[發(fā)明專(zhuān)利]一種真空環(huán)境用高磁通螺旋磁體三維空間成型結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710126905.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106887327B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭金星;宋云濤;陸坤;張俊生;衛(wèi)靖;李明;張午權(quán);黃雄一
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): H01F41/069
• 分類(lèi)號(hào): H01F41/069;H01F41/076;H01F41/08;G09B23/18
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司34112
• 代理人: 朱榮

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于磁重聯(lián)裝置領(lǐng)域，主要涉及一種真空環(huán)境用高磁通螺旋磁體三維空間成型結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

磁力線(xiàn)重聯(lián)是空間等離子體中重要的物理過(guò)程之一。這種現(xiàn)象在太陽(yáng)耀斑和磁層等離子體中已經(jīng)觀(guān)測(cè)到。磁場(chǎng)重聯(lián)過(guò)程伴隨著磁力線(xiàn)的斷開(kāi)和重新連接，能夠?qū)е麓帕€(xiàn)拓?fù)湫螤畹母淖儭４艌?chǎng)重聯(lián)提供了一種將磁能快速轉(zhuǎn)化為等離子體動(dòng)能和熱能的有效機(jī)制，太陽(yáng)耀斑磁層亞暴以及托卡馬克中的鋸齒振蕩等過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換都被認(rèn)為和磁場(chǎng)重聯(lián)密切相關(guān)。太陽(yáng)觀(guān)測(cè)衛(wèi)星 Yohkoh 以及地球磁層觀(guān)測(cè)衛(wèi)星 Wind、Cluster 等已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)重聯(lián)過(guò)程的發(fā)生，其過(guò)程伴隨著等離子體的加熱加速以及等離子體湍流等現(xiàn)象。為了深入理解磁場(chǎng)重聯(lián)的物理過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)室中也開(kāi)展了磁場(chǎng)重聯(lián)的模擬研究，實(shí)驗(yàn)室中的等離子體參數(shù)及邊界條件能夠比較容易地被控制和改變，診斷過(guò)程也相對(duì)比較容易，因此實(shí)驗(yàn)室中的磁場(chǎng)重聯(lián)模擬能夠更直接和詳細(xì)地理解磁場(chǎng)重聯(lián)的物理機(jī)制。

理論上提出的模型并不能完全解釋空間觀(guān)測(cè)的重聯(lián)現(xiàn)象，而實(shí)驗(yàn)室中的等離子體參數(shù)具有很好的可控性，并且物理量相對(duì)比較容易進(jìn)行測(cè)量，能夠更好的理解磁場(chǎng)重聯(lián)的物理，磁場(chǎng)重聯(lián)早期的實(shí)驗(yàn)研究是在箍縮等離子體中、場(chǎng)反位形和其他位形的裝置中進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)高時(shí)空分辨的診斷設(shè)備還沒(méi)有應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中，重聯(lián)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)重聯(lián)率比經(jīng)典理論的計(jì)算值要大，湍流和反常電阻被發(fā)現(xiàn)，并且測(cè)量到了離子聲湍流譜以及寬譜的哨聲湍流。

從七八十年代開(kāi)始，美國(guó)、日本以及俄羅斯的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)始進(jìn)行詳細(xì)的物理研究。到目前為止，所有的實(shí)驗(yàn)按照裝置的位形可以分為以下幾種：線(xiàn)性位形(加州大學(xué)洛杉磯分校的LCD裝置、勞斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室的RSX裝置、俄羅斯的CS-3D裝置、球馬克位形(日本東京大學(xué)的TS-3裝置、普林斯頓實(shí)驗(yàn)室的MRX裝置、Swarthmore大學(xué)的SSX裝置)和環(huán)形位形(麻省理工的VTF裝置)。這些裝置的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)造的重聯(lián)位形各不相同，放電方式和等離子體參數(shù)也有所差異，由此決定了每個(gè)裝置研究的物理和得到的結(jié)果是不一樣的。

