一種對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其用于截斷一全等離子體通道中的慢束等離子體束，全等離子體通道包括公共等離子體通道、截斷器通道、快等離子體通道和溜槽線圈，公共等離子體通道、截斷器通道、快等離子體通道和溜槽線圈均設(shè)有第一縱向線圈，多個第一縱向線圈在截斷器通道的中心軸線上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，其包括：縱向線圈模塊、橫向線圈模塊和脈沖電源模塊，縱向線圈模塊包括兩個第二縱向線圈，兩個第二縱向線圈在截斷器通道的中心軸線上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2；橫向線圈模塊包括兩個橫向線圈，兩個橫向線圈產(chǎn)生與B2方向垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度B3；脈沖電源模塊用于為兩個第二縱向線圈和兩個橫向線圈供電。
【專利說明】
-種對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及等離子體磁約束領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種對等離子體進(jìn)行快慢束分 離的系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了對能量較低的慢束等離子體束的截斷。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化石能源日漸枯竭，人類更加迫切尋找可持續(xù)使用的新能源。聚變能作為一 種理想能源，具有對環(huán)境污染小、燃料儲量豐富等優(yōu)點(diǎn)。目前，安全利用聚變能主要希望通 過受控慣性約束核聚變和受控磁約束核聚變實(shí)現(xiàn)。受控磁約束核聚變是研究熱點(diǎn)，多極磁 阱裝置即為一種受控磁約束核聚變的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0003] 多極磁阱磁約束裝置作為非托卡馬克型受控?zé)岷司圩兊入x子體磁約束的初極研 究裝置，與托卡馬克、仿星器等磁約束裝置相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、能自動抑 制等離子體的互換不穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。通過多組同軸線圈和支架系統(tǒng)構(gòu)成的多極磁阱系統(tǒng)將 等離子體約束在磁阱系統(tǒng)產(chǎn)生的弱磁場區(qū)域，W便達(dá)到發(fā)生核聚變反應(yīng)的條件，為后續(xù)研 究做準(zhǔn)備。
[0004] 目前，為使能量一致的等離子體進(jìn)入多極磁阱中，等離子體槍產(chǎn)生的等離子體需 要經(jīng)過全等離子體通道進(jìn)行輸運(yùn)和篩選。全等離子體通道包括公共等離子體通道、截斷器 系統(tǒng)、快等離子體通道和溜槽線圈。由于等離子體槍產(chǎn)生的等離子體能量不均勻，導(dǎo)致了等 離子體束中有快束等離子體和慢束等離子體，如果不對慢束等離子體進(jìn)行截斷，快束等離 子體進(jìn)入磁阱后，慢束等離子體對磁阱的沖擊，會對磁阱的約束效果及參數(shù)的測量產(chǎn)生嚴(yán) 重干擾。
[0005] 因此，如何對等離子體束中的慢束等離子體進(jìn)行截斷，W提高等離子體束能量的 一致性W及后續(xù)實(shí)驗(yàn)效果，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的一大問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，用W截斷等離子體束中的 能量較低的慢束等離子體束。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其用 于截斷一全等離子體通道中的慢束等離子體束，所述全等離子體通道包括公共等離子體通 道、截斷器通道、快等離子體通道和溜槽線圈，對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)設(shè)在截斷 器通道中，公共等離子體通道、截斷器通道、快等離子體通道和溜槽線圈均設(shè)有第一縱向線 圈，多個第一縱向線圈均為環(huán)狀、相互平行并通有順時針方向電流II，多個第一縱向線圈在 截斷器通道的中屯、軸線上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bi，其包括:縱向線圈模塊、橫向線圈模塊和 脈沖電源模塊，其中：
[000引所述縱向線圈模塊包括兩個第二縱向線圈，兩個第二縱向線圈均與多個第一縱向 線圈共軸平行并通有逆時針方向電流12,兩個第二縱向線圈在截斷器通道的中屯、軸線上產(chǎn) 生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，B2與Bi大小相等且方向相反；
[0009] 所述橫向線圈模塊包括兩個橫向線圈，兩個橫向線圈的軸線均與截斷器通道的軸 線垂直并通有電流13,兩個橫向線圈W截斷器通道的軸線為對稱軸對稱，兩個橫向線圈產(chǎn) 生與B2方向垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度B3,慢束等離子體束進(jìn)入截斷器通道后，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B3的作 用下運(yùn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)并在進(jìn)入快等離子體通道之前被截斷；
