CN105101602A - 一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法 - Google Patents
一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105101602A CN105101602A CN201510455578.0A CN201510455578A CN105101602A CN 105101602 A CN105101602 A CN 105101602A CN 201510455578 A CN201510455578 A CN 201510455578A CN 105101602 A CN105101602 A CN 105101602A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plasma
- time
- magnetic
- congruent
- work
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法,所述的多极磁阱等离子体磁约束装置包括等离子体枪系统、全等离子体通道系统和多极磁阱系统。该方法由多极磁阱等离子体磁约束装置各个子系统工作时序的数学模型,得出多极磁阱磁约束装置各个子系统之间的时序控制模型。本发明所述的方法实现了多极磁阱等离子体磁约束装置中各个子系统工作时序的精确控制,保证了整个等离子体磁约束装置完成磁约束工作的同步性和实时性。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体磁约束领域,具体为一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法,给出了多极磁阱磁约束装置各个子系统之间的时序控制模型,从而保证了多极磁阱等离子体磁约束装置中等离子体的产生、输运和等离子体磁约束等一系列工作的正常运行。
背景技术
随着能源问题的日益突出,开发安全可靠、高效清洁的新能源迫在眉睫。受控核聚变作为一种理想的清洁能源,在燃料储量和安全性方面有着巨大的优势。目前,受控核聚变主要有两个研究方向:惯性约束和磁约束。其中磁约束核聚变是研究热点,其代表性的磁约束装置有托卡马克和仿星器。
多极磁阱磁约束装置作为一种非托卡马克型受控热核聚变等离子体磁约束的初极研究装置,与托卡马克、仿星器等磁约束装置相比,具有结构简单、体积小、可控性好、能自动抑制等离子体的互换不稳定性等优点。它由等离子体枪系统、全等离子体通道系统和多极磁阱系统组成。多极磁阱磁约束装置位于等离子体内部,它是利用最小B原理实现对等离子体的约束。
目前,大多数磁约束装置的控制都是以脉冲方式进行的,为了成功的进行等离子体磁约束,所有参与实验的子系统和设备必须同步运行。这就意味着需要一个精确的时序控制系统,一个可靠的时序控制系统应该是根据磁约束装置中的各个子系统的工作启动时刻和工作时间来确定的。而磁约束装置中现有的时序控制系统并没有详细分析各个子系统的时序控制算法,只是通过多次实验确定各子系统的时序参数,各个子系统之间的时序信号匹配性差、可靠性低。
在这种背景下,我们提出了一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法,给出了多极磁阱磁约束装置的各个子系统之间的时序控制模型,从而保证多极磁阱等离子体磁约束装中等离子体的产生、输运和等离子体磁约束等一系列工作过程的正常运行,保证了多极磁阱等离子体磁约束装置的实时性和可靠性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法。该方法能保证多极磁阱等离子体磁约束装置中等离子体的产生、输运和等离子体磁约束等一系列工作过程的正常运行,提高多极磁阱等离子体磁约束装置的实时性和可靠性。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法的步骤包括:
步骤1:等离子体枪系统的时序控制。等离子体是由脉冲供气电磁阀和气体电离电极组成。设等离子体枪的工作起始时刻为tpg0,脉冲供气电磁阀的工作时间为Tpg1,工作起始时刻为tpg1,气体电离电极的工作时间为Tpg2,工作起始时刻为tpg1。
步骤2:全等离子体通道系统时序控制。全等离子体通道包括公共等离子体通道系统、快等离子体通道系统、截断器系统和溜槽线圈系统。全等离子体通道工作的时间记为Tpc,全等离子体通道工作的时间Tpc包含四部分:一是等离子枪和全等离子体通道工作的起始时刻差Δt1;二是等离子体通过全等离子体通道的时间Tpt,其起始时刻记为tpc0;三是溜槽线圈系统的工作时间Tpl,其启动时刻记为tpl0。四是截断器系统的工作时间Tpi,其启动时刻记为tpi0。
步骤3:多极磁阱系统时序控制。多极磁阱系统由盲鳗线圈、补偿线圈和螺线管线圈组成,各个线圈相互串联,由一个脉冲电源系统供电产生磁阱磁场位形。磁阱工作的起始时刻记为tmt0,磁阱工作的时间记为Tmt,磁阱工作的时间Tmt包含三部分:一是磁阱和全等离子体通道工作的起始时刻差Δt2;二是等离子体注入的时间Tpi;三是等离子体的约束时间Tmc。
与现有的技术相比,本发明计算多极磁阱等离子体磁约束装置中各个子系统的工作启动时刻和工作时间结果精度高,保证了多极磁阱等离子体磁约束装置中各个子系统之间的同步性,提高了多极磁阱等离子体磁约束装置的实时性和可靠性。
附图说明
图1是本发明所述的多极磁阱磁约束装置结构示意图
图2是本发明所述的一种多极磁阱磁约束装置的时序控制算法流程图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明的原理和特征进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1所示,本发明所述的多极磁阱磁约束装置由等离子体枪系统11、全等离子体通道系统12和多极磁阱系统13三部分组成。等离子体枪系统11由脉冲供气电磁阀模块a和气体电离电极模块b组成,负责工质气体输送和电离。全等离子体通道系统12由公共等离子体通道模块c、截断器模块d、快等离子体通道模块e和溜槽线圈模块f组成,负责等离子体的输运、筛选和注入。多极磁阱系统13,负责产生约束等离子体的磁阱磁场位形。