自世紀(jì)年代開(kāi)始在箍縮裝置上開(kāi)展重聯(lián)實(shí)驗(yàn)研究以來(lái)，實(shí)驗(yàn)室磁場(chǎng)重聯(lián)研究已經(jīng)取得了一些突破性的進(jìn)展，與空間觀(guān)測(cè)、理論及數(shù)值模擬研究相結(jié)合，使得人們對(duì)于重聯(lián)的物理過(guò)程有了進(jìn)一步的深入了解，比如四極場(chǎng)及電子擴(kuò)散區(qū)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等。但是重聯(lián)研究中依然存留許多重要物理問(wèn)題有待解決，例如重聯(lián)觸發(fā)機(jī)制是什么空間中的重聯(lián)大多是在三維空間內(nèi)的爆發(fā)重聯(lián)，磁能如何在等離子體中先緩慢地全局儲(chǔ)存起來(lái)，然后再迅速地局域釋放及轉(zhuǎn)換成等離子體動(dòng)能和熱能目前三維空間的實(shí)驗(yàn)室磁場(chǎng)重聯(lián)研究逐漸受到重視。早期線(xiàn)性裝置上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果重新受到重視，這也是選擇線(xiàn)性磁化裝置開(kāi)展重聯(lián)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)原因，通過(guò)細(xì)致測(cè)量等離子體及磁場(chǎng)參數(shù)的小截面分布如何隨著軸向位置變化，研究局域的重聯(lián)現(xiàn)象和整體的磁場(chǎng)自組織過(guò)程之間的聯(lián)系和等環(huán)形裝置上的實(shí)驗(yàn)也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)平行電場(chǎng)存在局域結(jié)構(gòu)并會(huì)沿環(huán)向傳播，這表明以往在環(huán)形裝置上采用軸對(duì)稱(chēng)假定進(jìn)而研究二維重聯(lián)過(guò)程是不全面的。另外，目前實(shí)驗(yàn)室研究中等離子體參數(shù)和重聯(lián)驅(qū)動(dòng)力的變化范圍有限，并沒(méi)有針對(duì)這些參數(shù)開(kāi)展系統(tǒng)研究，因此難以確定重聯(lián)的觸發(fā)與驅(qū)動(dòng)力及等離子體參數(shù)之間的關(guān)系。因此，對(duì)于這些物理參數(shù)的確定，磁重聯(lián)裝置的設(shè)計(jì)與研究顯的尤為必要，對(duì)于推進(jìn)空間等離子體磁重聯(lián)物理過(guò)程發(fā)展有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種真空環(huán)境用高磁通螺旋磁體三維空間成型結(jié)構(gòu)，特殊設(shè)計(jì)的螺旋TF線(xiàn)圈可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的高磁通磁場(chǎng)位型，內(nèi)部特殊的設(shè)計(jì)回線(xiàn)消除了螺旋產(chǎn)生的雜向場(chǎng)。同時(shí)設(shè)計(jì)了三層G10絕緣介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)TF線(xiàn)圈和PF線(xiàn)圈的分步繞制，實(shí)現(xiàn)三維螺旋TF線(xiàn)圈和PF線(xiàn)圈的三維精準(zhǔn)定位和繞制，簡(jiǎn)化螺旋線(xiàn)圈繞制工藝。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種真空環(huán)境用高磁通螺旋磁體三維空間成型結(jié)構(gòu)，包括有線(xiàn)圈絕緣介質(zhì)板和線(xiàn)圈，其特征在于：所述線(xiàn)圈由四組由大半徑方向纏繞的PF線(xiàn)圈和四組沿小半徑方向纏繞的TF線(xiàn)圈組成，所述PF線(xiàn)圈穿過(guò)TF線(xiàn)圈螺旋內(nèi)部空間，四組TF線(xiàn)圈周向均布，每組TF線(xiàn)圈有一部分沿著大半徑方向纏繞的回線(xiàn)，所述線(xiàn)圈絕緣介質(zhì)板由上中下三層環(huán)氧板，所述PF線(xiàn)圈分為上下兩層每層兩組進(jìn)行成型繞制，分別繞制在中層環(huán)氧板的上、下槽內(nèi)；所述TF線(xiàn)圈的中間回線(xiàn)與PF上層一起繞制在中層環(huán)氧板內(nèi)，TF線(xiàn)圈螺旋部分待三層環(huán)氧板定位后繞制在三層環(huán)氧板外側(cè)槽內(nèi)。