矿物绝缘的组合式通量环与B-DOT线的制作方法

本文描述的主题大体上涉及等离子体诊断，且更具体地涉及一种有助于测量由等离子体和磁体线圈生成的变化的磁场的磁诊断探头。

背景技术：

感应式磁诊断装置用于测量由等离子体和磁体线圈生成的变化的磁场。从磁测量值可推断等离子体(诸如，例如反场构形(frc)等离子体)的许多参数，包括：尺寸、形状、位置、全局不稳定模式和高频波动。这些各种参数的品质测量需要遍及真空或约束容器的内壁而放置的专门的成阵列的单独的磁传感器。各单独的磁传感器典型地为连接到模拟积分器和数据采集电子设备的成环的线。该类型的传感器通常被称为磁探头或b-dot(如果传感器的横截面面积小)，或通量环(如果传感器的横截面面积大)。虽然这些磁传感器在概念上非常简单，但各种各样的因素(包括：检测带宽、噪声拾取、真空相容性、辐射环境相容性、总体耐久性、可对齐性和信号漂移)使实际的磁诊断系统的设计变得复杂。平衡所有这些因素之间的相互作用中所固有的折衷是设计成功的磁诊断系统的关键。

磁探头和通量环是既耐用又有效的历史悠久的类型的等离子体诊断装置。这些装置利用法拉第感应定律来测量磁场和通量。穿过成线圈的线的磁通量上的变化产生电压vc，电压vc与平行于线圈轴线的磁场分量b的时间导数成比例，

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其中，nc是匝数，且ac是各匝的面积。因此，可用电子仪器或通过计算来对vc的测量值进行积分，以产生取决于线圈的构造的φ或b的值。包围大面积的单匝线圈用于测量φ，且被称为通量环。小到足以使其内部的磁场可被假设为均匀的多匝线圈被称为磁探头或b-dot探头，且用于测量b。

frc等离子体的形状、尺寸和纵向位置可从由frc等离子体排斥的磁通量推断。在引发等离子体之前，均匀的磁场典型地填充frc等离子体约束系统的约束室。在图1中由b0表示该场。当等离子体从形成区段进入约束区域时，等离子体螺旋管的抗磁性质与真空容器的通量守恒性质组合而导致初始的约束室磁场在frc与壁之间压缩。由此产生的在frc外部的区域中的场增强(图1中的be)由正是定位在室壁的内侧的磁探头测量。在理想的情况下，被排斥的通量的半径r∆φ由r∆φ=rw简单地给出，其中rw是壁半径。在大多数状况下，被排斥的通量的半径r∆φ大致等于分界面半径rs。分界面是限定frc的在开场线与闭场线之间的划界表面。

监测由磁体线圈生成的磁场是磁诊断装置的重要的辅助功能。当磁体线圈连接时，或在它们的电源的编程中，可出现错误。因此，期望具有验证装置中的实际磁场与所要求的磁场相同的独立的器件。磁诊断装置(其中大多数在安装之前针对已知的磁场而绝对地校准)提供这种能力。

存在有必要使用通量环和环形的b-dot探头来直接地测量感兴趣的量的实例，而不是使用离散的探头和关于通量守恒的假设。然而，真空容器中的穿孔的空间和实际数目始终有限，这使得难以设置最佳数目的单独的通量环和b-dot探头。

因此，期望提供改进的通量环和b-dot探头。

附图说明

可通过研究附图来部分地搜集示例性实施例的细节(包括结构和操作)，在附图中，同样的标号指代同样的部件。附图中的构件不一定按比例绘制，而是着重于示出本发明的原理。而且，所有图示均旨在传达概念，其中，相对尺寸、形状以及其它详细的属性可示意性地(而非精确地或准确地)示出。

