CN106057252A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106057252A CN106057252A CN201610451778.3A CN201610451778A CN106057252A CN 106057252 A CN106057252 A CN 106057252A CN 201610451778 A CN201610451778 A CN 201610451778A CN 106057252 A CN106057252 A CN 106057252A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plasma
- magnetic
- theta
- confinement device
- hagfish
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
- G21B1/05—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
- H05H1/10—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied magnetic fields only, e.g. Q-machines, Yin-Yang, base-ball
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本发明公开了一种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,该方法通过设置外部磁场BV的磁感应强度大小的方式控制多极磁阱磁约束装置中的等离子体的环向力平衡,多极磁阱磁约束装置包括一内部盲鳗线圈、两个外部盲鳗线圈、一补偿线圈和一螺线管线圈,多极磁阱磁约束装置中还设有一磁感应强度为BV的外部磁场。根据环向力平衡条件,等离子体受到的各项力的合力为零,由此得到外部磁场的磁感应强度BV需满足的关系式。本发明提供的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通过引入外加磁场的方式实现了对等离子体环向力平衡的控制,减少了环形磁约束装置由于环向效应引起的等离子体的损失。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体磁约束领域,具体而言,涉及一种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,以实现对多极磁阱系统中等离子体环向力平衡的控制,减少环形磁约束装置由于环向效应所引起的等离子体的损失。
背景技术
目前,人类最主要的能源仍是煤炭、石油、天然气等化石燃料,这些能源储量有限而且使用过程严重污染环境。因此,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。在核能的利用上,由于核裂变所需的原料铀的储量不多,放射性与危险性大。而核聚变无论是在燃料的蕴藏量、还是在安全性方面都具有非常大的优势。受控核聚变主要有两个研究方向:惯性约束和磁约束。目前,主要的研究方向为磁约束核聚变,具有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非托卡马克型受控热核聚变等离子体磁约束的初级研究装置,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。
多极磁阱磁约束装置是一种环形等离子体磁约束装置。为了避免等离子体在磁约束装置中的终端损失,等离子体必须被约束在环形结构中。但由于环效应,环向磁场和极向磁场都不可避免地会产生将等离子体沿半径R方向向外的推力,从而导致等离子体的损失。
目前,磁约束装置环状结构产生的环向力包括环力、车胎力和1/R力。对于多极磁阱磁约束装置的环向力来说,由于不存在θ箍缩,故无1/R力。另外,处于中心弱磁区域和盲鳗束缚区域的等离子体由于约束原理不同,故在研究中也需予以区别对待。具体来讲,由于中心弱磁场区域的磁场较弱,在该区域的等离子体只存在车胎力,同时该车胎力可以由多极磁阱的约束磁场进行补偿。而盲鳗约束的等离子体则同时受到车胎力和环力,如果要维持等离子体的环向力平衡,则需要外加力来平衡这些沿径向R向外的力。在这种背景下,如何引入外加垂直磁场以实现等离子体的环向力平衡,是本领域面临的一大问题。
发明内容
本发明提供一种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,该方法通过引入外加磁场的方式实现了对等离子体环向力平衡的控制。
为了达到上述目的,本发明提供了一种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,该方法通过设置外部磁场BV的磁感应强度大小的方式控制多极磁阱磁约束装置中的等离子体的环向力平衡,多极磁阱磁约束装置包括一内部盲鳗线圈、两个外部盲鳗线圈、一补偿线圈和一螺线管线圈,多极磁阱磁约束装置中还设有一磁感应强度为BV的外部磁场,该方法包括以下步骤:
S1:将多极磁阱磁约束装置中的等离子体视为理想状态下的等离子体,即等离子体中的电流均在表面无限薄的层间流动,等离子体区域呈一圆环体且等压面为一组逐层嵌套的准同轴的圆,等离子体区域中某一点的压强P为:
P=P(r),
其中,r为该点与内部盲鳗线圈之间的最短距离,
等离子体区域中某一点的磁感应强度B为:
其中,Bθ(r)为内部盲鳗线圈、两个外部盲鳗线圈和补偿线圈在该点产生的极向场的磁感应强度,eθ、ez为方向向量,R0为内部盲鳗线圈的半径,R为等离子体区域形成的圆环体的大圆半径;
S2:计算等离子体区域中的等离子体受到的车胎力Fp,车胎力Fp是由于等离子体作用的等效面积在等离子体区域形成的圆环体内外不一致而产生的:
其中,eR为内部盲鳗线圈半径方向的单位向量,<p>为等离子体区域的平均压强,a为等离子体区域形成的圆环体的半径;
S3:计算等离子体区域中的等离子体受到的环力FL:
其中,μ0为真空中的磁导率;
S4:根据等离子体的环向力平衡模型,计算等离子体区域中的等离子体受外部磁场的作用力FV:
S5:根据环向力平衡条件,等离子体受到的各项力的合力为0,由此得到外部磁场的磁感应强度BV需满足的关系式:
其中,Bθa为等离子区域边界处的磁感应强度,电感li的实际数值与等离子体中的电流密度分布情况相关,且真空电感le满足以下关系式:
本发明提供的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通过引入外加磁场的方式实现了对等离子体环向力平衡的控制,减少了环形磁约束装置由于环向效应引起的等离子体的损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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的附图。
图1为磁阱磁约束装置中的极向磁场示意图;
图2为盲鳗线圈周围的等离子体环向力平衡的环形几何结构图。
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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为磁阱磁约束装置中的极向磁场示意图,图2为盲鳗线圈周围的等离子体环向力平衡的环形几何结构图,本发明提供了一种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,该方法通过设置外部磁场BV的磁感应强度大小的方式控制多极磁阱磁约束装置中的等离子体的环向力平衡,多极磁阱磁约束装置包括一内部盲鳗线圈C1、两个外部盲鳗线圈C2/C4、一补偿线圈C3和一螺线管线圈VS,多极磁阱磁约束装置中还设有一磁感应强度为BV的外部磁场,该方法包括以下步骤:
