【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及托卡马克极向场线圈，具体涉及多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法及系统。
技术介绍
1、托卡马克中偏滤器位形的出现及进展使许多装置的约束性能得到极大提高，尤其国际上几个大托卡马克装置jet、tftr和jt-60u先后获得了聚变功率的输出，在实验上验证了托卡马克途径实现聚变的科学可行性，表明托卡马克是最成功接近建立聚变堆的装置类型。目前聚变研究发展已经从原理探索阶段进入聚变堆的科学技术问题的探索阶段，部分国家已经开始进入聚变堆的环境、工程和技术的探索阶段。托卡马克取得突破性进展，使偏滤器成为托卡马克装置的核心部件之一；并且目前国际上最大的聚变研究合作计划—iter已经进入建造阶段，偏滤器已经成为其不可或缺的组成部分，担负着排热、排灰等关键任务。然而，iter现采用的下单零的常规偏滤器位形，内外靶板承受的热负载远超现有靶板设计允许的热负载工程极限为10mw/m2，使得iter偏滤器面临严峻的挑战；而对于未来需要稳态运行的聚变反应堆，将面临着比iter更高的热功率负载。
2、因此，需要探索降低靶板热负载的方法；目前，通过改变偏滤器位形的磁拓扑结构，以降低偏滤器靶板热负载峰值，实现靶板热负载低于工程技术极限要求的目的，仍是主流方法之一。然而托卡马克的极向场线圈布局将很大程度上影响了偏滤器位形的灵活性及经济性，即能否得到多样性的偏滤器位形，以及形成这些位形的线圈的安匝数是否在工程可行范围内。
3、根据托卡马克中极向场线圈系统和环向磁场线圈系统的位置关系，极向场线圈布局可分为外极向场线圈系统和内极
4、根据极向场线圈的功能，传统的托卡马克大多采用分离式的设计方案，即分为用于提供伏秒数的欧姆线圈和用于约束位形的成形场线圈，如diii-d，hl-2a等装置的极向场系统均采用这种线圈功能区分设计。欧姆场线圈一般由中心螺线管线圈(cs)和外围补偿线圈组成，主要用于提供伏秒数并形成良好的零场位形。补偿良好的欧姆线圈系统，在欧姆线圈电流演化过程，仅带来磁通变化以提供伏秒数，而不会显著影响平衡位形，使得放电控制只需关注成形场线圈电流的变化，有利于简化放电控制；但是，由于欧姆补偿线圈的存在，增加了线圈系统的复杂性，并且为了能较好的补偿欧姆线圈，需要对线圈的安匝数进行更为精细的设计，从而增加了线圈设计的难度。
5、随着托卡马克研究的深入以及控制技术的发展，最新设计的托卡马克装置一般采用一体化极向场线圈的设计方案，不再单独区分欧姆场线圈和成形场线圈，所有线圈均参与形成零场、约束位形并提供伏秒数，减少了欧姆补偿线圈，从而简化了极向场线圈系统；如iter、east等装置均采用此种设计方案。然而，极向场线圈数目的减少，使要获取灵活的位形变得更加困难。
6、综上所述，目前常用的托卡马克极向场线圈布局方法难以同时满足位形灵活、线圈布局简单、有利于工程实施等综合需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是目前常用的托卡马克极向场线圈布局方法难以同时满足位形灵活、线圈布局简单、有利于工程实施等综合需求。本专利技术目的在于提供多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法及系统，以满足在探索有利于降低偏滤器靶板热负载峰值的偏滤器位形研究方面，对位形灵活的需求。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、第一方面，本专利技术提供了多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，该方法包括：
4、布局极向场线圈，将极向场线圈布设于环向场线圈和真空室之间；
5、根据布局的极向场线圈，对极向场线圈加载电流并结合平衡位形设计，得到多种不同类型的偏滤器位形；
6、其中，极向场线圈包括中心螺线管线圈和成形场线圈，中心螺线管线圈cs位于环向场线圈直柱段与真空室之间；通过中心螺线管线圈提供维持等离子体放电过程所需伏秒数；成形场线圈中的偏滤器线圈，由传统的一组线圈拆分为两组线圈，并通过优化两组线圈的极向截面的几何形状，以满足实现多种不同类型的偏滤器位形的需求；结合成形场线圈和中心螺线管线圈形成零场，以满足等离子体放电的击穿条件。
7、本专利技术方法采用内极向场线圈的设计方案，即极向场线圈位于环向场线圈和真空室之间，真空室内不设计极向场线圈；并且极向场线圈采用一体化的设计方式，但保留中心螺线管线圈，除了中心螺线管线圈之外的成形场线圈，采用关于中平面对称的线圈布局方式；除了必要的支撑结构，成形场线圈将尽可能贴近真空室，使线圈更接近等离子体，有利于等离子体控制；最为关键的是将成形场线圈中的偏滤器线圈，由传统的一组线圈，拆分为两组线圈，并通过优化线圈的极向截面的几何形状，以满足实现常规、雪花、三叉等多种偏滤器位形的需求。本专利技术的极向场线圈布局简洁，有利于工程实施，且线圈更接近等离子体，能实现多种不同类型的偏滤器位形，能满足对灵活位形研究以及对等离子体控制研究的需求，可为探索偏滤器靶板高热负载问题解决方案研究提供良好的平台，具有较好的应用前景。
8、进一步地，成形场线圈采用关于中平面对称的线圈布局方式。