图1是由于frc等离子体(右)的到来而导致的对先前存在的磁通量(左)的排斥的图示。

图2是frc约束系统的端视横截面图示，其中组合式通量环与b-dot探头定位在该frc约束系统中。

图3是本实施例的组合式通量环与b-dot探头的三(3)线构造的图示。

图4是沿着图3中的线4-4而得到的组合式通量环与b-dot探头的横截面图示。

图5、图6和图7是组合式通量环与b-dot探头的备选的实施例的横截面图示。

应注意的是，遍及附图，出于说明性的目的，类似的结构或功能的元件大体上由同样的标号表示。还应注意的是，附图仅旨在有助于描述优选的实施例。

具体实施方式

下文公开的额外的特征和教导中的各个可单独地使用或与其它特征和教导结合来使用，以提供组合式通量环与b-dot探头。现在将参照附图来更详细地描述本文描述的实施例的代表性示例(这些示例既单独地又组合地使用这些额外的特征和教导中的许多特征和教导)。该详细的描述仅仅旨在教导本领域技术人员用于实践本教导的优选的方面的进一步的细节，且不旨在限制本发明的范围。因此，以下细节描述中公开的特征和步骤的组合对于在最广泛的意义上实践本发明来说可以是不必要的，且代之以教导这些特征和步骤的组合仅仅是为了具体地描述本教导的代表性示例。

而且，代表性示例和从属权利要求的各种特征可以以非特定地且明确地列举的方式来组合，以便提供本教导的额外的有用的实施例。此外，要特别注意的是，出于原始公开的目的，以及出于独立于实施例和/或权利要求中的特征的组成而限制要求保护的主题的目的，描述和/或权利要求中公开的所有特征均旨在彼此单独地且独立地公开。还要特别注意的是，出于原始公开的目的，以及出于限制要求保护的主题的目的，所有数值范围或成组的实体的指示均公开每一个可能的中间数值或中间实体。

本文提供的实施例针对一种组合式通量环与b-dot探头，其有助于沿着约束容器的内壁的弯曲部分而安装在容器内。转到图2，frc等离子体约束系统10显示为包括约束室或容器12、约束在容器12内的frc等离子体14，以及围绕容器12定位的螺线管磁线圈16。组合式通量环与b-dot探头20围绕容器12的内壁定位。

b-dot探头和通量环是既耐用又有效的历史悠久的类型的等离子体诊断装置。诊断传感器在其中受到等离子体辐射和/或中子注量影响的热的等离子体环境(诸如，例如frc等离子体约束系统10的约束容器12的内部，或托卡马克等)需要将不会因为等离子体辐射加热而过热的传感器，且需要可经受得住中子注量影响的传感器材料。包括非有机绝缘材料(包括例如mgo等)的矿物绝缘电缆典型地用在高中子注量的热的等离子体环境中。参见例如于1995年在美国伊利诺伊州香槟市举行的第16届聚变工程国际研讨会的会刊的第2卷、第918-921页的由hodapp等人发表的“用于未来的托卡马克的磁诊断装置”，其通过引用而并入本文。

如在图3和图4中显示的那样，组合式探头12优选地包括单个矿物绝缘电缆，该矿物绝缘电缆具有包括例如不锈钢、因科镍合金或另一高温金属合金的外护套26和定位在护套26内且嵌入矿物绝缘体28中的三(3)条导线22和24，矿物绝缘体28包括非有机矿物绝缘体，诸如，例如mgo、sio2或另一可压实的绝缘矿物粉末。导线中的一条22形成通量环22，通量环22围绕整个容器12行进一次、自身缠绕且离开容器12。第二和第三导线形成b-dot探头24，b-dot探头24对面积上的变化非常敏感。b-dot24包括围绕容器12环行两(2)次的单个线。线24在一端上短路、自身缠绕且离开容器12。

为了使通量环22和b-dot24探头在容纳于单个矿物绝缘电缆内时正常地运作，组合式探头20的三(3)条导线22和24优选地垂直于容器12的壁而对齐。如果当组合式探头20被塑造成弯曲的形状时将沿着弯曲的折弯部而发生缠绕，则这将导致导线之间的横截面面积上的减小，这倾向于对于b-dot24来说而成问题，如以上注意到的那样，b-dot24倾向于对面积上的变化非常敏感。