S1:将多极磁阱磁约束装置中的等离子体视为理想状态下的等离子体,即等离子体中的电流均在表面无限薄的层间流动,等离子体区域呈一圆环体且等压面为一组逐层嵌套的准同轴的圆,等离子体区域中某一点的压强P为:
P=P(r),
其中,r为该点与内部盲鳗线圈之间的最短距离,
等离子体区域中某一点的磁感应强度B为:
其中,Bθ(r)为内部盲鳗线圈、两个外部盲鳗线圈和补偿线圈在该点产生的极向场的磁感应强度,eθ、ez为方向向量,R0为内部盲鳗线圈的半径,R为等离子体区域形成的圆环体的大圆半径;
S2:计算等离子体区域中的等离子体受到的车胎力Fp,车胎力Fp是由于等离子体作用的等效面积在等离子体区域形成的圆环体内外不一致而产生的:
其中,eR为内部盲鳗线圈半径方向的单位向量,<p>为等离子体区域的平均压强,a为等离子体区域形成的圆环体的半径;
S3:计算等离子体区域中的等离子体受到的环力FL:
其中,μ0为真空中的磁导率;
S4:根据等离子体的环向力平衡模型,计算等离子体区域中的等离子体受外部磁场的作用力FV:
S5:根据环向力平衡条件,等离子体受到的各项力的合力为0,由此得到外部磁场的磁感应强度BV需满足的关系式:
其中,Bθa为等离子区域边界处的磁感应强度,电感li的实际数值与等离子体中的电流密度分布情况相关,且真空电感le满足以下关系式:
本发明提供的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通过引入外加磁场的方式实现了对等离子体环向力平衡的控制,减少了环形磁约束装置由于环向效应引起的等离子体的损失。
本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解:实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中,也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种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,该方法通过设置外部磁场BV的磁感应强度大小的方式控制多极磁阱磁约束装置中的等离子体的环向力平衡,多极磁阱磁约束装置包括一内部盲鳗线圈、两个外部盲鳗线圈、一补偿线圈和一螺线管线圈,多极磁阱磁约束装置中还设有一磁感应强度为BV的外部磁场,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1:将多极磁阱磁约束装置中的等离子体视为理想状态下的等离子体,即等离子体中的电流均在表面无限薄的层间流动,等离子体区域呈一圆环体且等压面为一组逐层嵌套的准同轴的圆,等离子体区域中某一点的压强P为:
P=P(r),
其中,r为该点与内部盲鳗线圈之间的最短距离,
等离子体区域中某一点的磁感应强度B为:
其中,Bθ(r)为内部盲鳗线圈、两个外部盲鳗线圈和补偿线圈在该点产生的极向场的磁感应强度,eθ、ez为方向向量,R0为内部盲鳗线圈的半径,R为等离子体区域形成的圆环体的大圆半径;
S2:计算等离子体区域中的等离子体受到的车胎力Fp,车胎力Fp是由于等离子体作用的等效面积在等离子体区域形成的圆环体内外不一致而产生的:
其中,eR为内部盲鳗线圈半径方向的单位向量,<p>为等离子体区域的平均压强,a为等离子体区域形成的圆环体的半径;
S3:计算等离子体区域中的等离子体受到的环力FL:
其中,μ0为真空中的磁导率;
S4:根据等离子体的环向力平衡模型,计算等离子体区域中的等离子体受外部磁场的作用力FV:
S5:根据环向力平衡条件,等离子体受到的各项力的合力为0,由此得到外部磁场的磁感应强度BV需满足的关系式:
其中,Bθa为等离子区域边界处的磁感应强度,电感li的实际数值与等离子体中的电流密度分布情况相关,且真空电感le满足以下关系式:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610451778.3A CN106057252A (zh) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610451778.3A CN106057252A (zh) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106057252A true CN106057252A (zh) | 2016-10-26 |
Family
ID=57167789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610451778.3A Pending CN106057252A (zh) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106057252A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
CN110278648A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-24 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 磁场位形对等离子体减压效应的影响研究方法 |
CN110337170A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于电流驱动技术反场位形结构的高密度等离子体射流发生装置 |
WO2023151493A1 (zh) * | 2022-02-13 | 2023-08-17 | 吴谞冠 | 一种磁约束的核聚变反应容器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4534842A (en) * | 1983-06-15 | 1985-08-13 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Process and device for producing a homogeneous large-volume plasma of high density and of low electronic temperature |
CN203799675U (zh) * | 2014-04-23 | 2014-08-27 | 哈尔滨工业大学 | 佳拉洁雅型磁约束装置下等离子体参数测量装置 |
CN104267702A (zh) * | 2014-10-11 | 2015-01-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于SOPC技术的Galatea型等离子体磁约束装置时序控制系统 |
CN105101602A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-11-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法 |
CN105117522A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-12-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于电动力平衡的多极磁阱线圈的参数配置方法 |
-
2016
