一种线圈阵列的制作方法

本实用新型涉及聚变技术领域，尤其涉及一种线圈阵列。

背景技术：

随着人类对清洁能源的进一步需求，热核聚变反应发电技术正在日益成熟，其中，用于对核聚变进行约束的反场位形(FRC,Field Reverse Configuration)由于其具有高等离子体β值，高能量密度，磁场拓扑结构简单，具有可转移性，诊断手段成熟，而被认为是可以用于紧凑型聚变反应堆的技术方案。

旋转磁场-反场位形(RMF(rotating magnetic fields)-FRC)方案采用射频天线产生旋转磁场，旋转磁场驱动等离子体运动，磁通量维持线圈产生感应电流，磁通量维持线圈通过感应电流形成磁场对等离子体进行压缩，等离子体压缩效果会影响等离子体的稳定性，影响反场位形的形成，进而影响聚变效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种线圈阵列，用于改善等离子体压缩效果进而提高旋转磁场中等离子体的稳定性，有利于反场位形的形成，进而提高聚变效率。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种线圈阵列，该线圈阵列包括多个固定组件和多个线圈，多个线圈同轴设置，相邻两个线圈通过固定组件固定连接在一起；多个线圈的内缘围合成等离子通道，沿多个线圈的排列方向，多个线圈的内径先逐渐增大，然后依次减小。

可选的，等离子通道的形状为纺锤形。

可选的，多个线圈中至少两个线圈的内径相同或不同。

可选的，每个线圈的内径范围为80mm～500mm。

可选的，沿线圈的周向，每个线圈上一一对应的均布有多个通孔，每个固定组件包括多个连接杆，多个连接杆一一对应的与通孔连接在一起。

可选的，通孔中均设有伸出通孔两侧的螺柱，每个连接杆的两端均设有与螺柱匹配的内螺纹孔。

可选的，每个连接杆为不锈钢连接杆，连接杆与线圈之间形成有氧化铝垫片；或，每个连接杆为氧化铝连接杆。

可选的，每个连接杆为伸缩杆。

可选的，连接杆的杆体上设有用于辅助叉形扳手对连接杆进行固定的紧固槽，和/或，杆体上设有用于辅助圆柱体扳手对连接杆进行固定的套接孔。

可选的，多个线圈构成线圈单元，线圈单元的一侧设有用于固定多个线圈的第一法兰盘，线圈单元的另一侧设有用于固定多个线圈的第二法兰盘，第一法兰盘、线圈单元和第二法兰盘同轴设置，第一法兰盘、线圈单元和第二法兰盘通过固定组件固定在一起。

与现有技术相比，本实用新型提供的线圈阵列中，多个线圈通过固定组件连接在一起，且多个线圈同轴设置，这使得多个线圈呈线性排列，从而保证了多个线圈的内缘能够围合成等离子通道，以便于等离子体在外部磁场的作用下能够穿过等离子通道；由于在外部磁场的作用下，现有等离子体的分布形态为中间粗两端细的柱状分布形态，因此，沿多个线圈1的排列方向，多个线圈1的内径先增大后减小，这使得当等离子体穿过等离子通道时，多个线圈产生感应电流，进而形成多个感应磁场，多个感应磁场对等离子体的约束范围沿多个感应磁场的排列方向先增大后减小，从而使多个感应磁场对等离子体的约束范围与等离子体的分布形态相适配，在此过程中，多个线圈产生的多个感应磁场相互叠加，叠加后的感应磁场可有效的对等离子通道中的等离子体进行压缩，从而使得叠加后的感应磁场能够维持磁场中等离子体的稳定性，以便于FRC的形成。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1本实用新型实施例提供的线圈阵列正视图的示意图；

图2为图1中的A部分的局部放大视图；

图3本实用新型实施例提供的线圈阵列中线圈的俯视图的示意图；

图4为实用新型实施例中等离子体所要维持的形状的正视图的示意图。

附图标记：

1-线圈， 11-通孔；

2-连接杆， 21-紧固槽；

3-第一法兰盘， 4-第二法兰盘；

5-螺柱， 6-氧化铝垫片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的线圈阵列在一个真空腔体的内部工作，具体包括：多个固定组件和多个线圈1，多个线圈1同轴设置，相邻两个线圈1通过固定组件固定连接在一起；多个线圈1的内缘围合成等离子通道，沿多个线圈1的排列方向，多个线圈1的内径先逐渐增大，然后依次减小。

该真空腔体内设有离子发生器，离子发生器产生等离子体，在外部磁场的作用下等离子体形成等离子团，线圈阵列产生的感应磁场通过压缩等离子体的方式维持等离子体的分布形态。

由上可知，多个线圈1通过固定组件连接在一起，且多个线圈1同轴设置，这使得多个线圈1呈线性排列，从而保证了多个线圈1的内缘能够围合成等离子通道，以便于等离子体在外部磁场的作用下能够穿过等离子通道；由于在外部磁场的作用下，现有等离子体的分布形态为如图4所示的中间粗两端细的柱状分布形态，因此，沿多个线圈1的排列方向，多个线圈1的内径先增大后减小，这使得当等离子体穿过等离子通道时，多个线圈1产生感应电流，进而形成多个感应磁场，多个感应磁场对等离子体的约束范围沿多个感应磁场的排列方向先增大后减小，从而使多个感应磁场对等离子体的约束范围与等离子体的分布形态相适配，在此过程中，多个线圈1产生的多个感应磁场相互叠加，叠加后的感应磁场可有效的对线圈1内缘中的等离子体进行压缩，从而使得叠加后的感应磁场能够维持磁场中等离子体的稳定性，以便于FRC的形成。

