一種全等離子體通道系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及等離子體磁約束領域，具體為一種全等離子體通道系統和進行等離子 體輸運的控制方法，實現了等離子體的輸運和能量篩選。
【背景技術】
[0002] 隨著能源問題的日益突出，開發安全可靠、高效清潔的新能源迫在眉睫。受控核聚 變作為一種理想的清潔能源，在燃料儲量和安全性方面有著巨大的優勢。目前，實現受控核 聚變有兩個研究方向：慣性約束和磁約束。其中磁約束核聚變是研究熱點，其代表性的磁約 束裝置由托卡馬克和仿星器。
[0003] 多極磁阱磁約束裝置作為非托卡馬克型受控熱核聚變等離子體磁約束的初極研 究裝置，與托卡馬克、仿星器等磁約束裝置相比，具有結構簡單、體積小、可控性好、能自動 抑制等離子體的互換不穩定性等優點。通過多組同軸線圈和支架系統構成的多極磁阱系統 位于等離子體內部，是利用最小B原理實現對等離子體的磁約束。
[0004] 目前，在多極磁阱工作時，等離子體槍產生的等離子體需要經過等離子體通道進 行輸運，然后注入到多極磁阱中從而實現等離子體的運輸。由等離子體槍產生的等離子體 的能量不均勻，導致了等離子體束中有快束等離子體和慢束等離子體。如果不對等離子體 束進行篩選，等離子體的能量差別就會對后續的實驗造成嚴重的干擾。
[0005] 在這種背景下，我們提出了一種全等離子體系統和進行等離子體輸運的控制方 法。全等離子體系統利用多級串聯磁鏡原理在通道軸向上產生一個均勻的磁場，實現了對 等離子體束約束和輸運。并使用一個產生特殊磁場位形的截斷器實現等離子體的能量篩 選，最后通過溜槽線圈中和多極磁阱磁場實現等離子體的無損注入。全等離子體系統可以 實現對等離子體束的約束、輸運、能量篩選和注入，提高了等離子體束能量的一致性、減少 了等離子體損失。
【發明內容】
[0006] 本發明的主要目的在于提供了一種全等離子體系統和進行等離子體輸運的控制 方法。實現對等離子體束的約束、輸運、能量篩選和注入，提高等離子體束能量的一致性、減 少等離子體損失。
[0007] 為了達到上述目的，提供了一種全等離子體通道系統，包括公共等離子體通道模 塊、截斷器模塊、快等離子體通道模塊和溜槽線圈模塊。
[0008] 所述的公共等離子體模塊主要完成對等離子體槍產生的混合等離子體進行輸運， 混合等離子體束中根據等離子體能量的大小可劃分為快等離子體束和慢等離子體束。公 共等離子體模塊由多組線圈串聯組成，在線圈通電后在線圈軸線周圍產生一個均勻的磁鏡 場，公共等離子體通道模塊產生的磁感應強度為B 1，針對等離子體束能量的大小改變公共 等離子體通道電流調節軸向磁感應強的強弱，實現對等離子體束的初級輸約束和輸運。
[0009] 所述的截斷器主要是完成對等離子體進行快慢束分離，提高等離子體束能量的一 致性，減少對后續實驗的影響。截斷器是由兩組共軸環形線圈組成，在兩組線圈之間產生與 等離子體運動方向正交的磁場，截斷器模塊產生的正交磁場的磁感應強度為B2，通過改變 其中電流的大小，改變截斷器產生磁場的磁感應強度，實現對不同能量的等離子體束的截 斷篩選。
[0010] 所述的快等離子體通道主要是完成對經過截斷器篩選后的快等離子體束進行約 束和輸運。快等離子體模塊也是由多組線圈串聯組成，在線圈通電后在線圈軸線周圍產生 一個均勻的磁鏡場，快等離子體通道模塊產生磁場的磁感應強度為B3。針對篩選后的快等 離子體束能量的大小改變快等離子體通道電流調節軸向磁感應強的強弱，實現對快等離子 體束的約束和輸運。