- 2016-06-21 CN CN201610451778.3A patent/CN106057252A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4534842A (en) * | 1983-06-15 | 1985-08-13 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Process and device for producing a homogeneous large-volume plasma of high density and of low electronic temperature |
CN203799675U (zh) * | 2014-04-23 | 2014-08-27 | 哈尔滨工业大学 | 佳拉洁雅型磁约束装置下等离子体参数测量装置 |
CN104267702A (zh) * | 2014-10-11 | 2015-01-07 | 哈尔滨工业大学 | 基于SOPC技术的Galatea型等离子体磁约束装置时序控制系统 |
CN105101602A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-11-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种多极磁阱等离子体磁约束装置的时序控制方法 |
CN105117522A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-12-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于电动力平衡的多极磁阱线圈的参数配置方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
李冰: "佳拉洁雅型磁约束装置中等离子体平衡性的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
CN110278648A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-24 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 磁场位形对等离子体减压效应的影响研究方法 |
CN110337170A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-10-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于电流驱动技术反场位形结构的高密度等离子体射流发生装置 |
CN110337170B (zh) * | 2019-07-11 | 2021-06-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于电流驱动技术反场位形结构的高密度等离子体射流发生装置 |
WO2023151493A1 (zh) * | 2022-02-13 | 2023-08-17 | 吴谞冠 | 一种磁约束的核聚变反应容器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106057252A (zh) | 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 | |
CN103077759B (zh) | 全能铀-钍转化-增殖堆装置 | |
CN107301882A (zh) | 一种哑铃状结构可控核聚变装置 | |
Wu et al. | Preliminary design of CFETR TF prototype coil | |
Pironti et al. | Control of tokamak plasmas: introduction to a special section | |
GB875941A (en) | Thermonuclear reactor | |
Bethe | The fusion hybrid | |
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 | |
CN113362969A (zh) | 多冲程核聚变方法及核聚变反应堆 | |
CN105117522B (zh) | 一种基于电动力平衡的多极磁阱线圈的参数配置方法 | |
Okawa et al. | Design study on Pb-208 cooled CANDLE burning reactors toward practical application for future nuclear energy source | |
EP3574718B1 (en) | Tokamak with poloidal field coil arrangement for double null merging ignition, method therefor and nuclear fusion reactor with the same. | |
Wu et al. | Design of the HT-7U tokamak device | |
Serfontein | Sharp reduction in maximum fuel temperatures during loss of coolant accidents in a PBMR DPP-400 core, by means of optimised placement of neutron poisons | |
CN105101601A (zh) | 一种全等离子体通道系统及其控制方法 | |
Steiner et al. | The tokamak: model T fusion reactor | |
Kleiner | Non-linear modelling of saturated internal and external MHD instabilities in tokamaks | |
Koike et al. | MHD Simulation of Merging Fueling Method Used for ST Plasma | |
Portone | The design of the poloidal magnetic configurations in Tokamaks | |
Abdelhameed et al. | Time-dependent 3-D Multi-physics Simulation of the Passively Autonomous Daily Load-follow in ATOM SMR | |
Besseghir | Free-boundary simulations of ITER advanced scenarios | |
CN105682333A (zh) | 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 | |
Hou et al. | In-Core Fuel Management Optimization for Breed-and-Burn Reactors With 3D Fuel Shuffling | |
Afifah et al. | Study on core radius minimization for long life Pb-Bi cooled CANDLE burnup scheme based fast reactor | |
Ågren et al. | On fusion driven systems (FDS) for transmutation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161026 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |