本发明专利技术公开了一种磁约束反应装置的实现方法、装置、设备及介质，根据零维参数构建初始平衡位形；在与包层、偏滤器以磁体三方面的迭代后，确定基准平衡的平衡位形；采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型，对所述数值仿真模型进行最优化求解，确定最大线圈电流；将击穿后的启动阶段优化为一二次规划问题建立性能函数，采用预设的约束条件求解所述性能函数确定待求优化参数；根据所述平衡位形、所述最大线圈电流以及所述待求优化参数，完成超导托卡马克等离子体击穿启动。能够满足同时保持等离子体稳定性和相对较高的聚变增益因子。子。子。
【技术实现步骤摘要】
一种磁约束反应装置的实现方法、装置、设备及介质
[0001]本专利技术涉及核设备分析与评定
，具体涉及一种磁约束反应装置的实现方法、装置、设备及介质。
技术介绍
[0002]聚变作为一种清洁、高效的能源产生方式，在能源领域具有广阔的应用前景。磁约束托卡马克是一种常见的聚变反应器设计，通过磁场约束等离子体以实现高温、高密度条件下的聚变反应。
[0003]常规托卡马克装置极向场线圈（包括欧姆场线圈和成形场线圈）通常采用铜导线绕制，安装位置与真空室距离近，且欧姆场线圈和成形场（包括平衡场）线圈互相独立。等离子体击穿启动阶段只需分别针对欧姆场线圈优化零场分布，针对成形场线圈优化平衡场需求。在托卡马克装置中，实现高约束性能等离子体的放电方案主要分为消耗中心螺线管以及其他外部线圈提供伏秒数的欧姆加热型放电，和引入外部辅助加热源的辅助加热型放电。目前所使用的辅助加热手段主要有电子回旋共振加热系统，离子回旋共振加热系统，中性束注入系统，低杂波加热系统以及各种杂质注入系统等。辅助加热型放电方案的加热效率更高，可以迅速产生高温度，高密度的等离子体。但是现有实现高性能等离子体的放电方案中，由于中心螺线管提供的伏秒数有限，欧姆加热型放电方案无法维持长脉冲运行，无法同时保持离子体稳定性和相对较高的聚变增益因子。
技术实现思路
[0004]为了解决上述问题，本专利技术提出一种磁约束反应装置的实现方法、装置、设备及介质，通过设计的平衡位图，能够满足同时保持等离子体稳定性和相对较高的聚变增益因子。
[0005]本专利技术实施例提供一种磁约束反应装置的实现方法，所述方法包括：根据零维参数构建初始平衡位形；在与包层、偏滤器以磁体三方面的迭代后，确定基准平衡的平衡位形；采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型，对所述数值仿真模型进行最优化求解，确定最大线圈电流；将击穿后的启动阶段优化为一二次规划问题建立性能函数，采用预设的约束条件求解所述性能函数确定待求优化参数；根据所述平衡位形、所述最大线圈电流以及所述待求优化参数，完成超导托卡马克等离子体击穿启动。
[0006]优选地，所述零维参数包括等离子体电流、大半径、小半径、拉长比、95面拉长比、三角度、95面三角度、上三角度、下三角度、体积、偏滤器内腿长以及偏滤器外腿长。
[0007]作为一种优选方案，所述采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型，对所述数值仿真模型进行最优化求解，确定最大线圈电流，包括：采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型；
设定极向场线圈电压是分段线性变化的，将所述数值仿真模型转化为整合模型；设计最大励磁电流和初始零场优化，将所述整合模型转化为给定性能函数；根据给定装置参数采取线性最小二乘拟合求解所述性能函数，得到极向场线圈励磁电流，作为所述最大线圈电流；其中，所述数值仿真模型的主动线圈的电路方程为，所述数值仿真模型的被动导体电路方程为，、以及分别为主动线圈之间、被动导体之间及主动线圈与被动导体之间的互感，和分别为线圈及被动导体的电阻，和分别为主动线圈及被动导体上的电流，为主动线圈两端的电压；所述整合模型为，为互感矩阵，为电阻向量，I为电流向量，是时刻的电压向量，为导体电流变化率，为时刻的电压变化率，，是时刻的电压向量；所述给定性能函数为，为极向场线圈回路数量，为等离子体击穿中心的磁通，为等离子体优化区域的磁场，为导体对等离子体区域的格林函数，为离子体优化区域数量，为导体对等离子体区域的互感系数矩阵，为待求线圈电流，待优化性能函数；
[0008]所述给定装置参数包括：等离子体击穿启动中心坐标、真空室大小、极向场线圈提供的最大伏秒数、各极向场线圈电流限值、最大电流变化率以及极向场线圈端电压限值。
[0009]优选地，所述性能函数为；
[0010]其中，为线圈电压配比，为等离子体参数，包括环电压，垂直场，电流爬升率，为对应的等离子体参数的优化计算值，i为某一待求等离子体参数下标，为优化性能函数；
[0011]所述约束条件包括预设的线圈参数以及电源参数，所述待求优化参数包括零场分布、垂直场分布、环电压值及等离子体电流初始上升波形。
[0012]作为一种优选方案，所述方法还包括：利用径向分布的窄射频波电流驱动等离子体，增强安全因子剖面中局域的反磁剪切结构，优化局域磁剪切。
[0013]优选地，所述方法还包括：以第一预设参数模拟等离子体击穿后的状态，第一预设参数包括初始等离子体电流、初始平衡点以及初始位形；监测预设观察对点处的磁通变化反馈到反馈控制系统，磁通变化包括极向和垂直位置；反馈控制系统控制等离子体的早期成型放电模式，维持等离子体的位形平衡；
