[發(fā)明專利]基于高溫超導(dǎo)的聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310152123.6
• 申請日: 2023-02-22
• 公開（公告）號: CN116072372A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭金星
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: H01F6/00
• 分類號: H01F6/00;H01F6/06;G21B1/05
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 高寧馨

本發(fā)明涉及一種基于高溫超導(dǎo)的聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，屬于核聚變和超導(dǎo)磁體技術(shù)領(lǐng)域，該聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)包括環(huán)向場磁體系統(tǒng)、中心螺管磁體系統(tǒng)、極向場磁體系統(tǒng)。環(huán)向場磁體系統(tǒng)全部由高溫超導(dǎo)CICC導(dǎo)體繞制而成，可產(chǎn)生15T以上的環(huán)向磁場，對等離子體起到約束作用；的中心螺管磁體系統(tǒng)由低溫超導(dǎo)CICC和高溫超導(dǎo)CICC導(dǎo)體共同繞制而成，通過產(chǎn)生磁通變化擊穿等離子體，進(jìn)而形成等離子體電流，為等離子體提供加熱，同時與極向場磁體系統(tǒng)共同產(chǎn)生極向磁場，用以維持等離子體平衡；高溫超導(dǎo)CICC導(dǎo)體由若干高溫超導(dǎo)ReBCO集束線纜超導(dǎo)纜組合而成；本發(fā)明創(chuàng)新性好，性價比高，具有很強(qiáng)的實(shí)用性；對降低聚變堆裝置體積和提高裝置運(yùn)行功率有著極其重要的促進(jìn)作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核聚變和超導(dǎo)磁體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于高溫超導(dǎo)的聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。

背景技術(shù)

清潔能源—聚變能的使用是人類的夢想之一，但其產(chǎn)生所面臨的挑戰(zhàn)是非常復(fù)雜的。磁約束聚變被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)聚變能應(yīng)用的途徑之一，托卡馬克也成為了磁約束聚變裝置的主流研究形式。中國成功建立并運(yùn)行世界首個全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克EAST裝置，參與國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER裝置建設(shè)，開展中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆(CFETR)工程設(shè)計工作。同時，世界主要大國也都開始了下一代聚變堆的預(yù)研和設(shè)計工作。超導(dǎo)技術(shù)成功應(yīng)用于產(chǎn)生強(qiáng)磁場的托卡馬克磁體上是磁約束聚變研究的一項(xiàng)重大突破，超導(dǎo)磁體作為磁約束聚變裝置的核心部件，其磁場強(qiáng)度對聚變功率和高參數(shù)等離子體運(yùn)行起著決定性作用。下一代聚變堆的顯著特點(diǎn)是對磁場要求高，其中環(huán)向場磁體系統(tǒng)和中心螺管磁體系統(tǒng)的最高磁場都將超過15T，這給磁體設(shè)計，特別是導(dǎo)體選擇帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

超導(dǎo)磁體系統(tǒng)是聚變堆的重要組成部分，其作用是約束、控制、平衡和加熱裝置里的等離子體，保證磁體和聚變裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但目前聚變裝置磁體系統(tǒng)主要采用NbTi或Nb₃Sn低溫管內(nèi)電纜導(dǎo)體(Cable?In?Conduit?Conductor，CICC)進(jìn)行繞制，因受制于低溫超導(dǎo)線材的臨界磁場特性限制，其磁場強(qiáng)度普遍低于15T，磁體運(yùn)行性能不高，且徑向空間占用比較大，無法滿足緊湊型和高功率聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)使用。本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，發(fā)明一種基于高溫超導(dǎo)的聚變堆磁體系統(tǒng)，可為聚變堆提供高場強(qiáng)，同時可降低磁體和聚變堆徑向空間尺寸，提高聚變堆運(yùn)行功率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于高溫超導(dǎo)的聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明第一方面提供了一種基于高溫超導(dǎo)的聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)，所述聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)包括環(huán)向場磁體系統(tǒng)、中心螺管磁體系統(tǒng)、極向場磁體系統(tǒng)，

所述環(huán)向場磁體系統(tǒng)由高溫超導(dǎo)CICC導(dǎo)體繞制而成，以對等離子起到約束作用；

所述中心螺管磁體系統(tǒng)由低溫超導(dǎo)CICC導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)CICC導(dǎo)體共同繞制而成，通過所述中心螺管磁體系統(tǒng)產(chǎn)生磁通變化擊穿等離子體，進(jìn)而形成等離子體電流，為等離子體提供加熱，同時與極向場磁體系統(tǒng)共同產(chǎn)生極向磁場，用以維持等離子體平衡；

所述極向場超導(dǎo)磁體系統(tǒng)由若干不同尺寸的極向場磁體組成，且固定于所述環(huán)向場磁體系統(tǒng)的外側(cè)圓弧段上，且所述極向場磁體包括線圈繞組，所述線圈繞組由若干超導(dǎo)纜直接繞制而成，且所述線圈繞組的外側(cè)上設(shè)置有餅間超導(dǎo)接頭以及饋線超導(dǎo)接頭。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，所述聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)安裝于杜瓦瓶的內(nèi)部，且所述杜瓦瓶的內(nèi)部安裝有包層以及若干真空室，且所述聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)與所述包層進(jìn)行連接，且在所述聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的底部上安裝有偏濾器以及冷屏。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例中，其中，所述聚變堆超導(dǎo)磁體系統(tǒng)還包括環(huán)向場磁體支撐系統(tǒng)，所述環(huán)向場磁體系統(tǒng)包括極向場支撐以及環(huán)向線圈繞組，所述極向場支撐上安裝有環(huán)向場線圈盒，底部上安裝有終端箱，且所述環(huán)向場磁體支撐系統(tǒng)上承接極向場支撐。