CN116072372A - 基于高温超导的聚变堆超导磁体系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，属于核聚变和超导磁体技术领域，该聚变堆超导磁体系统包括环向场磁体系统、中心螺管磁体系统、极向场磁体系统。环向场磁体系统全部由高温超导CICC导体绕制而成，可产生15T以上的环向磁场，对等离子体起到约束作用；的中心螺管磁体系统由低温超导CICC和高温超导CICC导体共同绕制而成，通过产生磁通变化击穿等离子体，进而形成等离子体电流，为等离子体提供加热，同时与极向场磁体系统共同产生极向磁场，用以维持等离子体平衡；高温超导CICC导体由若干高温超导ReBCO集束线缆超导缆组合而成；本发明创新性好，性价比高，具有很强的实用性；对降低聚变堆装置体积和提高装置运行功率有着极其重要的促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及核聚变和超导磁体技术领域，尤其涉及一种基于高温超导的聚变堆超导磁体系统。
背景技术
清洁能源—聚变能的使用是人类的梦想之一，但其产生所面临的挑战是非常复杂的。磁约束聚变被认为是最有可能实现聚变能应用的途径之一，托卡马克也成为了磁约束聚变装置的主流研究形式。中国成功建立并运行世界首个全超导非圆截面托卡马克EAST装置，参与国际热核聚变实验堆ITER装置建设，开展中国聚变工程实验堆(CFETR)工程设计工作。同时，世界主要大国也都开始了下一代聚变堆的预研和设计工作。超导技术成功应用于产生强磁场的托卡马克磁体上是磁约束聚变研究的一项重大突破，超导磁体作为磁约束聚变装置的核心部件，其磁场强度对聚变功率和高参数等离子体运行起着决定性作用。下一代聚变堆的显著特点是对磁场要求高，其中环向场磁体系统和中心螺管磁体系统的最高磁场都将超过15T，这给磁体设计，特别是导体选择带来了巨大的挑战。
超导磁体系统是聚变堆的重要组成部分，其作用是约束、控制、平衡和加热装置里的等离子体，保证磁体和聚变装置的安全稳定运行。但目前聚变装置磁体系统主要采用NbTi或Nb3Sn低温管内电缆导体(Cable In Conduit Conductor，CICC)进行绕制，因受制于低温超导线材的临界磁场特性限制，其磁场强度普遍低于15T，磁体运行性能不高，且径向空间占用比较大，无法满足紧凑型和高功率聚变堆超导磁体系统使用。本发明针对上述现有技术的缺点，发明一种基于高温超导的聚变堆磁体系统，可为聚变堆提供高场强，同时可降低磁体和聚变堆径向空间尺寸，提高聚变堆运行功率。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于高温超导的聚变堆超导磁体系统。
为达上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明第一方面提供了一种基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，所述聚变堆超导磁体系统包括环向场磁体系统、中心螺管磁体系统、极向场磁体系统，
所述环向场磁体系统由高温超导CICC导体绕制而成，以对等离子起到约束作用；
所述中心螺管磁体系统由低温超导CICC导体和高温超导CICC导体共同绕制而成，通过所述中心螺管磁体系统产生磁通变化击穿等离子体，进而形成等离子体电流，为等离子体提供加热，同时与极向场磁体系统共同产生极向磁场，用以维持等离子体平衡；
所述极向场超导磁体系统由若干不同尺寸的极向场磁体组成，且固定于所述环向场磁体系统的外侧圆弧段上，且所述极向场磁体包括线圈绕组，所述线圈绕组由若干超导缆直接绕制而成，且所述线圈绕组的外侧上设置有饼间超导接头以及馈线超导接头。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述聚变堆超导磁体系统安装于杜瓦瓶的内部，且所述杜瓦瓶的内部安装有包层以及若干真空室，且所述聚变堆超导磁体系统与所述包层进行连接，且在所述聚变堆超导磁体系统的底部上安装有偏滤器以及冷屏。