用于减少非期望的涡流的系统和方法技术方案

用以减小例如由FRC到约束室中的平移所感生的在导电结构中的非期望的涡流的振幅而同时使有益涡流不受影响的系统和方法。这是通过在等离子体平移到约束室中之前在相同导电结构中感生相反电流而实现的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少非期望的涡流的系统和方法
本文中描述的主题一般地涉及磁等离子体约束系统，并且更特别地涉及促进非期望的涡流的抵消的系统和方法。
技术介绍
反场构型（FRC）属于称为紧凑等离子体环（CT）的磁等离子体约束拓扑的种类。其显示出突出地极向的磁场并拥有零或小的自生环向场（参见M.Tuszewski，Nucl.Fusion28，2033（1988））。形成FRC的传统方法使用反场θ-箍缩技术，产生热的高密度等离子体（参见A.L.Hoffman等人，Nucl.Fusion33，27（1993））。这个的变体是平移俘获方法，其中在θ-箍缩“源”中产生的等离子体被或多或少地立即从一端向外喷射到约束室中。平移的等离子粒团然后被在该室的端处的两个强反射镜之间俘获（参见例如H.Himura等人，Phys.Plasmas2，191（1995））。在过去的十年中已经取得显著进展，开发了其它FRC形成方法：利用相反定向的螺旋性（参见例如Y.Ono等人，Nucl.Fusion39，2001（1999））以及通过用也提供附加稳定性的旋转磁场（RMF）驱动电流（参见例如I.R.Jones，Phys.Plasmas6，1950（1999））来合并球马克。最近，很久以前提出的碰撞合并技术（参见例如D.R.Wells，Phys.Fluids9，1010（1966））已被显著地进一步开发：在约束室的相对端处的两个分离的θ-箍缩同时产生两个等离子粒团并使等离子粒团以高速度朝着彼此加速；它们然后在约束室的中心处碰撞并合并以形成复合FRC。在到目前为止的最大FRC实验中的一个的构造和成功操作中，常规的碰撞合并方法被显示产生稳定、寿命长、高通量、高温的FRC（参见例如M.Binderbauer等人，Phys.Rev.Lett.105，045003（2010））。当FRC平移至约束区段中时，其在其附近内的任何导电（conducting）结构（例如容器壁或导电的在容器中的组件）中感生涡流。这些涡流影响等离子体状态并随时间过去而衰减（decay），从而促成等离子体的连续演化并防止任何稳态直至涡流已经衰减至可忽略量为止。如果导电结构不是轴对称的（情况一般是这样），则涡流破坏FRC的轴对称性。总的来说，此类平移感生的涡流是非期望的。其初始激发对等离子体形状施加约束，并且从而限制导电结构提供等离子体不稳定性的被动稳定的能力，并且其随时间过去的衰减通过甚至在不存在等离子体不稳定性时要求连续补偿而使等离子体控制复杂化。此外，还可以通过平衡磁场的适当调整来提供平移感生的涡流的任何有益影响。平移感生的涡流不是在实验期间出现的仅有涡流类型。等离子体不稳定性可以激发涡流，其降低不稳定性的增长速率且因此是所期望的。涡流还将响应于中性束电流斜坡向上而出现。其它FRC实验中的等离子体寿命通常受限于显著低于导电壁的电阻时标的值，使得时变涡流没有引起任何实际问题且尚未受到大量注意。用以防止平移感生的涡流的激发的一个相关技术是在容器中使用绝缘轴向“间隙”来防止轴对称涡流的激发。该方法的缺点是其要求对导电容器的结构改变，并且涡流未被抑制而是轴对称电流被变换成3-D电流。这因此加重来自3-D场的有害影响，并且还使得壁不适于轴对称等离子体不稳定性的被动稳定。常常通过本身非轴对称的误差场修正线圈来修正三维误差场。在最好情况下，此类线圈可以消除和存在的线圈一样多的谐波，但是其趋向于在剩余谐波中引入新的误差并且需要能够在实验期间跟随误差场的任何时变。因此，所期望的是提供促进非期望的涡流的减少或消除的系统和方法。
技术实现思路
本文中提供的实施例针对促进非期望的涡流（壁电流）的振幅中的减小而同时使有益涡流不受影响的系统和方法，所述非期望的涡流例如平移感生的涡流，诸如由FRC等离子体的平移所感生的涡流。非期望的涡流的振幅中的减小是通过例如使用有源线圈在等离子体平移之前在相同结构中感生相反电流而实现的。如果测量到将等离子体与导电结构分离的表面上的总磁场的切向和法向分量二者，则可以将场分解成由等离子体产生的分量和由外部电流（例如平衡线圈电流）产生的分量。通过从外部线圈减去已知场，留下由于涡流而引起的场。可以从该场的时间演化来重构相应的涡流分布。在涡流分布已知的情况下，在等离子体平移到室中之前使用有源线圈感生具有相反符号的类似分布。计算必需的线圈电流只要求有源线圈和无源结构的几何结构的知识。当等离子体平移到约束室中时，这两个涡流分布叠加并抵消。涡流分布被再现得越准确，抵消就越完全。本文中描述的系统和方法有利地：•减少由于衰减涡流而引起的时变外场，其干扰等离子体控制；•减少非轴对称壁的对称性破坏影响；因为预先感生的涡流和平移感生的涡流二者具有相同的3-D结构，所以在不需要非轴对称线圈的情况下减小了3-D场；并且•使得能实现紧密适配的、轴对称的、在容器中的结构的安装以增加轴对称和非轴对称不稳定性的被动稳定。