如图2所示,本发明还给出了一种多极磁阱磁约束装置的时序控制方法。包括以下步骤:
步骤21:等离子体枪系统的时序控制。等离子体枪的工作起始时刻为tpg0,等离子体枪的工作时间为Tpg=Tpg1+Tpg2。其中Tpg1是脉冲供气电磁阀的工作时间,启动时刻为tpg1,考虑到脉冲供气电磁阀是最先开始工作的,所以其启动时刻tpg1=tpg0。其中Tpg2是气体电离电极的工作时间,为了保证可靠的对工质气体电离,气体电离电极启动时刻需满足tpg2≥tpg1。
步骤22:全等离子体通道工作的起始时刻为tpc0。等离子枪和全等离子体通道工作的起始时刻差Δt1,Δt1满足下式:
快束和慢束等离子体分别通过全等离子体通道的时间Tptq和Tpts满足下式:
式中,Lpt1为公共等离子体通道的长度,单位为m;Lpt2为快等离子体通道的长度,单位为m;vq是快束等离子体运动速度,单位为m/s;vs为慢束等离子体的运动速度,单位为m/s。
同时为了可靠进行等离子体的输运,公共等离子体通道和快等离子体通道的启动时刻tpp0和tpq0均等于tpg0,工作时间Tpp和Tpq均等于Tpts。
步骤23:截断器系统的工作时间为Tpi,启动时刻为tpi0。其启动时刻满足如下关系式:
截断器系统在工作时间Tpi内需要完全截断慢束等离子体,保证只有快束等离子体通过,因此其工作时间Tpi=Tpts。
步骤24:溜槽线圈需等到等离子体通过全等离子体通道之后才启动,所以溜槽线圈的启动时刻tpl0满足:
tpl0=tpc0+Tptq
为了保证溜槽线圈可靠的中和多极磁阱的障壁磁场,其工作时间Tpl应为等离子体枪产生等离子体束的持续时间,即等离子体枪的气体电离电极工作时间Tpg2。
步骤25:设磁阱工作的起始时刻为tmt0,磁阱和全等离子体通道工作的起始时刻的差记为Δt2,Δt2不能少于等离子体通过全等离子体通道的时间,即Δt2满足:
磁阱工作的时间记为Tmt,磁阱工作的时间Tmt包含三部分:一是磁阱和全等离子体通道工作的起始时刻差Δt2;二是等离子体注入的时间Tpi;三是等离子体的约束时间Tmc。即Tmt满足:
Tmt=Δt2+Tpi+Tmc
以上说明对本发明而言只是说明性的,而非限制性的,本领域普通技术人员理解,在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下,可做出许多修改、变化或等效,但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法,其步骤包括:
步骤1:等离子体枪系统的时序控制,等离子体是由脉冲供气电磁阀和气体电离电极组成,等离子体枪的工作起始时刻为tpg0,等离子体枪的工作时间为Tpg=Tpg1+Tpg2,其中Tpg1是脉冲供气电磁阀的工作时间,启动时刻为tpg1,考虑到脉冲供气电磁阀是最先开始工作的,所以其启动时刻tpg1=tpg0,其中Tpg2是气体电离电极的工作时间,为了保证可靠的对工质气体电离,气体电离电极启动时刻需满足tpg2≥tpg1;
步骤2:全等离子体通道系统时序控制,全等离子体通道包括公共等离子体通道系统、快等离子体通道系统、截断器系统和溜槽线圈系统,全等离子体通道工作的时间记为Tpc,全等离子体通道工作的时间Tpc包含四部分:一是等离子枪和全等离子体通道工作的起始时刻差Δt1;二是等离子体通过全等离子体通道的时间Tpt,起始时刻为tpc0;三是溜槽线圈系统的工作时间为Tpl,启动时刻为tpl0;四是截断器系统的工作时间Tpi,启动时刻为tpi0;等离子枪和全等离子体通道工作的起始时刻差Δt1,Δt1满足下式:
快束和慢束等离子体分别通过全等离子体通道的时间Tptq和Tpts满足下式:
同时为了可靠进行等离子体的输运,等离子体通道的工作时间Tpt=Tpts;
溜槽线圈需等到等离子体通过全等离子体通道之后才启动,所以溜槽线圈的启动时刻tpl0满足:
tpl0=tpc0+Tptq
溜槽线圈需等到等离子体通过全等离子体通道之后才启动,所以溜槽线圈的启动时刻tpl0满足:
tpl0=tpc0+Tptq
截断器系统的工作时间为Tpi,启动时刻为tpi0,其启动时刻满足如下关系式:
截断器系统在工作时间Tpi内需要完全截断慢束等离子体,保证只有快束等离子体通过,因此其工作时间Tpi=Tpts;
步骤3:多极磁阱系统时序控制,多极磁阱系统由盲鳗线圈、补偿线圈和螺线管线圈组成,各个线圈相互串联,由一个脉冲电源系统供电产生磁阱磁场位形,磁阱工作的起始时刻为tmt0,磁阱工作的时间记为Tmt,磁阱工作的时间Tmt包含三部分:一是磁阱和全等离子体通道工作的起始时刻差Δt2;二是等离子体注入的时间Tpi;三是等离子体的约束时间Tmc。
多级磁阱和全等离子体通道工作的起始时刻的差记为Δt2,Δt2不能少于等离子体通过全等离子体通道的时间,即Δt2满足:
磁阱工作的时间记为Tmt,磁阱工作的时间Tmt包含三部分:一是磁阱和全等离子体通道工作的起始时刻差Δt2;二是等离子体注入的时间Tpi;三是等离子体的约束时间Tmc。即Tmt满足:
Tmt=Δt2+Tpi+Tmc。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510455578.0A CN105101602B (zh) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | 一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510455578.0A CN105101602B (zh) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | 一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105101602A true CN105101602A (zh) | 2015-11-25 |
CN105101602B CN105101602B (zh) | 2017-07-28 |