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，其中，所述聚变堆超导磁体系统还包括环向场磁体支撑系统，所述环向场磁体系统包括极向场支撑以及环向线圈绕组，所述极向场支撑上安装有环向场线圈盒，底部上安装有终端箱，且所述环向场磁体支撑系统上承接极向场支撑。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述环向线圈绕组由多个D形线圈绕组组合而成，且其结构分为内侧直线段和外侧圆弧段，竖直部分位于聚变堆环形场磁体系统中心，且成圆形均匀布置，外侧圆弧段依次成放射状排布；所述D形线圈绕组由D形骨架以及若干组高温超导CICC导体绕制而成，所述D形骨架沿着D形方向分为若干部分，至少包括嵌入骨架和连接骨架。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述环向场线圈盒在环形线圈绕组的外部，并将所述环向线圈绕组固定，且所述环向场线圈盒包含内侧直线段和外侧圆弧段，其中，所述环向场线圈盒的内部布置有若干冷却管以及冷却线圈盒。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述环形场磁体支撑系统设置于所述极向场支撑的底部，用于承接重力，且所述环形磁体支撑系统依次包括环向场线圈支撑腿、热截至和柔性支撑，其中，所述环向场线圈支撑腿用以实现所述环形磁体支撑系统和环向磁体系统的连接，且热截至包括冷却板和绝缘板，其中冷却板内部布置由若干冷却管，用以实现环线线圈绕组和底部其他部件的热隔离；所述柔性支撑由若干柔性支撑板组合而成，用以吸收降温过程中的磁体热应变；其余部件包括卡钳和预紧板主要用于装配时的固定，底部垫板用以和外部部件进行连接。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述终端箱包括外支撑架、超导接头和氦进出管，并置于所述环形线圈绕组的底部，所述外支撑架内安装有内支撑板，所述超导接头放置于外支撑架的内部，氦进出管包括氦管出管以及氦管进管，且所述氦进出管包括与外部低温系统连接的低温管路及环线线圈内部各绕组之间连接的氦支路管路。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述中心螺管磁体系统位于环向场磁体系统的内部，由多个低温超导CICC螺管磁体和高温CICC螺管磁体模块沿轴向堆叠组成，所述中心螺管磁体包括外部低温超导绕组、内部高温超导绕组、低温超导绕组引出线以及高温超导绕组引出线；
所述内部高温超导绕组由若干绕组串联而成，通过1组高温超导绕制引出线引出与电源馈线系统实现电连接；所述内部高温超导绕组与低温超导绕组为同轴结构；
所述外部低温超导绕组由若干个低温超导绕组引出线与外部电源馈线进行连接；若干个所述低温超导绕组关于中平面对称，中平面以上模块的引出线从上方引出，中平面以下模块的引出线从下方引出。
本发明第二方面提供了一种基于高温超导的聚变堆超导磁体系统的控制方法，所述控制方法应用于任一项所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，包括以下步骤：
获取聚变装置中在预设时间之内的运行信息，并根据所述运行信息构建运行信息曲线图；
通过对所述运行信息曲线进行特征提取，获取所述运行信息大于预设运行信息的工作持续时段，并判断所述工作持续时段是否大于预设工作时段；
若所述工作持续时段大于预设工作时段，则根据所述运行信息以及所述预设运行信息计算出运行信息差值；
根据所述运行信息差值生成相应的调整信息，并根据所述调整信息对聚变堆超导磁体系统进行调控。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，，根据所述运行信息差值生成相应的调整信息，具体包括以下步骤：
通过大数据网络获取各温度之下的等离子体特性数据信息，并基于神经网络构建等离子特性模型，并将所述各温度之下的等离子体特性数据信息输入到所述等离子特性模型中进行训练；
调整所述等离子特性模型的模型参数，直至所述等离子特性模型符合预设要求，保存所述等离子特性模型参数，并输出所述等离子特性模型；