9、进一步地，成形场线圈包括垂直场线圈、水平场线圈、偏滤器线圈和强场侧线圈；
10、将强场侧线圈紧贴中心螺线管线圈，且布设于中心螺线管线圈与真空室之间；强场侧线圈包括4组关于中平面对称的8个线圈，其中两组线圈靠近偏滤器线圈，另外两组线圈靠近中平面；且通过靠近中平面的两组线圈主要承担垂直场线圈的功能，控制等离子体的水平位移；
11、偏滤器线圈包括两组关于中平面对称的4个线圈，将其中2个线圈布设于真空室顶部，另外2个线圈布设于真空室底部；通过偏滤器线圈和靠近偏滤器线圈的两组强场侧线圈共同形成多种不同类型的偏滤器位形；
12、垂直场线圈包括关于中平面对称的两个线圈，将垂直场线圈布设于真空室与环向磁场线圈的外弧段之间；两个线圈之间的垂直距离满足水平窗口对空间的需求；通过垂直场线圈产生垂直磁场来控制等离子体的水平位移；
13、水平场线圈包括关于中平面对称的两个线圈，将水平场线圈布设于真空室与环向磁场线圈的外弧段之间；两个线圈之间的垂直距离大于两个垂直场线圈之间的垂直距离；通过水平场线圈产生水平磁场来控制等离子体的垂直位移。
14、进一步地，强场侧线圈中的4组线圈分别为第一线圈和第二线圈、第三线圈和第四线圈、第五线圈和第六线圈、第七线圈和第八线圈；从中平面往上依次布设有第一线圈、第三线圈、第五线圈、第七线圈，从中平面往下依次本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，所述成形场线圈采用关于中平面对称的线圈布局方式。
3.根据权利要求1所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，所述成形场线圈包括垂直场线圈、水平场线圈、偏滤器线圈和强场侧线圈；
4.根据权利要求3所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，所述强场侧线圈中的4组线圈分别为第一线圈(3)和第二线圈(4)、第三线圈(5)和第四线圈(6)、第五线圈(7)和第六线圈(8)、第七线圈(9)和第八线圈(10)；从中平面往上依次布设有第一线圈(3)、第三线圈(5)、第五线圈(7)、第七线圈(9)，从中平面往下依次布设有第二线圈(4)、第四线圈(6)、第六线圈(8)、第八线圈(10)；8个线圈具有相同的极向截面；
5.根据权利要求3所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，所述偏滤器线圈中的两组线圈分别为第九线圈(11)和第十线圈(12)、
6.根据权利要求5所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，根据布局的极向场线圈，对所述极向场线圈加载电流并结合平衡位形设计，得到多种不同类型的偏滤器位形，包括：
7.根据权利要求1所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，多种不同类型的偏滤器位形包括常规偏滤器位形、雪花偏滤器位形和/或三叉偏滤器位形。
8.多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局系统，其特征在于，该系统使用如权利要求1至7中任一所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法；该系统包括：
9.根据权利要求8所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局系统，其特征在于，所述成形场线圈包括垂直场线圈、水平场线圈、偏滤器线圈和强场侧线圈；
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法。
...【技术特征摘要】
1.多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，所述成形场线圈采用关于中平面对称的线圈布局方式。
3.根据权利要求1所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，所述成形场线圈包括垂直场线圈、水平场线圈、偏滤器线圈和强场侧线圈；
4.根据权利要求3所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，所述强场侧线圈中的4组线圈分别为第一线圈(3)和第二线圈(4)、第三线圈(5)和第四线圈(6)、第五线圈(7)和第六线圈(8)、第七线圈(9)和第八线圈(10)；从中平面往上依次布设有第一线圈(3)、第三线圈(5)、第五线圈(7)、第七线圈(9)，从中平面往下依次布设有第二线圈(4)、第四线圈(6)、第六线圈(8)、第八线圈(10)；8个线圈具有相同的极向截面；
5.根据权利要求3所述的多种偏滤器位形的托卡马克极向场线圈布局方法，其特征在于，所述偏滤器线圈中的两组线圈分别为第九线圈(11)和第十线圈(12)、第十一线圈(13)和第十二线圈(14...
【专利技术属性】
技术研发人员：李佳鲜，郑国尧，薛雷，王硕，杜海龙，薛淼，晏泽，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
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。