为S1、S2、S3和S4，其中，分布区域S2和S3具有对称性；分布区域S1、S2、S3和S4的抗磁电流分别为ID1、ID2、ID3和ID4，其中ID1与ID2、ID3和ID4的方向相反；同时，佳拉洁雅磁阱有三个约束线圈，其周围区域划分为Sb2、Sb3、Sb4，其对应的抗磁电流分别为IDb2、IDb3、IDb4，其中，Sb2、Sb3具有对称性；因此，在佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流ID＝ID1-(ID2-IDb2)-(ID3-IDb3)-(ID4-IDb4)；抗磁电流测量模块(10)，包括电流传感器和数字积分器；电流传感器测量在佳拉洁雅磁阱的等离子体各分布区域S1、S2、S4和各约束线圈周围区域Sb2、Sb3、Sb4的等离子体抗磁电流产生的感应电压信号；然后对电流传感器测量到的各感应电压信号进行采样和滤波处理，再经过数字积分器进行数字积分后，就分别计算出了在各分布区域S1、S2、S4中的抗磁电流ID1、ID2、ID4和在各约束线圈周围区域Sb2、Sb3、Sb4中的抗磁电流IDb2、IDb3和IDb4，并发送给抗磁电流分布参数模块(20)；抗磁电流分布参数模块(20)，接收来自于抗磁电流测量模块(10)的各分布区域的抗磁电流ID1、ID2、ID4和各约束线圈周围区域的抗磁电流IDb2、IDb3和IDb4，根据公式1，经过加减法计算，计算出在佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流ID，并发送给分界面压强计算模块(40)；其中，公式1是总抗磁电流表达式；ID＝ID1-2ID2-ID4+2IDb2+IDb4(公式1)；磁场系数计算模块(30)用于：通过对在等离子体分布区域S1、S2、S4中所包含的每个磁面上的磁感应强度B(l)的倒数与磁面周长的乘积进行积分求和，根据公式3，来分别计算出在等离子体分布区域S1、S2、S4中的磁场系数数值K1、K2和K4，并发送给分界面压强计算模块(40)；其中，公式3是磁场系数表达式；其中，n是分布区域S1中所包含的闭合磁面数量；m是分布区域S2中所包含的闭合磁面数量；k是分布区域S4中所包含的闭合磁面数量；i是不小于零的整数；B(l)是各磁面上的磁感应强度；dl是两个相邻的磁面Li和Li+1的位形截面上的微元；分界面压强计算模块(40)用于：根据总抗磁电流与分界面压强的数学模型，代入根据抗磁电流分布参数模块(20)得到的佳拉洁雅磁阱总抗磁电流ID，以及，磁场系数计算模块(30)得到的在等离子体分布区域S1、S2、S4中的磁场系数数值K1、K2和K4，来计算佳拉洁雅磁阱的等离子体分界面压强P0，其中，公式5是佳拉洁雅磁阱总抗磁电流与分界面压强的数学模型；为了达到上述目的，本专利技术提供了一种应用于上述系统的计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的方法，包括以下步骤：步骤A10：电流传感器测量在佳拉洁雅磁阱的等离子体各分布区域S1、S2、S4和各约束线圈周围区域Sb2、Sb3、Sb4的等离子体抗磁电流产生的感应电压信号；抗磁电流测量模块(10)对电流传感器测量到的各感应电压信号进行采样和滤波处理，经过数字积分器进行数字积分后，抗磁电流测量模块(10)就分别计算出了在各分布区域S1、S2、S4中的抗磁电流ID1、ID2、ID4和在各约束线圈周围区域Sb2、Sb3、Sb4中的抗磁电流IDb2、IDb3和IDb4，并发送给抗磁电流分布参数模块(20)；步骤A20：抗磁电流分布参数模块(20)，接收来自于抗磁电流测量模块(10)的各分布区域的抗磁电流ID1、ID2、ID4和各约束线圈周围区域的抗磁电流IDb2、IDb3和IDb4，根据公式1，经过加减法计算，计算出在佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流ID，并发送给分界面压强计算模块(40)；其中，公式1是总抗磁电流表达式；ID＝ID1-2ID2-ID4+2IDb2+IDb4(公式1)；步骤A30：磁场系数计算模块(30)，通过对在等离子体分布区域S1、S2、S4中所包含的每个闭合磁面上的磁感应强度B(l)的倒数进行积分求和，根据公式3，来分别计算出在等离子体分布区域S1、S2、S4中的磁场系数数值K1、K2和K4，并发送给分界面压强计算模块(40)；其中，公式3是磁场系数表达式；其中，n是分布区域S1中所包含的闭合磁面数量；m是分布区域S2中所包含的闭合磁面数量；k是分布区域S4中所包含的闭合磁面数量；i是不小于零的整数；B(l)是各磁面上的磁感应强度；dl是两个相邻的磁面Li和Li+1的位形截面上的微元；步骤A40：分界面压强计算模块(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统，该系统包括：依次相连的抗磁电流测量模块(10)、抗磁电流分布参数模块(20)、磁场系数计算模块(30)和分界面压强计算模块(40)；佳拉洁雅磁阱的等离子体抗磁电流划分为四个分布区域，分别为S1、S2、S3和S4，其中，分布区域S2和S3具有