Family
ID=54580817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510455578.0A Active CN105101602B (zh) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | 一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105101602B (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105682333A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种等离子体进入多极磁阱线圈的控制方法及其控制系统 |
CN105873345A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种对等离子体进行快慢束分离的系统及方法 |
CN106057252A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-26 | 哈尔滨工业大学 | 用于多极磁阱磁约束装置的等离子体环向力平衡控制方法 |
CN106952671A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-14 | 哈尔滨工业大学 | 佳拉洁雅磁阱结构下测量等离子体时间参数的装置及方法 |
CN109104806A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-28 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 | 一种磁场控制等离子体的装置及方法 |
CN113161020A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-23 | 核工业西南物理研究院 | 一种用于托卡马克装置的多系统联合等离子体控制平台 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3445722A (en) * | 1964-11-04 | 1969-05-20 | Gulf General Atomic Inc | Plasma manipulation method and apparatus |
CN102409525A (zh) * | 2011-09-13 | 2012-04-11 | 上海理工大学 | 一种低温等离子发生装置及控制方法 |
JP5124317B2 (ja) * | 2008-03-19 | 2013-01-23 | 新明和工業株式会社 | シートプラズマ成膜装置、及びシートプラズマ調整方法 |
CN103269555A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-28 | 哈尔滨工业大学 | 用具零磁场区的磁场位形约束高温等离子体的系统和方法 |
CN203368890U (zh) * | 2013-07-30 | 2013-12-25 | 哈尔滨工业大学 | 用具有零磁场区的磁场位形约束高温等离子体的装置 |
AU2014100567A4 (en) * | 2014-05-28 | 2014-06-26 | Taylor, Blake Robert Mr | Magnetic confinement of plasma in nuclear fusion tokamaks |
-
2015
- 2015-07-30 CN CN201510455578.0A patent/CN105101602B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3445722A (en) * | 1964-11-04 | 1969-05-20 | Gulf General Atomic Inc | Plasma manipulation method and apparatus |
JP5124317B2 (ja) * | 2008-03-19 | 2013-01-23 | 新明和工業株式会社 | シートプラズマ成膜装置、及びシートプラズマ調整方法 |
CN102409525A (zh) * | 2011-09-13 | 2012-04-11 | 上海理工大学 | 一种低温等离子发生装置及控制方法 |
CN103269555A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-28 | 哈尔滨工业大学 | 用具零磁场区的磁场位形约束高温等离子体的系统和方法 |
CN203368890U (zh) * | 2013-07-30 | 2013-12-25 | 哈尔滨工业大学 | 用具有零磁场区的磁场位形约束高温等离子体的装置 |
AU2014100567A4 (en) * | 2014-05-28 | 2014-06-26 | Taylor, Blake Robert Mr | Magnetic confinement of plasma in nuclear fusion tokamaks |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105682333A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种等离子体进入多极磁阱线圈的控制方法及其控制系统 |
CN105873345A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-08-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种对等离子体进行快慢束分离的系统及方法 |