[0011] 所述的溜槽線圈模塊主要是完成將等離子體束注入到多極磁阱的工作。由于磁阱 存在障壁磁場，實現等離子體的順利注入需要中和注入區域的障壁磁場。溜槽線圈由多組 線圈組成，產生一個與磁阱磁場方向相反的磁場，其磁感應強度的大小為B4，進而抵消多極 磁阱的磁場。通過調節溜槽線圈中電流的大小可以產生可變的中和磁場，滿足對不同的多 極磁阱障壁磁場的抵消。
[0012] 本發明還提供了一種進行等離子體輸運的控制方法，該方法用于等離子體通道 對等離子體進行的輸運、篩選和注入的控制。該方法的詳細說明如下：
[0013] 步驟1 :由等離子體測量設備得到等離子體槍產生等離子體所需要的時間為Tpg， 等離子體束中慢束等離子體的速度為V s，快束等離子體的速度為Vq。
[0014] 步驟2 :公共等離子體通道模塊長度為L1，等離子體束通過公共等離子體通道模塊 的時間為T1,則公共等離子體通道模塊的工作時間為T gl= Tpg+T P
[0015] 步驟3 :截斷器模塊的長度為L2，慢等離子體束通過截斷器的時間為T2s，快等離子 體束通過截斷器模塊的時間為T 2q。為保證可靠截斷慢束等離子體，截斷器模塊的工作時間 為 Tg2= T gl+T2s。
[0016] 步驟4 :快等離子體通道模塊長度為L3，經過快等離子體束通過公共等離子體通道 模塊的時間為T3,則快等離子體通道模塊的工作時間為T g3= Tpg+T 3。
[0017] 步驟5 :溜槽線圈模塊產生一個與磁阱磁場方向相反的磁場，溜槽線圈模塊的長 度L4，快等離子體束通過溜槽線圈模塊的時間為T 4,則溜槽線圈模塊的工作時間為Tg4 = Tpg+T4O
[0018] 本發明具有以下優點：提供一種全等離子體通道系統及其控制方法，該系統包括 公共等離子體通道模塊、截斷器模塊、快等離子體通道模塊和溜槽線圈模塊。實現了對等離 子體束的約束、輸運、能量篩選和注入，提高了等離子體束能量的一致性、減少了等離子體 損失。
【附圖說明】
[0019] 1.圖1是本發明所述的等離子體通道系統的結構圖；
[0020] 2.圖2是本發明所述的等離子體通道系統進行等離子體輸運的控制方法流程圖；
【具體實施方式】
[0021] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明的原理和特征進行清楚、完整地描 述，顯然，所描述的實施例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0022] 如圖1所示，本發明所述的等離子體通道系統包括公共等離子體通道模塊11、截 斷器模塊12、快等離子體通道模塊13和溜槽線圈模塊14。其工作原理為由等子體槍中發射 出的等離子體束會被導入公共等離子體通道模塊進行輸運；這些等離子體束中有快束的， 也有慢束的，經截斷器模塊對等離子體進行快慢束分離，然后由快等離子體通道模塊輸運 至溜槽線圈模塊。溜槽線圈模塊產生與多極磁阱的屏蔽磁場方向相反的磁場，將磁阱的磁 場打開一個"缺口"，從而讓快等離子體束經由被打開"缺口"的進入多極磁阱內部進行磁約 束。
[0023] 所述的公共等離子體模塊11主要完成對等離子體槍產生的混合等離子體進行約 束和輸運。公共等離子體模塊由多組環形線圈串聯組成，在線圈通電后在線圈軸線周圍產 生一個均勻的磁鏡場，公共等離子體通道模塊產生的磁感應強度約為0. 04T~0. 05T，針對 等離子體束能量的大小，改變公共等離子體通道電流調節軸向磁感應強的強弱，實