单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,托卡马克装置,概述,托卡马克工程,托卡马克原理,1,1,概述托卡马克装置,环向等离子体电流产生极向磁场实现旋转变换，消除磁场不均匀造成的漂移和粒子损失,电流和磁场：平行和反平行,2,托卡马克的复杂性,电流产生极向磁场，实现旋转变换而电流轮廓是不能直接控制的，造成了物理的复杂性,等离子体参数,电流轮廓,欧姆加热,输运,因果关系构成闭环，是一种自组织性,3,托卡马克的缺点,欧姆加热的弱点：,，温度增加是加热效率降低不能达到点火要求必须借助于辅助加热,脉冲运行：欧姆变压器必然是脉冲运行的稳态运行需要非感应电流驱动,聚变中子辐射造成的材料问题,4,托卡马克的发展模式定标律,针对ELM,H模的能量约束时间定标律IPB98(y,2),5,主要大中型托卡马克装置（国外）,装置名称,地点,大半径,(m),小半径,(m),磁场,(T),电流,(MA),特点,JT-60U,JAERI,3.4,1.1,4.2,2.5,Q=1.25,TFTR,Princeton,2.4,0.8,5.0,2.2,DT运行,JET,Abinhdon,3.0,1.25,3.5,5.0,DT运行,DIII D,GA,1.67,0.67,2.1,1.6,长截面,T-10,Kurchatov,1.5,0.37,4.5,0.68,Tore Supra,Cadarache,2.37,0.8,4.5,2.0,超导磁体,ASDEX-U,Garching,1.65,0.5,3.9,1.4,模,FTU,Frascati,0.93,0.3,8.0,1.3,强磁场,TEXTOR94,Julich,1.75,0.46,2.8,0.8,杂质问题,TCV,Lausanne,0.88,0.24,1.4,0.17,截面形状,6,球形托卡马克的进展,磁场利用率高,高的比压和安全因子,自然偏滤器位形,无大的破裂,材料问题更严重,环径比A=R/a,A1.5称球形托卡马克,球形托卡马克,7,2,托卡马克工程：托卡马克装置的配置,装置主体,8,环向场线圈,安培定律,磁场均匀时的积分,分立线圈产生波纹度,圆线圈总磁通,圆线圈自感,形状因子,9,形线圈（纯张力线圈）,纯张力线圈方程,解,圆线圈受力,上下对称,，可以有级数解，,形状接近形，和常数,k,有关,10,欧姆变压器,初级磁通变化产生电动势,等离子体区的零场条件：需要配置外线圈,变压器的伏秒数,：,反向磁化,11,铁芯变压器,初级和次级方程,在方程中使用漏感,磁化电流产生的磁场：假设磁场垂直铁芯表面,12,平衡场（成形场）线圈,理想的加热场和平衡场,极向场系统,平衡形态计算,13,误差矫正场,误差（杂散）场来源：加工和安装误差，引线，不对称构件,环向场,极向场,加热场,平衡场,矫正场,垂直场,水平场,磁场系统,击穿电场等值线：,在水平场垂直场平面,14,磁体的类型,常温磁体,低温磁体,超导磁体,稳态磁体,脉冲磁体,低温超导,高温超导,15,磁体的供电,脉冲磁体电源：电容储能（电能）,电感储能（磁能）,飞轮机组（机械能）,16,真空室和抽气系统,对真空系统的要求：,，真空性能：超高真空：,Pa,，电气性能：高阻材料,机械泵,涡轮,分子泵,溅射,离子泵,真空室,加料,系统,真空系统典型配置,真空室内配置：偏滤器(diverter)：减少杂质,孔栏(limiter)：减少等离子体和壁相互作用,诊断传感器：诊断,场,环向场,极向场,渗透时间常数,17,孔栏,（limiter),和偏滤器,(diverter),的偏滤器位形,种孔栏和偏滤器,极向,环向,束,18,不同装置上的偏滤器,19,等离子体分区,核心区(core region),边缘区(boundary region),删削区(scrape-off layer),偏滤器区,分支线(separatrix),20,加料方法,吹气(gas puffing),弹丸注入(pellet injection),超声分子束,JT-60装置上的弹丸注入设备,为什么要加料？,，补充粒子损失,，增加等离子体密度,，补充燃烧损失（堆）,弹丸产生和加速技术,21,超声分子束注入技术,Laval喷嘴和超声分子束注入,分子束的电离和扩散,22,辅助加热和非感应电流驱动,Spitzer电阻率,例：Z,eff,=1.5,q,a,q,0,=1.5,A=R/a=3,T,max,=0.87B,t,4/5,B,t,=6 tesla,T,max,=3.6keV,欧姆加热的缺点：,加热方式,频率（能量）,功率,效率,ECRF,28-170 GHz,2.8 MW,30-40%,ICRF,25-120 MHz,22 MW,50-60%,LHRF,1.3-8 GHz,25 MW,45-50%,NBI+,80-140 keV,40 MW,35-45%,NBI-,350 keV,5 MW,37%,23,中性粒子注入原理,24,等离子体电流启动,感应启动和预电离,使用欧姆变压器和一定的预电离措施（，）,非感应电流启动,低杂波电流驱动,非中心螺管电流启动,垂直磁场,取消欧姆变压器的可能性,25,