一种使用偏滤器偏压靶板控制边缘局域模的装置及方法与流程

1.本发明涉及核聚变装置领域，具体涉及一种使用偏滤器偏压靶板控制边缘局域模的装置 及方法。


背景技术：

2.在聚变托卡马克运行过程中，伴随边缘局域模的高约束放电模式非常重要，它可以周期 性排除芯部等离子体产生的杂质粒子，改善等离子体芯部的约束能力。但是边缘局域模爆发 过程中会在极短的时间内释放大量能量和带电热粒子通量，对装置的第一壁组件尤其是偏滤 器靶板造成很大破坏。
3.利用共振磁扰动可以改变磁场拓扑结构，使type i
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型边缘局域模转化成频率较高幅值 较低的边缘局域模，或者使其完全消失。从而使托卡马克装置能够在高约束模式下稳态运行。 目前现有技术已经尝试与探索了许多技术和方法对边缘局域模进行控制，但控制手段在物理 上或工程上存在一定局限性。
4.使用共振磁扰动线圈产生三维扰动场，控制边缘局域模是最为成熟的一种手段。然而， 共振磁扰动线圈控制边缘局域模会受到q95窗口的限制，安全因子只有控制在一个狭窄范围 内，才可以控制边缘局域模。在堆级装置上，强烈的中子辐照问题难以解决。此外，由于线 圈距离等离子体台基区较远，想要产生控制边缘局域模的共振磁扰动需要较大的线圈安匝数， 这需要庞大的机械结构承受巨大的电磁力，但是由于氚增值包层的空间有限，增大安匝数十 分困难。最后，长脉冲运行问题对铜导体线圈的散热和其配套电源系统也带来严峻的挑战。
5.为此，如何研究一种可以产生共振磁扰动控制边缘局域模的灵活简洁的方法是我们目前 急需解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是在聚变托卡马克运行过程中，共振磁扰动线圈控制边缘局 域模会受到q95窗口的限制，安全因子只有控制在一个狭窄范围内，才可以控制边缘局域模， 此外，共振磁扰动线圈会受到中子辐照导致寿命变短。目的在于提供一种使用偏滤器偏压靶 板控制边缘局域模的装置及方法，解决上述背景技术中遇到的问题。
7.本发明通过下述技术方案实现：
8.一种使用偏滤器偏压靶板控制边缘局域模的装置，包括：偏压靶板，所述偏压靶板用于 设于托卡马克偏滤器环向上形成sol区域电流以产生共振磁扰动；所述偏压靶板上还设置有 用于与外部偏压电源连接的引线。
9.本发明通过安装偏滤器偏压靶板，在托卡马克中形成电流回路，形成回路的电流产生三 维扰动场进行边缘局域模控制。本发明与比较成熟的共振磁扰动线圈相比，成本低、占用的 空间小、结构简单灵活，且距离等离子体台基区近，解决了托卡马克装置空间有限、共振磁 扰动线圈存在q95窗口等问题。
10.进一步地，所述偏压靶板设置在偏滤器靶板上，所述偏滤器靶板均匀设置并分布于托卡 马克偏滤器环向的一圈。
11.进一步地，所述偏滤器靶板包括强场侧偏滤器靶板和弱场侧偏滤器靶板，所述强场侧偏 滤器靶板和弱场侧偏滤器靶板上均设置有多个用于安装偏压靶板的安装位，所述多个用于安 装偏压靶板的安装位上至少安装有一个偏压靶板。
12.进一步地，安装偏压靶板的数量为n，所述n为大于或者等于1的整数；当n大于或者 等于1时，n个偏压靶板沿着托卡马克偏滤器环向的一圈均匀分布。
13.偏压靶板可以一个或者多个(2，3，4，5
…
)，偏压靶板之间间隔的度数也可以改变；个 数不同，在他们上面施加电压后产生的电流可以产生不同的磁场扰动。
14.进一步地，每个偏压靶板在托卡马克偏滤器环向上的位置和托卡马克偏滤器打击点的位 置对齐。
15.一种使用偏滤器偏压靶板控制边缘局域模的方法，基于所述的一种使用偏滤器偏压靶板 控制边缘局域模的装置，包括：在托卡马克偏滤器环向上的至少一个偏压靶板上施加偏压， 驱动形成sol区域电流以产生共振磁扰动。
16.进一步地，还包括在至少两个不同位置的偏压靶板上施加偏压以形成sol区域电流产生 共振磁扰动。
17.进一步地，还包括多个施加偏压的偏压靶板在托卡马克偏滤器上环向均匀布置，以驱动 sol区域形成电流回路产生共振磁扰动。