进一步的，如图1和图3所示，等离子通道的形状为纺锤形。由于多个线圈1的内缘围合成纺锤形的等离子通道，这就使得多个线圈1能够形成纺锤形的感应磁场；而等离子体的分布形态同样为纺锤形，这就使得纺锤形感应磁场能有效对等离子体进行压缩，使等离子体维持纺锤形的分布形态。

可选的，如图1和图3所示，上述多个线圈1中至少两个线圈1的内径相同或不同。可以理解的是，无论多个线圈1的内径相同或不同，只要多个线圈1所形成的感应磁场能够对等离子体进行压缩均可，例如线圈1的内径尺寸范围可以为80mm～500mm，但不仅限于此。

为了便于固定组件将相邻两个线圈1固定连接在一起，如图1和图3所示，沿上述线圈1的周向，每个线圈1上一一对应的均布有多个通孔11，每个固定组件包括多个连接杆2，多个连接杆2一一对应的与通孔11连接在一起。

作为一种实施方式，如图2和图3所示，上述通孔11中均设有伸出通孔11两侧的螺柱5，每个连接杆2的两端均设有与螺柱5匹配的内螺纹孔。由于连接杆2两端的内螺纹孔与伸出通孔11的螺柱5匹配，这使得相邻两个连接杆2能够分别通过与螺柱5的连接将线圈1与连接杆2固定在一起，从而使多个线圈1连接成一个整体，保证了各个线圈1之间不会发生相对移动，以使得多个线圈1能够保持同轴设置，有利于多个线圈1维持旋转磁场中等离子体的稳定性。

可以理解的是，当上述螺柱5的外径小于通孔11的内径时，每个连接杆2的外径大于通孔11的内径，由于连接杆2的外径大于通孔11的内径，这使得连接杆2不会通过通孔11，保证了螺柱5在与相邻两个连接杆2连接时，相邻两个连接杆2能将线圈1卡固在该两个连接杆2之间，避免了线圈1能够沿连接杆2滑动，从而使得多个连接杆2将多个线圈1固定连接在一起；或者，螺柱5的外径与通孔11的内径相适配，使得螺柱5卡接在通孔11中，保证了螺柱5在与相邻两个连接杆2连接后线圈1不会滑动，从而使得多个连接杆2将多个线圈1固定连接在一起。

若上述连接杆2的材质为金属材质，则连接杆2与线圈1直接接触会影响线圈1的磁路，为避免该问题，如图1和图2所示，每个连接杆2为不锈钢连接杆，连接杆2与线圈1之间形成有氧化铝垫片6；或，每个连接杆2为氧化铝连接杆。当连接杆2为不锈钢连接杆时，由于连接杆2与线圈1之间形成有氧化铝垫片6，避免了不锈钢连接杆与线圈1的直接接触，从而防止不锈钢连接杆影响线圈1所形成的感应磁场；而当连接杆2为氧化铝连接杆时，则能够进一步避免连接杆2对感应磁场的影响，从而保证线圈1所形成的感应磁场形状符合要求。

为了便于调节上述多个线圈1之间的距离，以使得上述线圈1阵列可根据实际需要产生不同形状的感应磁场，从而调节等离子体的分布形态要求，如图1和图2所示，上述每个连接杆2为伸缩杆。由于连接杆2均为伸缩杆，这使得操作人员能够通过调节伸缩杆的伸缩量改变伸缩杆长度，进而实现对线圈1之间的距离进行调节，以使得线圈1所形成的感应磁场对等离子体的约束范围与等离子体的分布形态相适配，从而保证了感应磁场能够对等离子体进行有效约束，达到维持等离子体的稳定性的目的。

在线圈阵列的组装过程中，为了便于紧固工具对连接杆2进行固定，如图1和图2所示，每个连接杆2的杆体上设有用于辅助叉形扳手对连接杆2进行固定的紧固槽21，和/或，杆体上设有用于辅助圆柱体扳手对连接杆2进行固定的套接孔。由于连接杆2的杆体上设有紧固槽21，这使得叉形扳手的叉口部分能够卡接在紧固槽21中，以便于操作人员利用叉形扳手对连接杆2进行快速固定；而当杆体上设有用于辅助圆柱体扳手对连接杆2进行固定的套接孔时，操作人员可以将圆柱体扳手端部的卡柱套接于连接杆2的套接孔内，从而达到利用圆柱体扳手将连接杆2与螺柱5进行快速固定的目的。

作为一种可实现的实施方式，如图1和图2所示，多个线圈1构成线圈1单元，线圈1单元的一侧设有用于固定多个线圈1的第一法兰盘3，线圈1单元的另一侧设有用于固定多个线圈1的第二法兰盘4，第一法兰盘3、线圈1单元和第二法兰盘4同轴设置，第一法兰盘3、线圈1单元和第二法兰盘4通过固定组件固定在一起。

需要说明的是，在外部磁场的作用下等离子体所形成的等离子体团分布于真空腔体的轴线部分，为了使等离子团位于多个线圈1产生的感应磁场的工作区域内，第一法兰盘3和第二法兰盘4分别设置于真空腔体内部的两端，第一法兰盘3、第二法兰盘4和真空腔体同轴设置。由于第一法兰盘3、线圈1单元和第二法兰盘4通过固定组件同轴连接在一起，这使得每个线圈1均与第一法兰盘3和第二法兰盘4同轴，从而保证多个线圈1均与真空腔体同轴，以使得多个线圈1产生的感应磁场能够压缩更多的等离子体。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。