根据对以下各图和详细描述的研究，示例实施例的其它系统、方法、特征和优点对于本领域的技术人员而言将显而易见或将变得显而易见。附图说明通过对附图的研究可以部分地收集示例实施例的细节（包括结构和操作），在所述附图中相同的参考数字指代相同的部分。图中的组件不一定按比例，而是着重于图示出本专利技术的原理。此外，所有图示意图传达概念，其中相对尺寸、形状及其它详细属性可能被示意性地而不是真正地或精确地图示出。图1是室或容器的示意图，其具有被附着到相对端的形成管和围绕室的壁安置以用于在室的壁中感生涡流（壁电流）的轴对称线圈。图1A是示出控制系统被耦合到有源线圈系统和形成系统的示意图。图2是在形成管中存在等离子体的情况下的图1中的室和形成管的示意图。图3是在等离子体平移到室中之后的图1中的室和形成管的示意图，并且示出在室的壁中形成的平移感生的涡流（平移感生的壁电流）。图4是在等离子体平移到室中之前在室的壁中形成预先感生的涡流（预先感生的壁电流）的图1中的室和形成管。图5是在等离子体平移到室中之后的图1中的室和形成管，并且示出室的壁中的预先感生和平移感生的涡流（预先感生和平移感生的壁电流）。图6是在等离子体平移到室中之后的图1中的室和形成管，并且示出室的壁中的平移感生的涡流（平移感生的壁电流）被室的壁中的预先感生的涡流（预先感生的壁电流）抵消。图7是示出针对如下三（3）个情况的在室的轴对称壁中的模拟涡流分布（模拟壁电流分布）的图表：（1）无预先感生，（2）预先感生以及（3）预先感生和经调整的真空场。应注意的是，一般出于说明性目的贯穿各图通过相同的参考数字来表示类似的结构或功能的元素。还应注意的是各图仅意图促进对优选实施例的描述。具体实施方式下面公开的每个附加特征和教导可以被单独地或者与其它特征和教导相结合地利用以提供促进非期望的涡流（壁电流）的振幅中的减小而同时使有益涡流不受影响的系统和方法，所述非期望的涡流例如平移感生的涡流。现在将参考附图来进一步详细地描述本文中描述的实施例的代表性示例，所述示例既单独地利用又组合地利用这些附加特征和教导中的许多。本详细描述仅意图教导本领域的技术人员用于实践本公开的教导的优选方面的进一步的细节，并且并不意图限制本专利技术的范围。因此，在以下详细描述中公开的特征和步骤的组合可能在最宽泛意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减小在导电结构中感生的非期望的涡流的方法，方法包括如下步骤：在导电结构中感生第二组涡流之前，在导电中感生第一组涡流，其中第一组涡流具有与第二组涡流的分布基本上相等且在符号上相反的分布以在导电结构中感生第二组涡流时基本上抵消第二组涡流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.12 US 62/1604211.一种用于减小在导电结构中感生的非期望的涡流的方法，方法包括如下步骤：在导电结构中感生第二组涡流之前，在导电中感生第一组涡流，其中第一组涡流具有与第二组涡流的分布基本上相等且在符号上相反的分布以在导电结构中感生第二组涡流时基本上抵消第二组涡流。2.权利要求1的方法，其中导电结构是等离子体约束容器的壁。3.权利要求1的方法，其中在导电结构中感生涡流的步骤包括如下步骤使导电结构周围的线圈斜坡向上并保持在恒定电流下直至在导电结构中的所有涡流都已衰减为止，以及中断到线圈的电流以允许在导电结构中激发第一组涡流，使通过结构的磁通量守恒。4.权利要求1的方法，进一步包括使等离子体平移到导电结构中的步骤，其中平移的等离子体向导电结构中注入通量，其在容器的壁中感生第二组涡流，使容器的壁中的涡流的振幅向后朝着零减小。5.权利要求3的方法，进一步包括使等离子体平移到导电结构中的步骤，其中平移的等离子体向导电结构中注入通量，其在容器的壁中感生第二组涡流，使容器的壁中的涡流的振幅向后朝着零减小。6.权利要求1的方法，其中在导电结构中感生涡流的步骤包括如下步骤使导电结构周围的线圈斜坡向上并保持在恒定电流下以在导电结构中产生第一组涡流，以及使等离子体平移到导电结构中，其中平移的等离子体向导电结构中注入通量，其在导电结构中感生第二组涡流，使导电结构中的涡流的振幅向后朝着零减小。7.一种用于减小在容器壁中感生的非期望的涡流的系统，系统包括：容器，其具有壁和内部，多个线圈，其被围绕着容器安置，以及控制系统，其被耦合到所述多个线圈并被配置成在容器的壁中感生第二组涡流之前在容器的壁中感生第一组涡流，其中第一组涡流具有与第二组涡流的分布基本上相等且在符号上相反的分布以在室的壁中感生第二组涡流时基本上抵消第二组涡流。8.权利要求7的系统，其中控制系统被进一步配置成使所述多个线圈斜坡向上并保持在恒定电流下直至容器的壁中的所有涡流都已衰减为止，并且然后中断到所述多个线圈的电流以允许在容器的壁中激发第一组涡流，使通过容器的通量守恒。9.权利要求8的系统，进一步包括被附着到容器的端的形成区段，其中控制系统被进一步配置成使等离子体从形成区段平移到容器的内部中，其中平移的等...

【专利技术属性】
技术研发人员：N拉思，
申请(专利权)人：阿尔法能源技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US