18.进一步地，还包括通过改变偏压靶板的数量实现不同模数的共振磁扰动。
19.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
20.本发明提供的一种使用偏滤器偏压靶板控制边缘局域模的装置及方法，主要用于托卡马 克装置边缘局域模的缓解或抑制。本发明通过安装偏滤器偏压靶板，在托卡马克中形成电流 回路，形成回路的电流产生三维扰动场进行边缘局域模控制。本发明与比较成熟的共振磁扰 动线圈相比，成本低、占用的空间小、结构简单灵活，且距离等离子体台基区近，解决了托 卡马克装置空间有限、共振磁扰动线圈存在q95窗口等问题。本发明能够更灵活便捷地控制 托卡马克边缘局域模。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的 附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是 对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
22.图1为偏压靶板在偏滤器靶板上的装配图；
23.图2为强场侧偏滤器靶板示意图；
24.图3为弱场侧偏滤器靶板示意图；
25.图4为偏压靶板的安装位置示意图；
26.图5为图4的偏压靶板在q95面上径向扰动场的傅里叶分解谱图示意图；
27.其中：a表示环向模数n＝0,极向模数m＝8时的扰动幅度；
28.b表示环向模数n＝1，极向模数m＝8时的扰动幅度；
个偏压靶板的位置，包括：第一偏压靶板21、第二偏压靶板22、第三偏压靶板23和第四偏 压靶板24。
48.为了保证对边缘局域模的缓解或抑制效果，每个偏压靶板在托卡马克偏滤器7环向上的 位置和托卡马克偏滤器7打击点的位置对齐。
49.一种使用偏滤器偏压靶板控制边缘局域模的方法，基于所述的一种使用偏滤器偏压靶板 控制边缘局域模的装置，包括：在托卡马克偏滤器7环向上的至少一个偏压靶板上施加偏压， 驱动形成sol区域电流以产生共振磁扰动。
50.优选地，还包括在至少两个不同位置的偏压靶板上施加偏压以形成sol区域电流产生共 振磁扰动。
51.优选地，还包括多个施加偏压的偏压靶板在托卡马克偏滤器7上环向均匀布置，以驱动 sol区域形成电流回路产生共振磁扰动。
52.优选地，还包括通过改变偏压靶板的数量实现不同模数的共振磁扰动。
53.示例参考图4
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8所示，其中，图4中示意出了在托卡马克偏滤器7内部环向上4个偏压 靶板的位置，左边的两个靶板：第一偏压靶板21接地，第二偏压靶板22施加正电压；右边 的两个靶板：第三偏压靶板23施加正电压，第四偏压靶板24接地，在sol区域形成驱动电 流。通过跟踪磁力线模拟，参考图5所示，可知，本发明实施例的方法主要产生n＝1的扰动。 对比参考图6
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图7所示，由偏压靶板驱动sol电流产生的磁场拓扑结构与rmp线圈产生的 磁场拓扑结构相同。由图6
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图7可知，相同的电流情况下，使用偏滤器偏压靶板可以更好的 抑制边缘局域模。参考图8所示，sol区域的安全因子与台基区的安全因子几乎相同。随着 安全因子的变化，沿着sol区域磁力线的电流也会变化，所以不会有q95窗口的限制。
54.从而，本发明实施例通过在托卡马克偏滤器7环向上安装一定数量的靶板，改变靶板两 端偏置电压方向，可以产生不同模数的共振磁扰动，达到类似于共振磁扰动线圈的效果。同 时，因为距离台基区域近，没有q95窗口的限制。而且体积小、结构简单，不会受限于空间。
55.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。