对称性；分布区域S1、S2、S3和S4的抗磁电流分别为ID1、ID2、ID3和ID4，其中ID1与ID2、ID3和ID4的方向相反；同时，佳拉洁雅磁阱有三个约束线圈，其周围区域划分为Sb2、Sb3、Sb4，其对应的抗磁电流分别为IDb2、IDb3、IDb4，其中，Sb2、Sb3具有对称性；因此，在佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流ID＝ID1‑(ID2‑IDb2)‑(ID3‑IDb3)‑(ID4‑IDb4)；其特征在于，抗磁电流测量模块(10)，包括电流传感器和数字积分器；电流传感器测量在佳拉洁雅磁阱的等离子体各分布区域S1、S2、S4和各约束线圈周围区域Sb2、Sb3、Sb4的等离子体抗磁电流产生的感应电压信号；然后对电流传感器测量到的各感应电压信号进行采样和滤波处理，再经过数字积分器进行数字积分后，就分别计算出了在各分布区域S1、S2、S4中的抗磁电流ID1、ID2、ID4和在各约束线圈周围区域Sb2、Sb3、Sb4中的抗磁电流IDb2、IDb3和IDb4，并发送给抗磁电流分布参数模块(20)；抗磁电流分布参数模块(20)，接收来自于抗磁电流测量模块(10)的各分布区域的抗磁电流ID1、ID2、ID4和各约束线圈周围区域的抗磁电流IDb2、IDb3和IDb4，根据公式1，经过加减法计算，计算出在佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流ID，并发送给分界面压强计算模块(40)；其中，公式1是总抗磁电流表达式；ID＝ID1‑2ID2‑ID4+2IDb2+IDb4   (公式1)；磁场系数计算模块(30)，通过对在等离子体分布区域S1、S2、S4中所包含的每个磁面上的磁感应强度B(l)的倒数与磁面周长的乘积进行积分求和，根据公式3，来分别计算出在等离子体分布区域S1、S2、S4中的磁场系数数值K1、K2和K4，并发送给分界面压强计算模块(40)；其中，公式3是磁场系数表达式；...

【技术特征摘要】
1.一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统，该系统包括：依次相连的抗磁电流测量模块(10)、抗磁电流分布参数模块(20)、磁场系数计算模块(30)和分界面压强计算模块(40)；佳拉洁雅磁阱的等离子体抗磁电流划分为四个分布区域，分别为S1、S2、S3和S4，其中，分布区域S2和S3具有对称性；分布区域S1、S2、S3和S4的抗磁电流分别为ID1、ID2、ID3和ID4，其中ID1与ID2、ID3和ID4的方向相反；同时，佳拉洁雅磁阱有三个约束线圈，其周围区域划分为Sb2、Sb3、Sb4，其对应的抗磁电流分别为IDb2、IDb3、IDb4，其中，Sb2、Sb3具有对称性；因此，在佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流ID＝ID1-(ID2-IDb2)-(ID3-IDb3)-(ID4-IDb4)；其特征在于，抗磁电流测量模块(10)，包括电流传感器和数字积分器；电流传感器测量在佳拉洁雅磁阱的等离子体各分布区域S1、S2、S4和各约束线圈周围区域Sb2、Sb3、Sb4的等离子体抗磁电流产生的感应电压信号；然后对电流传感器测量到的各感应电压信号进行采样和滤波处理，再经过数字积分器进行数字积分后，就分别计算出了在各分布区域S1、S2、S4中的抗磁电流ID1、ID2、ID4和在各约束线圈周围区域Sb2、Sb3、Sb4中的抗磁电流IDb2、IDb3和IDb4，并发送给抗磁电流分布参数模块(20)；抗磁电流分布参数模块(20)，接收来自于抗磁电流测量模块(10)的各分布区域的抗磁电流ID1、ID2、ID4和各约束线圈周围区域的抗磁电流IDb2、IDb3和IDb4，根据公式1，经过加减法计算，计算出在佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流ID，并发送给分界面压强计算模块(40)；其中，公式1是总抗磁电流表达式；ID＝ID1-2ID2-ID4+2IDb2+IDb4(公式1)；磁场系数计算模块(30)，通过对在等离子体分布区域S1、S2、S4中所包含的每个磁面上的磁感应强度B(l)的倒数与磁面周长的乘积进行积分求和，根据公式3，来分别计算出在等离子体分布区域S1、S2、S4中的磁场系数数值K1、K2和K4，并发送给分界面压强计算模块(40)；其中，公式3是磁场系数表达式；其中，n是分布区域S1中所包含的闭合磁面数量；m是分布区域S2中所包含的闭合磁面数量；k是分布区域S4中所包含的闭合磁面数量；i是不小于零的整数；B(l)是各磁面上的磁感应强度；dl是两个相邻的磁面Li和Li+1的位形截面上的微元；分界面压强计算模块(40)用于：根据总抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟为明，金显吉，李中伟，林景波，李凤阁，陶宝泉，赵志衡，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23