转到图5，组合式探头120的实施例包括电缆，该电缆包括三(3)条带状线122和124，这些带状线由例如铜等形成，且具有大体上扁平的、矩形形状的横截面。带状线122和124以隔开的关系而沿着它们的宽度堆叠。当组合式探头120被塑造成弯曲的形状时，这种堆叠的带状线构造倾向于阻止缠绕。在三条带中，一条带122用于通量环，且另外两条带124优选地包括形成b-dot探头的单条带。

在图6中显示了组合式探头220的另一实施例。如描绘的那样，外护套226优选地包括相反的伸长的扁平侧部，从而形成大体上为椭圆形、矩形等形状的横截面。如描绘的那样，护套226包括在弓形的端部221与223之间延伸的相反的扁平侧部225和227。如进一步描绘的那样，三(3)条带状线122和124以隔开的关系而沿着护套226的宽的扁平侧部225和227堆叠。当组合式探头220被塑造成弯曲的形状时，护套226的椭圆形形状的横截面构造以及带状线122和124的矩形的横截面构造倾向于进一步阻止带状线122和124缠绕。

在如图7中显示的组合式探头320的又一实施例中，组合式探头320包括外护套226，外护套226优选地包括相反的伸长的扁平侧部，从而形成大体上为椭圆形、矩形等形状的横截面。如描绘的那样，护套226包括在弓形的端部221与223之间延伸的相反的扁平侧部225和227。然而，代替堆叠的扁平带状线，三(3)条导线322和324可具有任何横截面形状，包括例如圆形、正方形、八边形等。当组合式探头320被塑造成弯曲的形状时，外护套226的宽的扁平侧部225和227倾向于阻止三(3)条导线322和124缠绕。

尽管仅出于示例性的目的而关于frc等离子体环境讨论了本文呈现的实施例，但本文呈现的实施例可用在受到等离子体辐射和/或中子注量影响的多种热环境(诸如，例如托卡马克等)中。

然而，本文提供的示例性实施例仅仅旨在作为说明性的示例，且不旨在以任何方式而是限制性的。

关于本文提供的任何实施例而描述的所有特征、元件、构件、功能和步骤均旨在可与来自任何其它实施例的特征、元件、构件、功能和步骤自由地组合，且可用其替代。如果仅关于一个实施例而描述了某一特征、元件、构件、功能或步骤，则应理解的是，该特征、元件、构件、功能或步骤可与本文描述的所有其它实施例一起使用，除非另外明确地说明。因此，在任何时候，本段落都充当用于引入权利要求的前提基础和书面支持，权利要求将来自不同实施例的特征、元件、构件、功能和步骤进行组合，或用另一实施例的特征、元件、构件、功能和步骤来替代来自一个实施例的特征、元件、构件、功能和步骤，即使在具体的实例中以下描述未明确地说明这样的组合或替代是可能的。明确地叙述每个可能的组合和替代过于麻烦，尤其是假定本领域普通技术人员在阅读本描述之后将容易地认识到每一个这样的组合和替代的容许性。

在许多实例中，实体在本文中被描述为联接到其它实体。应理解的是，用语“联接”和“连接”(或它们的任何形式)在本文中可互换地使用，且在两种情况下均通用于两个实体的直接联接(未利用任何不可忽略的(例如，寄生的)中介实体)和两个实体的间接联接(利用一个或多个不可忽略的中介实体)。在实体显示为直接地联接在一起，或描述为联接在一起而未描述任何中介实体的情况下，应理解的是，除非上下文清楚地另外规定，否则那些实体也可间接地联接在一起。

虽然实施例易于有多种修改和备选形式，但其特定示例已在附图中显示且在本文中详细地描述。然而，应理解的是，这些实施例将不限于所公开的具体形式，而相反，这些实施例将涵盖落在本公开的精神内的所有修改、等效方案和备选方案。此外，实施例的任何特征、功能、步骤或元件均可在权利要求书以及限定权利要求书的发明范围的否定限制中叙述，或添加到权利要求书及否定限制。