托卡马克装置原理【研究材料】

1、托卡马克装置,概述 托卡马克工程 托卡马克原理,1,峰谷书屋,1,概述托卡马克装置,环向等离子体电流产生极向磁场实现旋转变换，消除磁场不均匀造成的漂移和粒子损失,电流和磁场：平行和反平行,2,峰谷书屋,托卡马克的复杂性,电流产生极向磁场，实现旋转变换而电流轮廓是不能直接控制的，造成了物理的复杂性,等离子体参数,电流轮廓,欧姆加热,输运,因果关系构成闭环，是一种自组织性,3,峰谷书屋,托卡马克的缺点,欧姆加热的弱点：，温度增加是加热效率降低不能达到点火要求必须借助于辅助加热 脉冲运行：欧姆变压器必然是脉冲运行的稳态运行需要非感应电流驱动 聚变中子辐射造成的材料问题,4,峰谷书屋,托卡马克的发展模

2、式定标律,针对ELM, H模的能量约束时间定标律IPB98(y,2),5,峰谷书屋,主要大中型托卡马克装置（国外）,6,峰谷书屋,球形托卡马克的进展,磁场利用率高 高的比压和安全因子 自然偏滤器位形 无大的破裂 材料问题更严重,环径比A=R/a, A1.5称球形托卡马克,球形托卡马克,7,峰谷书屋,2,托卡马克工程：托卡马克装置的配置,装置主体,8,峰谷书屋,环向场线圈,安培定律,磁场均匀时的积分,分立线圈产生波纹度,圆线圈总磁通,圆线圈自感,形状因子,9,峰谷书屋,形线圈（纯张力线圈）,纯张力线圈方程,解,圆线圈受力,上下对称，可以有级数解， 形状接近形，和常数k有关,10,峰谷书屋,欧姆变

3、压器,初级磁通变化产生电动势,等离子体区的零场条件：需要配置外线圈,变压器的伏秒数：,反向磁化,11,峰谷书屋,铁芯变压器,初级和次级方程,在方程中使用漏感,磁化电流产生的磁场：假设磁场垂直铁芯表面,12,峰谷书屋,平衡场（成形场）线圈,理想的加热场和平衡场,极向场系统,平衡形态计算,13,峰谷书屋,误差矫正场误差（杂散）场来源：加工和安装误差，引线，不对称构件,环向场,极向场,加热场,平衡场,矫正场,垂直场,水平场,磁场系统,击穿电场等值线： 在水平场垂直场平面,14,峰谷书屋,磁体的类型,常温磁体 低温磁体 超导磁体 稳态磁体 脉冲磁体,低温超导 高温超导,15,峰谷书屋,磁体的供电,脉冲

4、磁体电源：电容储能（电能） 电感储能（磁能） 飞轮机组（机械能）,16,峰谷书屋,真空室和抽气系统,对真空系统的要求： ，真空性能：超高真空：Pa ，电气性能：高阻材料,机械泵,涡轮 分子泵,溅射 离子泵,真空室,加料 系统,真空系统典型配置,真空室内配置：偏滤器(diverter)：减少杂质 孔栏 (limiter)：减少等离子体和壁相互作用 诊断传感器：诊断,17,峰谷书屋,孔栏（limiter)和偏滤器(diverter),的偏滤器位形,种孔栏和偏滤器,极向,环向,束,18,峰谷书屋,不同装置上的偏滤器,19,峰谷书屋,等离子体分区,核心区(core region) 边缘区(bounda

5、ry region) 删削区(scrape-off layer) 偏滤器区,分支线(separatrix),20,峰谷书屋,加料方法,吹气(gas puffing) 弹丸注入(pellet injection) 超声分子束,JT-60装置上的弹丸注入设备,为什么要加料？ ，补充粒子损失 ，增加等离子体密度 ，补充燃烧损失（堆）,弹丸产生和加速技术,21,峰谷书屋,超声分子束注入技术,Laval喷嘴和超声分子束注入,分子束的电离和扩散,22,峰谷书屋,辅助加热和非感应电流驱动,Spitzer电阻率,例：Zeff=1.5, qaq0=1.5, A=R/a=3, Tmax=0.87Bt4/5 Bt=6 tesla, Tmax=3.6keV,欧姆加热的缺点：,23,峰谷书屋,中性粒子注入原理,24,峰谷书屋,等离子体电流启