GradShafranvo平衡方程非圆截面等离子体平衡反演技术托卡马克.PPT

托卡马克装置等离子体平衡和控制 托卡马克装置等离子体平衡和控制 托卡马克装置的发展历史 托卡马克装置工作的基本原理 托卡马克装置工作的基本原理 托卡马克装置的磁场形态 托卡马克装置的磁场形态 托卡马克装置的磁场形态 托卡马克装置的磁场形态 等离子体在环形螺旋磁场中的约束 等离子体在环形螺旋磁场中的约束 等离子体(Grad Shafranvo)平衡方程 等离子体在环形螺旋磁场中的平衡 等离子体在环形螺旋磁场中的平衡 等离子体在环形螺旋磁场中的平衡 等离子体磁通函数 等离子体磁通函数 等离子体磁通函数 等离子体磁通函数 等离子体磁通函数 Grad Shafranov平衡方程 Grad Shafranov平衡方程 Grad Shafranov平衡方程 * HT-7 ASIPP 罗家融 Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences 2005.03.29 HT-7 ASIPP 托卡马克装置的发展历史 托卡马克装置工作的基本原理 等离子体(Grad Shafranvo)平衡方程 非圆截面等离子体平衡反演技术 托卡马克装置等离子体电磁测量概述 HT-7等离子体平衡和控制 EAST等离子体电流、X点位置和位形控制 HT-7 ASIPP 托卡马克是一种准稳态环形放电装置。在环形系统中，它的结构最简单，但是在其上所获得的等离子体参数却是到目前为止最好的，而且有可能最先建成热核聚变反应堆。所谓托卡马克，是指具有强磁场低“准稳态环形受控热核实验装置，是由苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿尔齐莫雄奇等首先提出来的。托卡马克的发展大致可以分为下列几个阶段： 早期环形放电实验时期(1958年以前) 托卡马克概念形成时期(1958-1963年) 扩大实验阶段(1974年开始) 冲击点火条件阶段(1979年开始) 深入等离子体研究和点火条件模拟实验阶段(1982年目前) HT-7 ASIPP a:等离子体 b:平衡场线圈 c:真空室 d: 纵场线圈 e:铁芯变压器 HT-7 ASIPP 托卡马克是一种轴对称的环形系统，就产生准稳态高温等离子体装置的几何观点来看，它是闭合磁约束系统中最简单的系统。典型的托卡马克装置如图所示。它主要由激发等离子体电流的变压器(铁芯的或空芯的)、产生纵磁场的线圈、控制等离子体柱平衡位置的平衡场线圈和环形真空室组成。真空环为变压器的次级线圈，变压器原边的电能，通过耦合引起真空环内部感应而产生等离子体环电流。等离子体被流过它的环形电流加热，由环形电流产生的角向磁场包围并约束等离子体。 HT-7 ASIPP 纵场线圈产生的平行于环电流的纵向磁场用于抑制等离子体的磁流体力学不稳定性。纵场强度要比角向磁场强度大许多倍，在正常情况下10，这是托卡马克与其它环形装置的主要区别，也是它的一个主要特点。 磁场有螺旋形结构 每根磁力线构成一个磁面，有一个r值，就有一个磁面 托卡马克装置的磁面，是一个套着一个的具有磁剪切的圆环，沿等离子体围绕一周时即闭合的那根磁力线称为磁轴。 HT-7 ASIPP 螺距大，旋转变换角很小。在角向 值不大时的情况下，磁面与子午面的交线，是以小环中心为圆心，r为半径的一系列同心圆。而当 值相当大时，磁面的形状将发生显著的改变，它们的中心会向外移动，移动值随着圆的小半径的减少而增加等离子体柱的磁轴相对于导电壳中心的位移最大。 HT-7 ASIPP HT-7 ASIPP 在托卡马克装置的发展过程中，为了提高等高于体的温度而仍保持其稳定性条件，可以设法把圆截面的等离子体沿着大环主轴方向拉长成非圆截面(如椭圆、D型等)，这时其磁面的截面也相应地成为非圆的截面。现代的实验结果表明，该位形能产生高性能的等离子体，有助于高性能参数的获得，加快了核聚变商业堆的研究步伐。 总之，托卡马克磁场结构的特点是：纵场强，角向场弱，合成的磁力线具有旋转变换性质，并且旋转变换角很小：这意味着螺旋磁力线沿等离子体柱大大伸展。正是由于这个特点，使带电粒子的漂移大大减少，并为等离子体柱克服磁流体力学不稳定性提供了条件。 HT-7 ASIPP 托卡马克装置中的磁场，是由纵向磁场和角向磁场叠加而成的环形螺旋磁场。这是一个不均匀的磁场，在环的外侧磁场为极小，在环的内边缘磁场为极大。因为有磁场梯度存在，所以带电粒子通旋中心的运动是由沿磁力线的运动和磁漂移两部分合成的。 一类是“通行粒子”或“自由粒子”，这种粒子的速度向量与螺旋磁场之间的夹角足够小，能够通过强磁场而不被反射回来 另一种是“捕获粒子”或“约束粒子”，这种粒子的速度向量与磁场之间的夹角比较大，不能通过强磁场区，只能沿着磁力线