【技术实现步骤摘要】
涉及面向iter/cfetr的基于磁约核聚变的高热负荷能流环境模拟及控制研究领域。
技术介绍
1、能源是实现一个国家或地区国民经济持续发展和社会进步必须的保障，人类生活的各个方面都需要能源的支撑。时至今日，人类获取能源的主要方式仍然是通过如煤炭、石油等不可再生的化石燃料，但其存量有限，迟早要面临能源枯竭的困境。
2、从燃料储量的角度，海水中可以提取的氘含量大概是1017kg量级，这些氘用于核聚变所产生的能量是目前全世界每年能源消耗量的数百亿倍！从能量角度，每个氘核发生聚变反应所释放出的能量约为重核裂变的8.5倍！从安全角度，核聚变的产物仅为氦、中子、质子和β射线，没有新放射性物质产生，也不会留有其他有害物质。基于以上三点，可以认为核聚变是人类解决未来能源问题的最佳途径。
3、经过反复的探索和尝试，最终确认具有可控核聚变可行性的方式主要是惯性约束核聚变和磁约束核聚变。其中磁约束核聚变是利用带电粒子在磁场中绕着磁力线运动的特性，将等离子体约束在特定的磁场中，并通过各种加热手段将等离子体加热到核聚变反应条件从而引发聚变反应。目前国际上研究磁约束聚变的装置主要有仿星器、托卡马克、磁镜装置等。仿星器对于等离子体的控制的约束磁场完全由外部线圈产生，这就需要足够精细的磁场设计和工程制造安装，因此建造费用十分高昂；反场箍缩对等离子体的约束磁场完全由等离子体电流自身产生，目前产生的等离子体电流脉冲较短；而托卡马克装置则是介于以上两种装置之间，控制等离子体的磁场由外部线圈产生的磁场和等离子体电流产生的磁场共同产生，结构相对简
4、早期托卡马克装置采用限制器设计，限制器的加入能够有效阻挡等离子体对真空室内壁其他位置的冲击，但距离芯部等离子体区域较近，受到粒子轰击后产生的杂质会进入芯部等离子体区域。通过磁场的特殊设计，使得环向磁场和极向场在真空室内形成偏滤器位形磁场，并且磁场的极向截面中存在零点，杂质粒子一旦越过这点，就会在电磁力的作用下沿着开放的磁力线运动而远离芯部区域，最终打击到偏滤器靶板上。偏滤器的引入不仅减轻了第一壁的热负荷，还可以排除聚变过程中的氦灰和杂质粒子、控制杂质进入芯部等离子体区域，随后还在实验中发现了托卡马克的高约束运行模式(h模)，等离子体参数得到了极大的提高。基于以上优点，目前所有新托卡马克装置均采用了偏滤器结构。
5、根据iter项目的估计，iter装置偏滤器在整个装置稳态需要承受的热负荷高达10mw/m2，由于等离子体不稳定性、破裂等因素造成的偏滤器需要承受的瞬态热负荷高达2g/m2。一旦偏滤器无法承受这部分热流的冲击，将造成巨大安全隐患，如何降低偏滤器位置的热负荷功率并提高偏滤器的热负荷承受能力成为目前托卡马克核聚变研究的重点之一。
6、在偏滤器研究中最重要的是降低到达偏滤器靶板的热负荷的物理机制，同时找到能够长时间承受如此高能流密度、并且不带来其他影响的靶板材料。科研人员在实验过程中很快发现偏滤器位置的脱靶现象。随着上游等离子体密度以及偏滤器区域等离子体能量损失的升高，等离子体与偏滤器靶板表面的相互作用大幅度减弱，这是由于此时偏滤器区域的中性粒子密度非常高，靶板前仿佛形成了一个由中性气体所组成的护垫，从而使得等离子体与靶板脱离接触，这一“气垫”的形成同时伴随着靶板处电子温度大幅降低(te＜5ev)，靶板承受的等离子体流也随之下降。
7、不管是脱靶现象的研究亦或偏滤器材料研究，对于目前正在运行的核聚变研究装置放电脉冲较短、偏滤器靶板热流密度较低，很难达到iter/cfetr设计参数区间范围，利用定标律、数值模拟将目前参数范围的实验结果外推到iter/cfetr参数区间也需要经过实验验证，仅仅通过目前现有的核聚变实验堆完成实验研究是远远不够的，为此人们设计了模拟偏滤器区域等离子体参数的直线等离子体实验装置，满足对于偏滤器的研究需求。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的，目前正在运行的核聚变研究装置放电脉冲较短、偏滤器靶板热流密度较低，很难达到iter/cfetr设计参数区间范围的问题，本专利技术提供的技术方案为：
2、高热负荷发生试验装置，基于超导技术强磁场聚集高密度等离子体束流，所述装置包括：
3、真空系统、等离子体发生系统、线圈系统、进气系统、线圈励磁电源和诊断系统；
4、所述等离子体发生系统与所述真空系统连接，用于产生等离子体束流；
5、所述进气系统与所述等离子体发生系统相连、对所述真空系统给气，
6、所述线圈系统包括至少一个圆环型线圈、嵌套在所述真空系统的外壁上，
7、所述线圈励磁电源连接所述线圈系统；
8、所述诊断系统用于采集所述真空系统内环境参数；
9、所述真空系统上设有开口，用于对所述真空系统内容做真空处理。
10、进一步，提供一个优选实施方式，所述真空系统为圆柱体结构，所述等离子体发生系统与所述真空系统同轴设置，并通过真空法兰与所述真空系统形成内嵌式连接。
11、进一步，提供一个优选实施方式，所述进气系统与所述等离子体发生系统的阴极针相连，并通过阴极电极对所述真空系统给气。
12、进一步，提供一个优选实施方式，所述装置还包括液氮系统，所述液氮系统用于为所述装置提供超导运行所需的低温。
