一种全等离子体通道系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及等离子体磁约束领域，具体为一种全等离子体通道系统和进行等离子 体输运的控制方法，实现了等离子体的输运和能量筛选。
【背景技术】
[0002] 随着能源问题的日益突出，开发安全可靠、高效清洁的新能源迫在眉睫。受控核聚 变作为一种理想的清洁能源，在燃料储量和安全性方面有着巨大的优势。目前，实现受控核 聚变有两个研究方向：惯性约束和磁约束。其中磁约束核聚变是研究热点，其代表性的磁约 束装置由托卡马克和仿星器。
[0003] 多极磁阱磁约束装置作为非托卡马克型受控热核聚变等离子体磁约束的初极研 究装置，与托卡马克、仿星器等磁约束装置相比，具有结构简单、体积小、可控性好、能自动 抑制等离子体的互换不稳定性等优点。通过多组同轴线圈和支架系统构成的多极磁阱系统 位于等离子体内部，是利用最小B原理实现对等离子体的磁约束。
[0004] 目前，在多极磁阱工作时，等离子体枪产生的等离子体需要经过等离子体通道进 行输运，然后注入到多极磁阱中从而实现等离子体的运输。由等离子体枪产生的等离子体 的能量不均匀，导致了等离子体束中有快束等离子体和慢束等离子体。如果不对等离子体 束进行筛选，等离子体的能量差别就会对后续的实验造成严重的干扰。
[0005] 在这种背景下，我们提出了一种全等离子体系统和进行等离子体输运的控制方 法。全等离子体系统利用多级串联磁镜原理在通道轴向上产生一个均匀的磁场，实现了对 等离子体束约束和输运。并使用一个产生特殊磁场位形的截断器实现等离子体的能量筛 选，最后通过溜槽线圈中和多极磁阱磁场实现等离子体的无损注入。全等离子体系统可以 实现对等离子体束的约束、输运、能量筛选和注入，提高了等离子体束能量的一致性、减少 了等离子体损失。
【发明内容】
[0006] 本发明的主要目的在于提供了一种全等离子体系统和进行等离子体输运的控制 方法。实现对等离子体束的约束、输运、能量筛选和注入，提高等离子体束能量的一致性、减 少等离子体损失。
[0007] 为了达到上述目的，提供了一种全等离子体通道系统，包括公共等离子体通道模 块、截断器模块、快等离子体通道模块和溜槽线圈模块。
[0008] 所述的公共等离子体模块主要完成对等离子体枪产生的混合等离子体进行输运， 混合等离子体束中根据等离子体能量的大小可划分为快等离子体束和慢等离子体束。公 共等离子体模块由多组线圈串联组成，在线圈通电后在线圈轴线周围产生一个均匀的磁镜 场，公共等离子体通道模块产生的磁感应强度为B 1，针对等离子体束能量的大小改变公共 等离子体通道电流调节轴向磁感应强的强弱，实现对等离子体束的初级输约束和输运。
[0009] 所述的截断器主要是完成对等离子体进行快慢束分离，提高等离子体束能量的一 致性，减少对后续实验的影响。截断器是由两组共轴环形线圈组成，在两组线圈之间产生与 等离子体运动方向正交的磁场，截断器模块产生的正交磁场的磁感应强度为B2，通过改变 其中电流的大小，改变截断器产生磁场的磁感应强度，实现对不同能量的等离子体束的截 断筛选。
[0010] 所述的快等离子体通道主要是完成对经过截断器筛选后的快等离子体束进行约 束和输运。快等离子体模块也是由多组线圈串联组成，在线圈通电后在线圈轴线周围产生 一个均匀的磁镜场，快等离子体通道模块产生磁场的磁感应强度为B3。针对筛选后的快等 离子体束能量的大小改变快等离子体通道电流调节轴向磁感应强的强弱，实现对快等离子 体束的约束和输运。
[0011] 所述的溜槽线圈模块主要是完成将等离子体束注入到多极磁阱的工作。由于磁阱 存在障壁磁场，实现等离子体的顺利注入需要中和注入区域的障壁磁场。溜槽线圈由多组 线圈组成，产生一个与磁阱磁场方向相反的磁场，其磁感应强度的大小为B4，进而抵消多极 磁阱的磁场。通过调节溜槽线圈中电流的大小可以产生可变的中和磁场，满足对不同的多 极磁阱障壁磁场的抵消。
[0012] 本发明还提供了一种进行等离子体输运的控制方法，该方法用于等离子体通道 对等离子体进行的输运、筛选和注入的控制。该方法的详细说明如下：
[0013] 步骤1 :由等离子体测量设备得到等离子体枪产生等离子体所需要的时间为Tpg， 等离子体束中慢束等离子体的速度为V s，快束等离子体的速度为Vq。
[0014] 步骤2 :公共等离子体通道模块长度为L1，等离子体束通过公共等离子体通道模块 的时间为T1,则公共等离子体通道模块的工作时间为T gl= Tpg+T P
[0015] 步骤3 :截断器模块的长度为L2，慢等离子体束通过截断器的时间为T2s，快等离子 体束通过截断器模块的时间为T 2q。为保证可靠截断慢束等离子体，截断器模块的工作时间 为 Tg2= T gl+T2s。
[0016] 步骤4 :快等离子体通道模块长度为L3，经过快等离子体束通过公共等离子体通道 模块的时间为T3,则快等离子体通道模块的工作时间为T g3= Tpg+T 3。
[0017] 步骤5 :溜槽线圈模块产生一个与磁阱磁场方向相反的磁场，溜槽线圈模块的长 度L4，快等离子体束通过溜槽线圈模块的时间为T 4,则溜槽线圈模块的工作时间为Tg4 = Tpg+T4O
[0018] 本发明具有以下优点：提供一种全等离子体通道系统及其控制方法，该系统包括 公共等离子体通道模块、截断器模块、快等离子体通道模块和溜槽线圈模块。实现了对等离 子体束的约束、输运、能量筛选和注入，提高了等离子体束能量的一致性、减少了等离子体 损失。
【附图说明】
[0019] 1.图1是本发明所述的等离子体通道系统的结构图；
[0020] 2.图2是本发明所述的等离子体通道系统进行等离子体输运的控制方法流程图；
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的原理和特征进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0022] 如图1所示，本发明所述的等离子体通道系统包括公共等离子体通道模块11、截 断器模块12、快等离子体通道模块13和溜槽线圈模块14。其工作原理为由等子体枪中发射 出的等离子体束会被导入公共等离子体通道模块进行输运；这些等离子体束中有快束的， 也有慢束的，经截断器模块对等离子体进行快慢束分离，然后由快等离子体通道模块输运 至溜槽线圈模块。溜槽线圈模块产生与多极磁阱的屏蔽磁场方向相反的磁场，将磁阱的磁 场打开一个"缺口"，从而让快等离子体束经由被打开"缺口"的进入多极磁阱内部进行磁约 束。
[0023] 所述的公共等离子体模块11主要完成对等离子体枪产生的混合等离子体进行约 束和输运。公共等离子体模块由多组环形线圈串联组成，在线圈通电后在线圈轴线周围产 生一个均匀的磁镜场，公共等离子体通道模块产生的磁感应强度约为0. 04T~0. 05T，针对 等离子体束能量的大小，改变公共等离子体通道电流调节轴向磁感应强的强弱，实