[0010] 所述脈沖電源模塊與所述縱向線圈模塊和所述橫向線圈模塊連接，用于為兩個第 二縱向線圈和兩個橫向線圈供電。
[0011] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第二縱向線圈為半徑為65mm的銅質(zhì)線圈。
[0012] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第二縱向線圈的應(yīng)數(shù)為15應(yīng)且截面積為10mm2。
[0013] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，兩個第二縱向線圈之間的距離為35mm，并且兩個第二縱 向線圈分別與距離其最近的第一縱向線圈之間的距離為10mm。
[0014] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，橫向線圈為半徑為55mm的銅質(zhì)線圈。
[0015] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，橫向線圈的應(yīng)數(shù)為10應(yīng)且截面積為10mm2。
[0016] 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，兩個橫向線圈之間的距離為150mm。
[0017] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種利用上述對等離子體進(jìn)行快慢束分離的 系統(tǒng)進(jìn)行的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的方法，其包括W下步驟：
[0018] S1:等離子體槍與全等離子體通道之間的距離為Lo，W等離子體槍開始發(fā)射等離 子體的時間為計時零點(diǎn)to,等離子體束中慢速等離子體束的運(yùn)動速度為Vs，快束等離子體束 的運(yùn)動速度為Vf，慢束等離子體束通過Lo所需的時間為TsO,快束等離子體束通過Lo所需時間 為Tfo,其中，
[0021] S2:to時刻后，啟動脈沖電源模塊為兩個第二縱向線圈和兩個橫向線圈供電；
[0022] S3:公共等離子體通道的長度為^，慢束等離子體束通過^的時間為Tsi，快束等離 子體束通過^的時間為Tfi，其中，
[0025] S4:截斷器通道的長度為L2,快束等離子體束通過L2的時間為Tf2,慢束等離子體束 到達(dá)截斷器通道后，被截斷器通道完全截斷所需的時間為Ts2,其中，
[0028] S5:在等離子體槍產(chǎn)生等離子體后，為了保證能夠完全將慢束等離子體束截斷，需 要在快束等離子體束通過截斷器通道后啟動對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，啟動時刻 tpc滿足W下條件：
[0029] tpc = Tf〇+Tfi+Tf2；
[0030] S6:對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)的工作時間為Τ。，^將全部慢束等離子體 束截斷，Τ。滿足W下條件：
[0031] Tc>Ts〇+Tsi+Ts2-Tf〇-Tf 廣 Tf2。
[0032] 本發(fā)明提供的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對慢束等離子體束的 完全截斷，從而提高等離子體束能量的一致性，進(jìn)而能夠保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)效果，具有很強(qiáng)的應(yīng) 用價值。
【附圖說明】
[0033] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0034] 圖1為全等離子體通道的示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)的示意圖。
[0036] 附圖標(biāo)記說明：11-公共等離子體通道；12-截斷器通道；13-快等離子體通道；14- 溜槽線圈；21-縱向線圈模塊;22-橫向線圈模塊;23-脈沖電源模塊;A-全等離子體通道。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0038] 圖1為全等離子體通道的示意圖，圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的對等離子體進(jìn)行快慢束 分離的系統(tǒng)的示意圖。如圖所示，本發(fā)明提供的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)用于截 斷一全等離子體通道A中的慢束等離子體束，全等離子體通道A包括公共等離子體通道11、 截斷器通道12、快等離子體通道13和溜槽線圈14,對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)設(shè)在 截斷器通道12中，公共等離子體通道11、截斷器通道12、快等離子體通道13和溜槽線圈14均 設(shè)有第一縱向線圈，多個第一縱向線圈均為環(huán)狀、相互平行并通有順時針方向電流II，多個 第一縱向線圈在截斷器通道的中屯、軸線上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bi，其包括:縱向線圈模塊 21、橫向線圈模塊22和脈沖電源模塊23,其中：
