[發(fā)明專利]用于控制等離子體磁場(chǎng)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580045070.1
• 申請(qǐng)日: 2015-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN106664788B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 瑞安·沃爾特·青德勒;喬納森·達(dá)米安·弗雷澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 全面熔合有限公司
• 主分類號(hào): H05H1/00
• 分類號(hào): H05H1/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;陳煒

公開了用于生成和約束緊湊環(huán)的系統(tǒng)的示例。該系統(tǒng)包括：等離子體生成器，用于生成磁化等離子體；通量保持器，用于容納緊湊環(huán)；電源，用于提供電流脈沖；以及控制器，用于主動(dòng)控制脈沖的電流分布以將等離子體的q分布保持在預(yù)定范圍內(nèi)。公開了通過(guò)控制電流脈沖的電流分布來(lái)控制磁化等離子體的磁壽命的方法的示例。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容大體上涉及用于控制等離子體磁場(chǎng)的衰減時(shí)間的系統(tǒng)和方法，特別涉及用于通過(guò)控制等離子體磁場(chǎng)來(lái)控制等離子體穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

除非本文中另有指明，否則本部分中所描述的材料不是關(guān)于本申請(qǐng)的權(quán)利要求書的現(xiàn)有技術(shù)，并且不會(huì)由于被包括在本部分中而被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。

等離子體是與氣體相似的物質(zhì)的狀態(tài)，其中，粒子的至少一部分被電離。帶電粒子(例如，正離子和負(fù)電子)的存在使得等離子體導(dǎo)電。磁場(chǎng)足夠強(qiáng)以影響帶電粒子的運(yùn)動(dòng)的等離子體被稱為磁化等離子體。等離子體環(huán)是被成型為環(huán)向配置(圓環(huán)形狀)、具有鏈接的極向閉合磁場(chǎng)線和環(huán)向閉合磁場(chǎng)線(在一些情況下)的自持式磁化等離子體。環(huán)向磁場(chǎng)包括平行于等離子體環(huán)的磁軸的磁場(chǎng)線。環(huán)向場(chǎng)由圍繞等離子體的磁軸沿極向方向流動(dòng)的電流來(lái)產(chǎn)生。極向磁場(chǎng)包括圍繞等離子體環(huán)的磁軸的磁場(chǎng)線并且由平行于磁軸沿環(huán)向方向流動(dòng)的電流來(lái)產(chǎn)生。由于磁場(chǎng)線沿環(huán)向方向和極向方向繞等離子體轉(zhuǎn)很多圈，因此磁場(chǎng)線在距等離子體的磁軸的恒定半徑處限定了“通量面”。極向磁通量和環(huán)向磁通量的磁鏈程度限定了等離子體環(huán)的螺旋性。包含在單連通容積中的等離子體環(huán)被稱為緊湊環(huán)(compacttoroid，CT)。CT配置可以包括例如：球馬克(spheromak)配置，球馬克配置接近于內(nèi)部磁場(chǎng)具有環(huán)向分量和極向分量二者的穩(wěn)定磁流體動(dòng)力學(xué)平衡而存在；或場(chǎng)反向配置(FRC)，F(xiàn)RC也具有環(huán)向磁拓?fù)洌谳S向方向上可以更長(zhǎng)，其外表面類似于長(zhǎng)橢球，并且FRC主要具有極向磁場(chǎng)而沒有環(huán)向磁場(chǎng)分量。CT等離子體可以以一定范圍的磁配置形成，磁配置包括以處于球馬克狀態(tài)與FRC狀態(tài)之間的狀態(tài)存在的磁配置。磁化等離子體的其他配置包括托卡馬克(tokamaks)、反向場(chǎng)箍縮(RFP)以及仿星器，所有這些配置使用外部線圈來(lái)在等離子體約束室(通量保持室)的壁處提供環(huán)向磁場(chǎng)。相比之下，球馬克和FRC不以外部線圈來(lái)提供等離子體的環(huán)向磁場(chǎng)，而是由在等離子體中流動(dòng)的電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

受控?zé)岷司圩兪腔诖嬖谟诘入x子體中的輕核的聚變來(lái)形成較重的核。等離子體需要約束核達(dá)足夠長(zhǎng)的時(shí)間以允許足夠的這樣的核發(fā)生聚變。因此，對(duì)于任何聚變系統(tǒng)和聚變方案而言，穩(wěn)定并且將等離子體保持在穩(wěn)定配置中是非常重要的。在磁化等離子體配置的情況下，等離子體磁場(chǎng)(極向場(chǎng)分量和/或環(huán)向場(chǎng)分量)是與等離子體穩(wěn)定性和等離子體性能有關(guān)的關(guān)鍵等離子體性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面中，提供了一種用于控制等離子體磁場(chǎng)的衰減的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括控制器，該控制器包括輸入單元、處理單元以及輸出單元。被定位在各個(gè)徑向位置、軸向位置以及角位置處的多個(gè)測(cè)量探頭被配置成向控制器的輸入單元提供等離子體的至少一個(gè)參數(shù)的信號(hào)。設(shè)置與控制器的輸出單元進(jìn)行通信的電源。電源被配置成向系統(tǒng)提供一個(gè)或更多個(gè)另外的軸向電流脈沖以增強(qiáng)等離子體的環(huán)向場(chǎng)。電源具有用于調(diào)節(jié)電感與電阻比(L/R)時(shí)間常數(shù)以調(diào)節(jié)電流脈沖的電流衰減時(shí)間的裝置。控制器具有包括程序代碼的存儲(chǔ)器，所述程序代碼能夠由處理單元執(zhí)行以處理從多個(gè)測(cè)量探頭獲得的信號(hào)以識(shí)別從探頭獲得的信號(hào)中的不規(guī)則性并且當(dāng)在來(lái)自探頭中的至少一個(gè)探頭的信號(hào)中檢測(cè)到不規(guī)則性時(shí)觸發(fā)電源以提供軸向電流脈沖。電力系統(tǒng)的L/R時(shí)間常數(shù)被調(diào)節(jié)成短于等離子體的極向場(chǎng)的最短衰減時(shí)間。

在另一方面中，控制器還包括能夠由處理單元執(zhí)行以進(jìn)行以下操作的程序代碼：計(jì)算等離子體的環(huán)向磁場(chǎng)與極向磁場(chǎng)的比率，并且比較所計(jì)算的比率與實(shí)驗(yàn)得到的下限閾值。當(dāng)所計(jì)算的比率低于下限閾值時(shí)，控制器觸發(fā)電源以提供另外的軸向電流脈沖。控制器還包括能夠由處理單元執(zhí)行以將磁場(chǎng)比率保持在下限閾值與上限閾值之間的程序代碼。

在一個(gè)方面中，控制器還包括能夠由處理單元執(zhí)行以檢測(cè)從多個(gè)探頭獲得的信號(hào)中的振蕩的程序代碼。當(dāng)在從探頭中的至少一個(gè)探頭獲得的信號(hào)中檢測(cè)到振蕩時(shí)，觸發(fā)另外的軸向電流脈沖。