1、1,托卡馬克裝置,概述 托卡馬克工程 托卡馬克原理,2,1,概述托卡馬克裝置,環(huán)向等離子體電流產(chǎn)生極向磁場實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變換，消除磁場不均勻造成的漂移和粒子損失,電流和磁場：平行和反平行,3,托卡馬克的復(fù)雜性,電流產(chǎn)生極向磁場，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變換而電流輪廓是不能直接控制的，造成了物理的復(fù)雜性,等離子體參數(shù),電流輪廓,歐姆加熱,輸運(yùn),因果關(guān)系構(gòu)成閉環(huán)，是一種自組織性,4,托卡馬克的缺點(diǎn),歐姆加熱的弱點(diǎn)：，溫度增加是加熱效率降低不能達(dá)到點(diǎn)火要求必須借助于輔助加熱 脈沖運(yùn)行：歐姆變壓器必然是脈沖運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行需要非感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng) 聚變中子輻射造成的材料問題,5,托卡馬克的發(fā)展模式定標(biāo)律,針對ELM, H模的能量約

2、束時(shí)間定標(biāo)律IPB98(y,2),6,主要大中型托卡馬克裝置（國外）,7,球形托卡馬克的進(jìn)展,磁場利用率高 高的比壓和安全因子 自然偏濾器位形 無大的破裂 材料問題更嚴(yán)重,環(huán)徑比A=R/a, A1.5稱球形托卡馬克,球形托卡馬克,8,2,托卡馬克工程：托卡馬克裝置的配置,裝置主體,9,環(huán)向場線圈,安培定律,磁場均勻時(shí)的積分,分立線圈產(chǎn)生波紋度,圓線圈總磁通,圓線圈自感,形狀因子,10,形線圈（純張力線圈）,純張力線圈方程,解,圓線圈受力,上下對稱，可以有級數(shù)解， 形狀接近形，和常數(shù)k有關(guān),11,歐姆變壓器,初級磁通變化產(chǎn)生電動(dòng)勢,等離子體區(qū)的零場條件：需要配置外線圈,變壓器的伏秒數(shù)：,反向磁化

3、,12,鐵芯變壓器,初級和次級方程,在方程中使用漏感,磁化電流產(chǎn)生的磁場：假設(shè)磁場垂直鐵芯表面,13,平衡場（成形場）線圈,理想的加熱場和平衡場,極向場系統(tǒng),平衡形態(tài)計(jì)算,14,誤差矯正場誤差（雜散）場來源：加工和安裝誤差，引線，不對稱構(gòu)件,環(huán)向場,極向場,加熱場,平衡場,矯正場,垂直場,水平場,磁場系統(tǒng),擊穿電場等值線： 在水平場垂直場平面,15,磁體的類型,常溫磁體 低溫磁體 超導(dǎo)磁體 穩(wěn)態(tài)磁體 脈沖磁體,低溫超導(dǎo) 高溫超導(dǎo),16,磁體的供電,脈沖磁體電源：電容儲(chǔ)能（電能） 電感儲(chǔ)能（磁能） 飛輪機(jī)組（機(jī)械能）,17,真空室和抽氣系統(tǒng),對真空系統(tǒng)的要求： ，真空性能：超高真空：Pa ，電氣

4、性能：高阻材料,機(jī)械泵,渦輪 分子泵,濺射 離子泵,真空室,加料 系統(tǒng),真空系統(tǒng)典型配置,真空室內(nèi)配置：偏濾器(diverter)：減少雜質(zhì) 孔欄 (limiter)：減少等離子體和壁相互作用 診斷傳感器：診斷,18,孔欄（limiter)和偏濾器(diverter),的偏濾器位形,種孔欄和偏濾器,極向,環(huán)向,束,19,不同裝置上的偏濾器,20,等離子體分區(qū),核心區(qū)(core region) 邊緣區(qū)(boundary region) 刪削區(qū)(scrape-off layer) 偏濾器區(qū),分支線(separatrix),21,加料方法,吹氣(gas puffing) 彈丸注入(pellet injection) 超聲分子束,JT-60裝置上的彈丸注入設(shè)備,為什么要加料？ ，補(bǔ)充粒子損失 ，增加等離子體密度 ，補(bǔ)充燃燒損失（堆）,彈丸產(chǎn)生和加速技術(shù),22,超聲分子束注入技術(shù),Laval噴嘴和超聲分子束注入,分子束的電離和擴(kuò)散,23,輔助加熱和非感應(yīng)電流驅(qū)動(dòng),Spitzer電阻率,例：Zeff=1.5, qaq0=1.5, A=R/a=3, Tmax=0.87Bt4/5 Bt=6 tesla, Tmax=3.6keV,歐姆加熱的缺點(diǎn)：,24,中性粒子注入原理,25,等離子體電流