[發(fā)明專利]高溫等離子體中的低磁場和零點(diǎn)磁場的非微擾測量

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780048243.4
• 申請(qǐng)日: 2017-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN109478428A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D.K.古普塔;R.伊格納茨;K.H.諾爾西克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阿爾法能源技術(shù)公司
• 主分類號(hào): G21B1/05
• 分類號(hào): G21B1/05;H05H1/11
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周學(xué)斌;陳嵐

便于高溫等離子體中的低磁場和零點(diǎn)磁場的非微擾測量的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本文中描述的主題一般涉及磁診斷，并且更特別地涉及便于高溫等離子體中的低磁場和零點(diǎn)（null）磁場的非微擾測量的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

高溫等離子體對(duì)實(shí)現(xiàn)核聚變，以及因此生成聚變能是至關(guān)重要的（高溫被定義為大于100 eV或一（1）百萬度的離子溫度；等離子體被定義為由正離子、自由電子和中性粒子按比例組成的電離氣體，該比例通常在非常高的溫度（例如，在恒星和核聚變反應(yīng)堆中）和/或低壓力（例如，在上層大氣和熒光燈中）下導(dǎo)致或多或少地沒有整體電荷）。在不損壞材料本身并且不使等離子體的質(zhì)量（包括溫度本身）嚴(yán)重退化的情況下，高溫阻止了用以約束或甚至探測這樣的等離子體的任何（人造或天然的）固體材料的物理接觸。通常使用由外部磁場線圈和在等離子體中流動(dòng)的電流的組合所創(chuàng)建的磁場構(gòu)型（configuration）來約束高溫等離子體。磁約束使高溫等離子體遠(yuǎn)離器壁。這對(duì)使高溫等離子體的污染和聚變質(zhì)量的退化最小化而言是至關(guān)重要的。在等離子體中流動(dòng)的電流生成磁場，因此等離子體內(nèi)部的凈磁場幅度和方向可以與沒有等離子體的磁場（僅由于外部線圈，被稱作真空?qǐng)觯╋@著不同。聚變級(jí)高溫等離子體中的內(nèi)部磁場的測量不僅提供有關(guān)等離子體約束和質(zhì)量的有價(jià)值的信息，而且還可以被用作主動(dòng)反饋控制的輸入，從而快速地調(diào)整由外部場線圈所生成的磁場，以用于控制等離子體的方位和不穩(wěn)定性。

高溫還對(duì)在等離子體內(nèi)部進(jìn)行實(shí)驗(yàn)式地診斷（例如，局部磁場的測量）提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)閷⑷魏喂腆w探針插入到等離子體中不僅會(huì)導(dǎo)致探針受損，而且還將會(huì)使等離子體退化。這些等離子體中的診斷需要是非微擾的。結(jié)果，基于光的屬性中的改變的診斷技術(shù)在實(shí)驗(yàn)等離子體物理學(xué)中很流行，該光由等離子體本身發(fā)射或者在等離子體中注入（例如，激光）。

在等離子體物理學(xué)中，通常將量beta（β）定義為等離子體熱壓力與磁壓力的比率，從而表示由于溫度和磁場所引起的力的平衡。低β（β~0.1）高溫等離子體設(shè)備（比如托卡馬克（Tokamaks）和仿星器（Stellarator））在高磁場（~10⁴高斯）下操作。在這些設(shè)備中，內(nèi)部磁場典型地為千高斯或更高的數(shù)量級(jí)，并且因此使用基于例如塞曼效應(yīng)、法拉第旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)斯塔克效應(yīng)等等的物理原理的診斷方法。對(duì)于這些診斷，信號(hào)與磁場強(qiáng)度成比例，并且因此與低場相比，更容易測量高場。

用于聚變等離子體的另一流行方法是使用高β等離子體，其中等離子體壓力與磁壓力的比率接近一（β~1），例如，反場構(gòu)型（FRC）等離子體和磁會(huì)切（Magnetic-Cusps）等離子體。在高β等離子體構(gòu)型中，磁場強(qiáng)度為低（?幾百高斯）并且在等離子體內(nèi)部變?yōu)榱恪Ｒ虼耍瑢?duì)于這樣的低β等離子體，上文提到的診斷方法提供有限的信息或不能提供信息。一些研究人員已經(jīng)提出，要推進(jìn)這些診斷技術(shù)的物理學(xué)和技術(shù)的限制，只能取得有限的成功。仍然缺失可靠且經(jīng)證明的系統(tǒng)和方法來測量高β高溫等離子體中的零點(diǎn)位置、場反轉(zhuǎn)或低磁場。

由于顯著降低了磁場的要求，高β等離子體提供了經(jīng)濟(jì)上有吸引力的聚變方法。高溫先進(jìn)的射束驅(qū)動(dòng)FRC等離子體的出現(xiàn)和最近突破（參見例如，WO2013/074666和WO2015/048092）使得該方法更具吸引力。它還再次強(qiáng)調(diào)了對(duì)FRC等離子體（以及其他高β等離子體）的內(nèi)部磁場診斷的需要，該需要可擴(kuò)展到聚變參數(shù)。

因此，提供便于高溫等離子體中的低磁場和零點(diǎn)磁場的非微擾測量的系統(tǒng)和方法是合期望的。

發(fā)明內(nèi)容

本文中提供的各種實(shí)施例一般涉及便于高溫等離子體中的低磁場和零點(diǎn)磁場的非微擾測量的系統(tǒng)和方法。本文中呈現(xiàn)示例性診斷技術(shù)來測量高溫等離子體中的低磁場，包括FRC和磁會(huì)切磁場構(gòu)型。這種非微擾技術(shù)能夠測量場反轉(zhuǎn)、磁場幅度、空間分布和方向，而且還有零磁場（零點(diǎn)）方位及其形狀。磁場的實(shí)時(shí)測量可以被用于FRC方位和不穩(wěn)定性的主動(dòng)反饋控制。

根據(jù)對(duì)以下附圖和詳細(xì)描述的研究，示例實(shí)施例的其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的或者將變得顯而易見。