13、进一步，提供一个优选实施方式，所述装置还包括直流激励电源，用于为所述等离子体发生系统提供直流电源输入。
14、进一步，提供一个优选实施方式，所述装置还包括磁屏蔽系统，用于包覆在所述真空系统和线圈系统之外，以屏蔽磁场。
15、进一步，提供一个优选实施方式，所述线圈系统中线圈为超导磁体线圈。
16、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了高热负荷发生试验方法，基于超导技术强磁场聚集高密度等离子体束流，所述方法是通过所述的高热负荷发生试验装置实现的，所述方法包括：
17、发出降温信号的步骤；
18、发出产生励磁电流信号的步骤；
19、发出真空作业信号的步骤；
20、发出等离子体束流输入信号的步骤；
21、发出采集环境参数信号的步骤。
22、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行所述的方法。
23、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机，包括处理器和储存介质，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行所述的方法。
24、与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案的有益之处在于：
25、本专利技术提供的高热负荷发生试验装置，建造基于超导技术强磁场聚焦的符合iter项目的分钟量级长脉冲放电和cfetr的小时量级(甚至更长)稳态运行的设计参数范围的高能流密度等离子体束与偏滤器靶板相互作用的高热负荷试验装置，实现峰值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.高热负荷发生试验装置，基于超导技术强磁场聚集高密度等离子体束流，其特征在于，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述真空系统为圆柱体结构，所述等离子体发生系统与所述真空系统同轴设置，并通过真空法兰与所述真空系统形成内嵌式连接。
3.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述进气系统与所述等离子体发生系统的阴极针相连，并通过阴极电极对所述真空系统给气。
4.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述装置还包括液氮系统，所述液氮系统用于为所述装置提供超导运行所需的低温。
5.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述装置还包括直流激励电源，用于为所述等离子体发生系统提供直流电源输入。
6.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述装置还包括磁屏蔽系统，用于包覆在所述真空系统和线圈系统之外，以屏蔽磁场。
7.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述线圈系统中线圈为超导磁体线圈。
8
9.计算机储存介质，用于储存计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行权利要求8所述的方法。
10.计算机，包括处理器和储存介质，其特征在于，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行权利要求8所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.高热负荷发生试验装置，基于超导技术强磁场聚集高密度等离子体束流，其特征在于，所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述真空系统为圆柱体结构，所述等离子体发生系统与所述真空系统同轴设置，并通过真空法兰与所述真空系统形成内嵌式连接。
3.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述进气系统与所述等离子体发生系统的阴极针相连，并通过阴极电极对所述真空系统给气。
4.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述装置还包括液氮系统，所述液氮系统用于为所述装置提供超导运行所需的低温。
5.根据权利要求1所述的高热负荷发生实验装置，其特征在于，所述装置还包括直流激励电源，用于为所述等离子体发生系统提供直流...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂秋月，黄韬，徐风雨，艾昕，张仲麟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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