[0039] 縱向線圈模塊21包括兩個第二縱向線圈，兩個第二縱向線圈均與多個第一縱向線 圈共軸平行并通有逆時針方向電流12,兩個第二縱向線圈在截斷器通道的中屯、軸線上產(chǎn)生 的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，B2與Bi大小相等且方向相反，B2用于抵消Bi;
[0040] 橫向線圈模塊22包括兩個橫向線圈，兩個橫向線圈的軸線均與截斷器通道的軸線 垂直并通有電流13,兩個橫向線圈W截斷器通道的軸線為對稱軸對稱，兩個橫向線圈產(chǎn)生 與B2方向垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度B3,慢束等離子體束進(jìn)入截斷器通道后，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B3的作用 下運(yùn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)并在進(jìn)入快等離子體通道之前被截斷；
[0041] 脈沖電源模塊23與縱向線圈模塊21和橫向線圈模塊22連接，用于為兩個第二縱向 線圈和兩個橫向線圈供電。
[0042] 需要說明的是，上述提到的電流Ii、l2和13均不做具體限制，其中，12需要根據(jù)Ii產(chǎn) 生的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bi的大小進(jìn)行設(shè)置，W使B2能夠完全抵消Bi，l3的大小需要根據(jù)等離子體束 中等離子體的運(yùn)動速度進(jìn)行設(shè)置，W使得磁感應(yīng)強(qiáng)度B3能夠完全將慢束等離子體束完全截 斷。
[0043] 在一具體實(shí)施例中，第二縱向線圈可W選用為半徑為65mm的銅質(zhì)線圈，應(yīng)數(shù)可W 為15應(yīng)且截面積為10mm2。另外，兩個第二縱向線圈之間的距離為35mm，并且兩個第二縱向 線圈分別與距離其最近的第一縱向線圈之間的距離為10mm。
[0044] 在一具體實(shí)施例中，橫向線圈可W選用為半徑為55mm的銅質(zhì)線圈，橫向線圈的應(yīng) 數(shù)可W為10應(yīng)且截面積為10mm2。另外，兩個橫向線圈之間的距離為150mm。
[0045] 本發(fā)明還提供了一種利用上述對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)進(jìn)行的對等離 子體進(jìn)行快慢束分離的方法，其包括W下步驟：
[0046] S1:等離子體槍與全等離子體通道之間的距離為Lo，W等離子體槍開始發(fā)射等離 子體的時間為計時零點(diǎn)to,等離子體束中慢速等離子體束的運(yùn)動速度為Vs，快束等離子體束 的運(yùn)動速度為Vf，慢束等離子體束通過Lo所需的時間為TsO,快束等離子體束通過Lo所需時間 為Tfo,其中，
[0049] S2:to時刻后，啟動脈沖電源模塊為兩個第二縱向線圈和兩個橫向線圈供電，從開 始啟動脈沖電源模塊至產(chǎn)生所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2和B3的時間即短，甚至可W忽略不計；
[0050] S3:公共等離子體通道的長度為^，慢束等離子體束通過^的時間為Tsi，快束等離 子體束通過^的時間為Tfi，其中，
[0053] S4:截斷器通道的長度為L2，快束等離子體束通過L2的時間為Tf2，慢束等離子體束 到達(dá)截斷器通道后，被截斷器通道完全截斷所需的時間為Ts2,其中，
[0056] S5:在等離子體槍產(chǎn)生等離子體后，為了保證能夠完全將慢束等離子體束截斷，需 要在快束等離子體束通過截斷器通道后啟動對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，啟動時刻 tpc滿足W下條件：
[0化7] tpc = Tf〇+Tfi+Tf2；
[0058] S6:對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)的工作時間為Tc，W將全部慢束等離子體 束截斷，τ。滿足W下條件：
[0059] Te>TsD巧sl+Ts2-TfD-Tf廣Tf2,也就是說，在快束等離子體束離開截斷器通道12后至 慢束等離子體束離開截斷器通道12之前，對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)時一直工作 的，并且最短工作時間為Tso巧Sl+Ts2-Tf0-Tf廣Tf2。
[0060] 本發(fā)明提供的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對慢束等離子體束的 完全截斷，從而提高等離子體束能量的一致性，進(jìn)而能夠保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)效果，具有很強(qiáng)的應(yīng) 用價值。
[0061] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解:附圖只是一個實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或 流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
[0062] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解:實(shí)施例中的裝置中的模塊可W按照實(shí)施例描述分 布于實(shí)施例的裝置中，也可W進(jìn)行相應(yīng)變化位于不同于本實(shí)施例的一個或多個裝置中。上 述實(shí)施例的模塊可W合并為一個模塊，也可W進(jìn)一步拆分成多個子模塊。