获取所述工作持续时段大于预设工作时段的实时工作温度信息，并通过对所述实时工作温度信息排序以获取最大的实时温度信息，将所述实时温度信息输入到所述等离子特性模型中，以获取相应的等离子特性信息；
获取等离子体的初始特性信息，并根据所述相应的等离子特性信息以及等离子体的初始特性信息得到特性信息差异信息，并根据特性信息差异信息对所述运行信息差值进行补偿，并生成相应的调整信息。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
本发明主要提供了一种基于高温超导体的聚变堆磁体系统设计方法，通过高温超导导体，低温/高温混合超导导体，高温超导缆在不同线圈绕制中的应用，可提高聚变堆磁体系统的安全性，稳定性和性价比。另一方面，本发明通过采集实时的聚变装置的运行信息，根据运行信息构建运行信息曲线图，进而通过对行信息曲线进行特征提取，从而获取运行信息大于预设运行信息的工作持续时段，当工作持续时段大于预设工作时段，则根据运行信息以及所述预设运行信息计算出运行信息差值，最后根据所述运行信息差值生成相应的调整信息，并根据所述调整信息对聚变堆超导磁体系统进行调控。通过对运行信息进行补偿以生成相应的调整信息，使得聚变堆超导磁体系统的控制精度更高，保持聚变堆的运行稳定性。
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实施例的附图。
图1示出了聚变堆结构示意图的整体结构示意图；
图2示出超导磁体系统结构示意图的结构示意图；
图3示出了聚变堆环向场超导磁体的结构示意图；
图4示出了环向场磁体截面导体排布结构示意图；
图5示出了环形场磁体支撑系统的结构示意图；
图6示出了终端箱结构示意图；
图7示出了中心螺管磁体结构示意图；
图8示出了极向场磁体系统的部分结构示意图；
图9示出了极向场磁体系统的另一部分结构示意图；
图10示出了极向场绕组导体排布示意图；
图11示出了高温超导CICC超导导体的结构示意图；
图12示出了高温超导集束线缆变角度超导缆结构的结构示意图。
图中：
1-1为杜瓦瓶，1-2为真空室，1-3为超导磁体系统，1-4为包层，1-5偏滤器，1-6为冷屏，2-1为环向场磁体系统，2-2为极向场磁体系统，2-3为中心螺管磁体系统，3-1环向线圈绕组，3-2为环向场线圈盒，3-3为环向场磁体支撑系统，3-4为终端箱，3-5为极向场支撑，4-1为高温超导CICC导体，5-1为环向场线圈支撑腿，5-2为热截至，5-3为冷却管，5-4为绝缘板，5-5为柔性支撑，5-6为底部垫板，5-7为卡钳，5-8为螺栓，6-1为内支撑板，6-2为绝缘子，6-3超导接头，6-4为氦管出管，6-5为外支撑架，6-6为氦管进管，7-1为内部高温超导绕组，7-2为外部低温超导绕组，7-3为高温超导绕组引出线，7-4为低温超导绕组引出线；7-5为中平面，8-1为PF1极向场超导磁体，8-2为PF2极向场超导磁体，8-3为PF3极向场超导磁体，8-4为PF4极向场超导磁体，8-5为PF5极向场超导磁体，8-6为PF6极向场超导磁体，8-7为PF7极向场超导磁体，8-8为极向场超导磁体上安装的终端箱，9-1为高温超导集束线缆超导缆，10-1饼间超导接头，11-1为体中心冷却管，11-2为集束线缆超导缆，11-3为铜基体，11-4为不锈钢金属铠甲，12-1为高温超导ReBCO-集束线缆超导缆基体，12-2为第一层ReBCO高温超导带材，12-3为第二层ReBCO高温超导带材，12-4为第三层ReBCO高温超导带材，12-5为第四层ReBCO高温超导带材，12-6为第五层ReBCO高温超导带材，12-7为第六层ReBCO高温超导带材，12-8为第七层ReBCO高温超导带材。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
如图1以及图2所示，本发明第一方面提供了一种基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，所述聚变堆超导磁体系统包括环向场磁体系统2-1、中心螺管磁体系统2-3、极向场磁体系统2-2，