使用20 MW的辅助加热功率，加入10 MW的离子回旋波和10 MW的中性束加热，在爬升段加入2 MW的低杂波，实现混合运行模式。
[0014]作为一种优选方案，所述方法还包括：以第二预设参数模拟等离子体击穿后的状态，第二预设参数包括初始等离子体电流、初始平衡点以及初始位形；使用15 MW的离子回旋加热波，10 MW的低杂波和6 MW的中性束加热，实现稳定运行模式。
[0015]本专利技术实施例还提供一种磁约束反应装置的实现装置，所述装置包括：初始构建模块，用于根据零维参数构建初始平衡位形；迭代模块，用于在与包层、偏滤器以磁体三方面的迭代后，确定基准平衡的平衡位形；线圈求解模块，用于采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型，对所述数值仿真模型进行最优化求解，确定最大线圈电流；电源求解模块，用于将击穿后的启动阶段优化为一二次规划问题建立性能函数，采用预设的约束条件求解所述性能函数确定待求优化参数；击穿启动模块，用于根据所述平衡位形、所述最大线圈电流以及所述待求优化参数，完成超导托卡马克等离子体击穿启动。
[0016]优选地，所述零维参数包括等离子体电流、大半径、小半径、拉长比、95面拉长比、三角度、95面三角度、上三角度、下三角度、体积、偏滤器内腿长以及偏滤器外腿长。
[0017]作为一种优选方案，所述线圈求解模块用于：采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型；设定极向场线圈电压是分段线性变化的，将所述数值仿真模型转化为整合模型；设计最大励磁电流和初始零场优化，将所述整合模型转化为给定性能函数；根据给定装置参数采取线性最小二乘拟合求解所述性能函数，得到极向场线圈励磁电流，作为所述最大线圈电流；其中，所述数值仿真模型的主动线圈的电路方程为，所述数值仿真模型的被动导体电路方程为，、以及分别为主动线圈之间、被动导体之间及主动线圈与被动导体之间的互感，和分别为线圈及被动导体的电阻，和分别为主动线圈及被动导体上的电流，为主动线圈两端的电压；所述整合模型为，为互感矩阵，为电阻向量，I为电流向量，是时刻的电压向量，为导体电流变化率，为时刻的电压变化率，，是时刻的电压向量；所述给定性能函数为所述给定性能函数为为极向场线圈回路数量，为等离子体击穿中心的磁通，为等离子体优化区
域的磁场，为导体对等离子体区域的格林函数，为离子体优化区域本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁约束反应装置的实现方法，其特征在于，所述方法包括：根据零维参数构建初始平衡位形；在与包层、偏滤器以磁体三方面的迭代后，确定基准平衡的平衡位形；采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型，对所述数值仿真模型进行最优化求解，确定最大线圈电流；将击穿后的启动阶段优化为一二次规划问题建立性能函数，采用预设的约束条件求解所述性能函数确定待求优化参数；根据所述平衡位形、所述最大线圈电流以及所述待求优化参数，完成超导托卡马克等离子体击穿启动。2.根据权利要求1所述的磁约束反应装置的实现方法，其特征在于，所述零维参数包括等离子体电流、大半径、小半径、拉长比、95面拉长比、三角度、95面三角度、上三角度、下三角度、体积、偏滤器内腿长以及偏滤器外腿长。3.根据权利要求1所述的磁约束反应装置的实现方法，其特征在于，所述采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型，对所述数值仿真模型进行最优化求解，确定最大线圈电流，包括：采用刚性导体建立等离子体击穿启动的数值仿真模型；设定极向场线圈电压是分段线性变化的，将所述数值仿真模型转化为整合模型；设计最大励磁电流和初始零场优化，将所述整合模型转化为给定性能函数；根据给定装置参数采取线性最小二乘拟合求解所述性能函数，得到极向场线圈励磁电流，作为所述最大线圈电流；其中，所述数值仿真模型的主动线圈的电路方程为，所述数值仿真模型的被动导体电路方程为，、以及分别为主动线圈之间、被动导体之间及主动线圈与被动导体之间的互感，和分别为线圈及被动导体的电阻，和分别为主动线圈及被动导体上的电流，为主动线圈两端的电压；所述整合模型为，为互感矩阵，为电阻向量，I为电流向量，是时刻的电压向量，为导体电流变化率，为时刻的电压变化率，，是时刻的电压向量；所述给定性能函数为，为极向场线圈回路数量，为等离子体击穿中心的磁通，为等离子体优化区域的磁场，为导体对等离子体区域的格林函数，为离子体优化区域数量，为导体对等离子体区域的互感系数矩阵，为待求线圈电流，待优化性能函数；所述给定装置参数包括：等离子体击穿启动中心坐标、真空室大小、极向场线圈提供的
最大伏秒数、各极向场线圈电流限值、最大电流变化率以及极向场线圈端电压限值。4.根据权利要求1所述的磁约束反应装置的实现方法，其特征在于，所述性能函数为；其中，为线圈电压配比，为等离子体参数的目标值，包括环电压，垂直场，电流爬升率，为对应的等离子体参数的...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱金平，罗正平，陈佳乐，李国强，陶冶，李航，陆坤，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。