[0063] 最后應(yīng)說明的是：W上實(shí)施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管 參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可 W對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而 運(yùn)些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范 圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其用于截斷一全等離子體通道中的慢束等 離子體束，所述全等離子體通道包括公共等離子體通道、截斷器通道、快等離子體通道和溜 槽線圈，對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)設(shè)在截斷器通道中，公共等離子體通道、截斷器 通道、快等離子體通道和溜槽線圈均設(shè)有第一縱線向圈，多個第一縱向線圈均為環(huán)狀、相互 平行并通有順時針方向電流II·，多個第一縱向線圈在截斷器通道的中心軸線上產(chǎn)生的磁感 應(yīng)強(qiáng)度為也，其特征在于，包括:縱向線圈模塊、橫向線圈模塊和脈沖電源模塊，其中： 所述縱向線圈模塊包括兩個第二縱向線圈，兩個第二縱向線圈均與多個第一縱向線圈 共軸平行并通有逆時針方向電流12,兩個第二縱向線圈在截斷器通道的中心軸線上產(chǎn)生的 磁感應(yīng)強(qiáng)度為出，8 2與出大小相等且方向相反； 所述橫向線圈模塊包括兩個橫向線圈，兩個橫向線圈的軸線均與截斷器通道的軸線垂 直并通有電流13,兩個橫向線圈以截斷器通道的軸線為對稱軸對稱，兩個橫向線圈產(chǎn)生與B2 方向垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度B3,慢束等離子體束進(jìn)入截斷器通道后，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B3的作用下運(yùn) 動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)并在進(jìn)入快等離子體通道之前被截斷； 所述脈沖電源模塊與所述縱向線圈模塊和所述橫向線圈模塊連接，用于為兩個第二縱 向線圈和兩個橫向線圈供電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其特征在于，第二縱向線 圈為半徑為65mm的銅質(zhì)線圈。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其特征在于，第二縱向線 圈的匝數(shù)為15匝且截面積為10mm2。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其特征在于，兩個第二縱 向線圈之間的距離為35mm，并且兩個第二縱向線圈分別與距離其最近的第一縱線向圈之間 的距離為l〇mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其特征在于，橫向線圈為 半徑為55mm的銅質(zhì)線圈。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其特征在于，橫向線圈的 匝數(shù)為10匝且截面積為l〇mm2。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，其特征在于，兩個橫向線 圈之間的距離為150mm。8. -種利用權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)進(jìn)行的對 等離子體進(jìn)行快慢束分離的方法，其特征在于，包括以下步驟： S1:等離子體槍與全等離子體通道之間的距離為L〇，以等離子體槍開始發(fā)射等離子體的 時間為計時零點(diǎn)to,等離子體束中慢速等離子體束的運(yùn)動速度為Vs，快束等離子體束的運(yùn)動 速度為vf，慢束等離子體束通過Lo所需的時間為T sQ，快束等離子體束通過Lo所需時間為Tf 〇， 其中，S2: to時刻后，啟動脈沖電源模塊為兩個第二縱向線圈和兩個橫向線圈供電； S3:公共等離子體通道的長度為U，慢束等離子體束通過。的時間為Tsl，快束等離子體 束通過1^的時間為Tfl，其中，S4:截斷器通道的長度為L2,快束等離子體束通過。的時間為Tf2,慢束等離子體束到達(dá) 截斷器通道后，被截斷器通道完全截斷所需的時間為Td，其中，S5:在等離子體槍產(chǎn)生等離子體后，為了保證能夠完全將慢束等離子體束截斷，需要在 快束等離子體束通過截斷器通道后啟動對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)，啟動時刻tpc滿 足以下條件： tpc = Tf〇+Tfl+Tf2 ； S6:對等離子體進(jìn)行快慢束分離的系統(tǒng)的工作時間為τ。，以將全部慢束等離子體束截 斷，τ。滿足以下條件： Tc>TsO+Tsl+Ts2-Tf〇-Tfl-Tf2〇
【文檔編號】H05H1/10GK105873345SQ201610428747
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】金顯吉, 佟為明, 林景波, 李鳳閣, 李中偉, 劉佳坤, 陶寶泉
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)