所述环向场磁体系统2-1由高温超导CICC导体4-1绕制而成，以对等离子起到约束作用；
所述中心螺管磁体系统2-3由低温超导CICC导体和高温超导CICC导体4-1共同绕制而成，通过所述中心螺管磁体系统2-3产生磁通变化击穿等离子体，进而形成等离子体电流，为等离子体提供加热，同时与极向场磁体系统2-2共同产生极向磁场，用以维持等离子体平衡；
需要说明的是，在本实施例中，通过产生磁通变化击穿等离子体，进而形成等离子体电流，为等离子体提供加热，同时与极向场磁体系统共同产生极向磁场，用以维持等离子体平衡。三种磁体系统共同作用，为聚变堆等离子体运行提供所需的磁场环境。
如图11以及图12所示，其中，所述高温超导CICC导体4-1包括高温超导导体中心骨架、缠绕在高温超导导体中心骨架上的若干根高温超导集束线缆11-2、包绕在高温超导集束线缆11-2最外侧的子缆保护包绕套，铜基体11-3和外部不锈钢金属铠甲11-4；所述高温超导导体中心骨架为不锈钢螺旋结构，且所述高温超导集束线缆11-2是由中心不锈钢螺旋骨架、子缆中心骨架铜保护层、高温超导带材包绕组成，且所述集束线缆子缆中心骨架外包绕采用铜金属带缠绕在所述子缆中心骨架上，且所述高温超导带材缠绕在所述子缆中心骨架包绕铜保护层的外侧；
需要说明的是，所述集束线缆子缆中心骨架采用金属股线经多级绞缆而成，且金属股线表面镀有高阻层材料；所述集束线缆子缆中心骨架外包绕采用铜金属带缠绕在所述子缆中心骨架上，用以保护外侧的高温超导带材；所述多层高温超导带材缠绕在所述子缆中心骨架包绕铜保护层的外侧；所述的高温超导带材为ReBCO超导带材，如图12中所示，高温超导集束线缆超导缆9-1由图示中的零件构成，其中12-1为高温超导ReBCO-集束线缆超导缆基体，12-2为第一层ReBCO高温超导带材，12-3为第二层ReBCO高温超导带材，12-4为第三层ReBCO高温超导带材，12-5为第四层ReBCO高温超导带材，12-6为第五层ReBCO高温超导带材，12-7为第六层ReBCO高温超导带材，12-8为第七层ReBCO高温超导带材等等，依据需要最大磁场确定层数。每层高温超导带材的绕制角度是渐变的。
需要说明的是，所述的高温超导绕组由高温超导CICC导体绕制而成，磁场可达到20T；低温超导绕组由低温超导Nb3Sn CICC导体绕制而成，磁场可达到15T；综合后中心螺管磁体中心场可达到20T；该结构设计在满足磁场的同时可有效降低磁体的制造成本。
需要说明的是，高温超导集束线缆缆结构紧凑，具有自支撑功率，且具有在高场下高载流能力；高温超导CICC导体由树根高温超导集束线缆子缆缠绕组合而成，增大导体载流能力的同时可减小导体的交流损害，内部的中心骨架可改善导体的柔韧度及增强导体冷却能力，从而提高高温超导导体的稳定性裕度和运行可靠性。
如图6所示，所述极向场超导磁体系统由若干不同尺寸的极向场磁体组成，且固定于所述环向场磁体系统2-1的外侧圆弧段上，且所述极向场磁体包括线圈绕组，所述线圈绕组由若干超导缆直接绕制而成，且所述线圈绕组的外侧上设置有饼间超导接头10-1以及馈线超导接头。
需要说明的是，所述饼间超导接头10-1为极向场超导磁体绕组间接头，设计在绕组外侧，结构为双盒搭接接头结构；所述馈线超导接头为线圈绕组与电源馈线连接的超导接头6-3，为了便于现场装配和维护，安装在终端箱内部，结构形式为双盒搭接结构；所述终端箱3-4位于导体的末端，外部为框架结构，内部设计有若干支撑连接件，对内部管道等部件进行支撑和固定，内部包括2组与电源馈线连接的超导接头，氦进出管进出口管道系统及各管道信号线。所述的极向场线圈采用ReBCO集束线缆超导缆双线并绕方式实现，绕制完成后采用真空压力浸渍方法完成双饼线圈的绝缘固化；
如图8所示，极向场超导磁体系统2-2由若干不同尺寸的极向场磁体组成，且缠绕在环向场磁体系统2-1的外侧，其中如图示那样，主要由PF1极向场超导磁体8-1，PF2极向场超导磁体8-2，PF3极向场超导磁体8-3，PF4极向场超导磁体8-4，PF5极向场超导磁体8-5，PF6极向场超导磁体8-6，PF7极向场超导磁体8-7，极向场超导磁体上安装的终端箱8-8组成。
如图1所示，进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述聚变堆超导磁体系统安装于杜瓦瓶1-1的内部，且所述杜瓦瓶1-1的内部安装有包层1-4以及若干真空室1-2，且所述聚变堆超导磁体系统与所述包层1-4进行连接，且在所述聚变堆超导磁体系统的底部上安装有偏滤器1-5以及冷屏1-6。
需要说明的是，如图1所示，冷头的主要任务是制造冷量，并把冷量传递到保温层，而保温层内部的液氦层则可以利用保温层和外界环境隔绝，降低液氦的热挥发。冷头一般有2个冷屏1-6，通过两极缸套端面的铟垫圈将冷量传输到这2个冷屏上，并提供4K/42K两级低温，而冷头在制冷过程中产生的热能则通过和氦压缩机相连的连接管传给氦压缩机，而压缩机工作时产生的热量和冷头带回的热量都靠水冷机来降温。正常情况下，冷头和氦压缩机共同组成二级膨胀机系统来维持磁体的低温，抑制液氦的热挥发。
如图3所示，进一步地，本发明的一个较佳实施例中，其中，所述聚变堆超导磁体系统还包括环向场磁体支撑系统3-3，所述环向场磁体系统2-1包括极向场支撑3-5以及环向线圈绕组3-1，所述极向场支撑3-5上安装有环向场线圈盒3-2，底部上安装有终端箱3-4，且所述环向场磁体支撑系统3-3上承接极向场支撑3-5。
如图3所示，进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述环向线圈绕组3-1由多个D形线圈绕组组合而成，且其结构分为内侧直线段和外侧圆弧段，竖直部分位于聚变堆环形场磁体系统中心，且成圆形均匀布置，外侧圆弧段依次成放射状排布；所述D形线圈绕组由D形骨架以及若干组高温超导CICC导体4-1绕制而成，所述D形骨架沿着D形方向分为若干部分，至少包括嵌入骨架和连接骨架。
需要说明的是，在本实施例中，在绕制时D形线圈之时，通过相间布置由匝间绝缘，层间布置由层间绝缘，绕组间布置由对地绝缘，绝缘材料主要为玻璃丝带和聚酰亚胺通过环氧树脂浸渍而成；所述绕组绕制过程中的空隙处采用G10进行填充；与线圈盒装配设计留有必须的装配间隙。
如图3所示，进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述环向场线圈盒3-2在环形线圈绕组的外部，并将所述环向线圈绕组3-1固定，且所述环向场线圈盒3-2包含内侧直线段和外侧圆弧段，其中，所述环向场线圈盒3-2的内部布置有若干冷却管5-3以及冷却线圈盒。
需要说明的是，在本实施例中，所述的环向场线圈盒3-2在环向线圈绕组外部，用以固定环向线圈绕组，承载环向线圈运行过程中产生的热-电磁应力，结构包括内侧直线段和外侧圆弧段，直线段部分采用N50不锈钢，圆弧段采用316LN不锈钢设计，线圈盒内布置由冷却管用以冷却线圈盒，降低线圈绕组漏热。
如图5所示，进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述环形场磁体支撑系统设置于所述极向场支撑3-5的底部，用于承接重力，且所述环形磁体支撑系统依次包括环向场线圈支撑腿5-1、热截至5-2和柔性支撑5-5，其中，所述环向场线圈支撑腿5-1用以实现所述环形磁体支撑系统和环向磁体系统的连接，且热截至5-2包括冷却板和绝缘板5-4，其中冷却板内部布置由若干冷却管5-3，用以实现环线线圈绕组和底部其他部件的热隔离；所述柔性支撑5-5由若干柔性支撑5-5板组合而成，用以吸收降温过程中的磁体热应变；其余部件包括卡钳5-7和预紧板主要用于装配时的固定，底部垫板5-6用以和外部部件进行连接。
如图6所示，进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述终端箱3-4包括外支撑架6-5、超导接头6-3和氦进出管，并置于所述环形线圈绕组的底部，所述外支撑架6-5内安装有内支撑板6-1，所述超导接头6-3放置于外支撑架6-5的内部，氦进出管包括氦管出管6-4以及氦管进管6-6，且所述氦进出管包括与外部低温系统连接的低温管路及环线线圈内部各绕组之间连接的氦支路管路。
需要说明的是，在另外的一些实施例中，通过在氦进出管均设计由绝缘子，用以实现低温系统与环线磁体的电隔离，确保低温系统的运行安全。
如图7所示，进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述中心螺管磁体系统2-3位于环向场磁体系统2-1的内部，由多个低温超导CICC螺管磁体和高温CICC螺管磁体模块沿轴向堆叠组成，所述中心螺管磁体包括外部低温超导绕组7-2、内部高温超导绕组7-1、低温超导绕组引出线7-4以及高温超导绕组引出线7-3；
所述内部高温超导绕组7-1由若干绕组串联而成，通过1组高温超导绕制引出线引出与电源馈线系统实现电连接；所述内部高温超导绕组7-1与低温超导绕组为同轴结构；
所述外部低温超导绕组7-2由若干个低温超导绕组引出线7-4与外部电源馈线进行连接；若干个所述低温超导绕组关于中平面7-5对称，中平面7-5以上模块的引出线从上方引出，中平面7-5以下模块的引出线从下方引出。
本发明第二方面提供了一种基于高温超导的聚变堆超导磁体系统的控制方法，所述控制方法应用于任一项所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，包括以下步骤：
S102:获取聚变装置中在预设时间之内的运行信息，并根据所述运行信息构建运行信息曲线图；
S104:通过对所述运行信息曲线进行特征提取，获取所述运行信息大于预设运行信息的工作持续时段，并判断所述工作持续时段是否大于预设工作时段；
S106:若所述工作持续时段大于预设工作时段，则根据所述运行信息以及所述预设运行信息计算出运行信息差值；
S108:根据所述运行信息差值生成相应的调整信息，并根据所述调整信息对聚变堆超导磁体系统进行调控。
需要说明的是，所述运行信息可以是等离子体在预设时间之内的运行参数变化信息，如密度、压强等其他热力学量属性，当运行参数变化信息超过一定的范围以及超过一定的时段时，说明在这个时段内的异常的，因此，需要在下一个时段对等离子体的运行参数变化信息进行调整。
进一步地，本发明的一个较佳实施例中，，根据所述运行信息差值生成相应的调整信息，具体包括以下步骤：
S202:通过大数据网络获取各温度之下的等离子体特性数据信息，并基于神经网络构建等离子特性模型，并将所述各温度之下的等离子体特性数据信息输入到所述等离子特性模型中进行训练；
S204:调整所述等离子特性模型的模型参数，直至所述等离子特性模型符合预设要求，保存所述等离子特性模型参数，并输出所述等离子特性模型；
S206:获取所述工作持续时段大于预设工作时段的实时工作温度信息，并通过对所述实时工作温度信息排序以获取最大的实时温度信息，将所述实时温度信息输入到所述等离子特性模型中，以获取相应的等离子特性信息；
S208:获取等离子体的初始特性信息，并根据所述相应的等离子特性信息以及等离子体的初始特性信息得到特性信息差异信息，并根据特性信息差异信息对所述运行信息差值进行补偿，并生成相应的调整信息。
需要说明的是，神经网络由输入层、输出层和隐藏层组成，隐藏层通过设置一层或多层神经元进行数据的计算，每一层神经元可以有若干个节点，通过神经网络能够对各温度之下的等离子体特性数据信息进行训练，从而根据实际的温度获取到等离子体的特性数据信息，由于温度会影响等离子体特性数据信息，如温度的升高会破坏等离子体的约束或限制约束时间，通过本方法能够根据所述相应的等离子特性信息以及等离子体的初始特性信息得到特性信息差异信息，从而根据特性信息差异信息对所述运行信息差值进行补偿，实现了使得聚变堆超导磁体系统的控制精度更高，进一步提高聚变堆的运行稳定性。
此外，本方法还可以包括以下步骤：
获取当前聚变装置的历史运行数据信息，并根据所述历史运行数据信息通过大数据网络获取相对应的聚变堆超导磁体系统的调控信息，构建历史运行数据库，并将所述相应的聚变堆超导磁体系统的调控信息输入到所述历史运行数据库中，获取当前聚变装置的实时运行数据信息；
将所述实时运行数据信息输入到所述相对应的聚变堆超导磁体系统的调控信息中，以获取与所述实时运行数据信息相对应的聚变堆超导磁体系统的调控信息；
根据与所述实时运行数据信息相对应的聚变堆超导磁体系统的调控信息获取对应的调控状况，当所述调控状况为成功调控状况之时，将所述相应的调整信息与实时运行数据信息相对应的聚变堆超导磁体系统的调控信息对比，得到偏差率；
若所述偏差率大于预设偏差率阈值，则根据实时运行数据信息相对应的聚变堆超导磁体系统的调控信息对相应的调整信息进行修正，若所述偏差率不大于预设偏差率阈值，则将相应的调整信息输出。
需要说明的是，当所述偏差率大于预设偏差率阈值之时，说明其他因素也会影响相应的调整信息，如设备的服役次数、设备内部的压强值等因素，当所述偏差率不大于预设偏差率阈值时，说明实时运行数据信息相对应的聚变堆超导磁体系统的调控信息对相应的调整信息相差不大，通过本方法能够进一步提高相应的调整信息的精度，实现了使得聚变堆超导磁体系统的控制精度更高，进一步提高聚变堆的运行稳定性。
此外，本方法还可以包括以下步骤：
当所述调控状况为成功调控状况之时，则获取聚变堆超导磁体系统的历史服役信息以及维修信息；
将所述聚变堆超导磁体系统的服役信息以及维修信息输入到所述历史运行数据库中，并获取当前聚变堆超导磁体系统的服役信息以及维修信息；
将所述当前聚变堆超导磁体系统的服役信息以及维修信息输入到所述历史运行数据库中进行匹配计算，以得到相应的匹配度；
获取匹配度最高的聚变堆超导磁体系统，并将所述匹配度最高的聚变堆超导磁体系统作为最终的参考样本输出。
需要说明的是，通过本方法能够进一步筛选出更高匹配度的聚变堆超导磁体系统的运行数据，从而获取的实时运行数据信息相对应的聚变堆超导磁体系统的调控信息更加精确，通过本方法能够进一步提高相应的调整信息的精度，实现了使得聚变堆超导磁体系统的控制精度更高，进一步提高聚变堆的运行稳定性。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术。
Claims (10)
1.基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，其特征在于，所述聚变堆超导磁体系统包括环向场磁体系统、中心螺管磁体系统、极向场磁体系统，
所述环向场磁体系统由高温超导CICC导体绕制而成，以对等离子起到约束作用；
所述中心螺管磁体系统由低温超导CICC导体和高温超导CICC导体共同绕制而成，通过所述中心螺管磁体系统产生磁通变化击穿等离子体，进而形成等离子体电流，为等离子体提供加热，同时与极向场磁体系统共同产生极向磁场，用以维持等离子体平衡；
所述高温超导带材缠绕在所述子缆中心骨架包绕铜保护层的外侧；
所述极向场超导磁体系统由若干不同尺寸的极向场磁体组成，且固定于所述环向场磁体系统的外侧圆弧段上，且所述极向场磁体包括线圈绕组，所述线圈绕组由若干超导缆直接绕制而成，且所述线圈绕组的外侧上设置有饼间超导接头以及馈线超导接头。
2.根据权利要求1所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，其特征在于，所述聚变堆超导磁体系统安装于杜瓦瓶的内部，且所述杜瓦瓶的内部安装有包层以及若干真空室，且所述聚变堆超导磁体系统与所述包层进行连接，且在所述聚变堆超导磁体系统的底部上安装有偏滤器以及冷屏。
3.根据权利要求1所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，其特征在于，其中，所述聚变堆超导磁体系统还包括环向场磁体支撑系统，所述环向场磁体系统包括极向场支撑以及环向线圈绕组，所述极向场支撑上安装有环向场线圈盒，底部上安装有终端箱，且所述环向场磁体支撑系统上承接极向场支撑。
4.根据权利要求3所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，其特征在于，所述环向线圈绕组由多个D形线圈绕组组合而成，且其结构分为内侧直线段和外侧圆弧段，竖直部分位于聚变堆环形场磁体系统中心，且成圆形均匀布置，外侧圆弧段依次成放射状排布；所述D形线圈绕组由D形骨架以及若干组高温超导CICC导体绕制而成，所述D形骨架沿着D形方向分为若干部分，至少包括嵌入骨架和连接骨架。
5.根据权利要求3所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，其特征在于，所述环向场线圈盒在环形线圈绕组的外部，并将所述环向线圈绕组固定，且所述环向场线圈盒包含内侧直线段和外侧圆弧段，其中，所述环向场线圈盒的内部布置有若干冷却管以及冷却线圈盒。
6.根据权利要求3所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，其特征在于，所述环形场磁体支撑系统设置于所述极向场支撑的底部，用于承接重力，且所述环形磁体支撑系统依次包括环向场线圈支撑腿、热截至和柔性支撑，其中，所述环向场线圈支撑腿用以实现所述环形磁体支撑系统和环向磁体系统的连接，且热截至包括冷却板和绝缘板，其中冷却板内部布置由若干冷却管，用以实现环线线圈绕组和底部其他部件的热隔离；所述柔性支撑由若干柔性支撑板组合而成，用以吸收降温过程中的磁体热应变；其余部件包括卡钳和预紧板主要用于装配时的固定，底部垫板用以和外部部件进行连接。
7.根据权利要求3所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，其特征在于，所述终端箱包括外支撑架、超导接头和氦进出管，并置于所述环形线圈绕组的底部，所述外支撑架内安装有内支撑板，所述超导接头放置于外支撑架的内部，氦进出管包括氦管出管以及氦管进管，且所述氦进出管包括与外部低温系统连接的低温管路及环线线圈内部各绕组之间连接的氦支路管路。
8.根据权利要求1所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，其特征在于，所述中心螺管磁体系统位于环向场磁体系统的内部，由多个低温超导CICC螺管磁体和高温CICC螺管磁体模块沿轴向堆叠组成，所述中心螺管磁体包括外部低温超导绕组、内部高温超导绕组、低温超导绕组引出线以及高温超导绕组引出线；
所述内部高温超导绕组由若干绕组串联而成，通过1组高温超导绕制引出线引出与电源馈线系统实现电连接；所述内部高温超导绕组与低温超导绕组为同轴结构；
所述外部低温超导绕组由若干个低温超导绕组引出线与外部电源馈线进行连接；若干个所述低温超导绕组关于中平面对称，中平面以上模块的引出线从上方引出，中平面以下模块的引出线从下方引出。
9.基于高温超导的聚变堆超导磁体系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1-8任一项所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统，包括以下步骤：
获取聚变装置中在预设时间之内的运行信息，并根据所述运行信息构建运行信息曲线图；
通过对所述运行信息曲线进行特征提取，获取所述运行信息大于预设运行信息的工作持续时段，并判断所述工作持续时段是否大于预设工作时段；
若所述工作持续时段大于预设工作时段，则根据所述运行信息以及所述预设运行信息计算出运行信息差值；
根据所述运行信息差值生成相应的调整信息，并根据所述调整信息对聚变堆超导磁体系统进行调控。
10.根据权利要求9所述的基于高温超导的聚变堆超导磁体系统的控制方法，其特征在于，根据所述运行信息差值生成相应的调整信息，具体包括以下步骤：
通过大数据网络获取各温度之下的等离子体特性数据信息，并基于神经网络构建等离子特性模型，并将所述各温度之下的等离子体特性数据信息输入到所述等离子特性模型中进行训练；
调整所述等离子特性模型的模型参数，直至所述等离子特性模型符合预设要求，保存所述等离子特性模型参数，并输出所述等离子特性模型；
获取所述工作持续时段大于预设工作时段的实时工作温度信息，并通过对所述实时工作温度信息排序以获取最大的实时温度信息，将所述实时温度信息输入到所述等离子特性模型中，以获取相应的等离子特性信息；
获取等离子体的初始特性信息，并根据所述相应的等离子特性信息以及等离子体的初始特性信息得到特性信息差异信息，并根据特性信息差异信息对所述运行信息差值进行补偿，并生成相应的调整信息。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116072372B (zh) | 2023-11-07 |
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