CN106057252A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-26 | 哈尔滨工业大学 | 用于多极磁阱磁约束装置的等离子体环向力平衡控制方法 |
CN106952671A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-14 | 哈尔滨工业大学 | 佳拉洁雅磁阱结构下测量等离子体时间参数的装置及方法 |
CN109104806A (zh) * | 2018-09-21 | 2018-12-28 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院 | 一种磁场控制等离子体的装置及方法 |
CN113161020A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-23 | 核工业西南物理研究院 | 一种用于托卡马克装置的多系统联合等离子体控制平台 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105101602B (zh) | 2017-07-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105101602A (zh) | 一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法 | |
Karimabadi et al. | Recent evolution in the theory of magnetic reconnection and its connection with turbulence | |
Angus et al. | Effect of drift waves on plasma blob dynamics | |
Avila et al. | Streamwise-localized solutions at the onset of turbulence in pipe flow | |
Fox et al. | Fast magnetic reconnection in laser-produced plasma bubbles | |
US20190214154A1 (en) | Single-pass, heavy ion systems for large-scale neutron source applications | |
Srinivasan et al. | Magnetic field generation in Rayleigh-Taylor unstable inertial confinement fusion plasmas | |
RU2477897C2 (ru) | Системы и способы однотактного тяжелоионного синтеза | |
Zhu et al. | Predictive transport simulations of internal transport barriers using the Multi-Mode model | |
Lan et al. | An initial design of hohlraum driven by a shaped laser pulse | |
O’Connell et al. | Observation of velocity-independent electron transport in the reversed field pinch | |
CN106981317B (zh) | 磁化等离子体聚变点火装置及其局部快速加速加热点火方法 | |
CN103269555B (zh) | 用具零磁场区的磁场位形约束高温等离子体的系统和方法 | |
Dunne | Inter-ELM evolution of the edge current density profile on the ASDEX Upgrade tokamak | |
Clynes | 5 Big ideas for fusion power: Startups, universities, and major companies are vying to commercialize a nuclear fusion reactor | |
Zhang et al. | Multispecies Ion Acceleration in 3D Magnetic Reconnection with Hybrid-Kinetic Simulations | |
CA3201923A1 (en) | Plasma injection and confinement systems and methods | |
CN105101601A (zh) | 一种全等离子体通道系统及其控制方法 | |
CN206864193U (zh) | 磁化等离子体聚变点火装置 | |
CN104078084A (zh) | 一种强磁场下的连续金属液膜生成装置及方法 | |
Glimm et al. | Simulation of 3D fluid jets with application to the Muon Collider target design | |
Kapralov et al. | Development of pellet technologies for plasma fueling | |
Zhu et al. | System identification for plasma shape control on EAST | |
Garnett et al. | Overview of accelerator applications in energy | |
Schmitz et al. | Towards a physics-based understanding of the LH transition power threshold |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |