J-TEXT托卡马克动态扰动场线圈的受力分析.doc

中国科技论文在线   J-TEXT 托卡马克动态扰动场线圈的受力 分析# 郝长端1,2，张明1,2，丁永华1,2，饶波1,2，岑义顺1,2，庄革1,2** 5 10 15 20 25 （1. 强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学），武汉 430074； 2. 华中科技大学电气与电子工程学院，武汉 430074） 摘要：为了研究外加扰动场与等离子体相互作用，在 J-TEXT 托卡马克上设计了 4 组鞍形线 圈来产生旋转磁场扰动。线圈通电电流为 10 kA、10 kHz。由于线圈处在强纵场环境下，必 须保证线圈能够承受较大的电磁力。文中采用 ANSYS 建立了三维模型，分析线圈在受力最 大时刻的应力，据此来获得线圈固定件的安全间距，并对整体模型进行了验证。 关键词：J-TEXT 托卡马克；动态扰动场线圈；有限元分析 中图分类号：TM15 Stress Analysis of In-Vessel Resonant Magnetic Perturbation coils on J-TEXT Tokamak HAO Changduan1,2, ZHANG Ming1,2, DING Yonghua1,2, RAO Bo1,2, CEN Yishun1,2, ZHUANG Ge1,2 (1. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology (Huazhong University of Science and Technology, WuHan 430074; 2. College of Electrical Electronic Engineering of HUST, WuHan 430074) Abstract: A set of 4 in-vessel saddle coils are designed to generate a helical field on J-TEXT tokamak to study the influences of external perturbation field to plasma. The coils will be fed with alternating currents up to 10 kA at frequencies up to 10 kHz. It is of great essential to make sure that the coils will not be damaged when undertaking huge electromagnetic forces in the strong background toroidal magnetic field. A 3D finite element model is developed by the ANSYS code in this paper, and stresses are analyzed in the worst condition, then a mounting method is established. The results of the stress analysis shows that the mounting method meets the strength requirements. Keywords: J-TEXT tokamak; resonant magnetic perturbation(RMP) coils; finite element analysis 30 0 引言 外加扰动场在对托卡马克等离子体研究中有重要作用，它通过与撕裂模磁岛作用施加电 磁力改变磁岛转动速度和磁岛宽度，从而影响撕裂模不稳定性的发展。为了研究和控制等离 子体撕裂模不稳定性，多个托卡马克装置中都安装了外加扰动磁场线圈。DIII-D[1]在真空室 35 40 内安装了 12 个线圈，位于起保护作用的铠装瓦片后面。ASDEX[2,3]设计了 16 个鞍形线圈， 安装在用于垂直不稳定性控制的被动导体板上。KSTAR[4]采用一种不需要在真空室内进行焊 接的安装方式。在 J-TEXT[5]托卡马克上为了研究外加动态扰动磁场对撕裂模的作用，设计 了 4 组通电 10 kA、10 kHz 的鞍形线圈。设计采用内冷式线圈，线圈通过固定件焊接在真空 室内壁上，因线圈处于最大 3T 的磁场环境，所以工作时会承受很大的电磁力，同时，等离 子体在发生破裂时，由于穿过线圈的磁通发生快速变化而在线圈环路中感应出比工作电流更 大的感应电流，设计中需要分析线圈的受力情况，本文采用大型有限元软件