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1、托卡马克装置原理,1,2,1,概述托卡马克装置,环向等离子体电流产生极向磁场实现旋转变换，消除磁场不均匀造成的漂移和粒子损失,电流和磁场：平行和反平行,3,托卡马克的复杂性,电流产生极向磁场，实现旋转变换而电流轮廓是不能直接控制的，造成了物理的复杂性,等离子体参数,电流轮廓,欧姆加热,输运,因果关系构成闭环，是一种自组织性,4,托卡马克的缺点,欧姆加热的弱点：，温度增加是加热效率降低不能达到点火要求必须借助于辅助加热脉冲运行：欧姆变压器必然是脉冲运行的稳态运行需要非感应电流驱动聚变中子辐射造成的材料问题,5,托卡马克的发展模式定标律,针对ELM, H模的能量约束时间定标律IPB98(y,2),
2、6,主要大中型托卡马克装置（国外）,7,球形托卡马克的进展,磁场利用率高高的比压和安全因子自然偏滤器位形无大的破裂材料问题更严重,环径比A=R/a, A1.5称球形托卡马克,球形托卡马克,8,2,托卡马克工程：托卡马克装置的配置,装置主体,9,环向场线圈,安培定律,磁场均匀时的积分,分立线圈产生波纹度,圆线圈总磁通,圆线圈自感,形状因子,10,形线圈（纯张力线圈）,纯张力线圈方程,解,圆线圈受力,上下对称，可以有级数解，形状接近形，和常数k有关,11,欧姆变压器,初级磁通变化产生电动势,等离子体区的零场条件：需要配置外线圈,变压器的伏秒数：,反向磁化,12,铁芯变压器,初级和次级方程,在方程中
3、使用漏感,磁化电流产生的磁场：假设磁场垂直铁芯表面,13,平衡场（成形场）线圈,理想的加热场和平衡场,极向场系统,平衡形态计算,14,误差矫正场误差（杂散）场来源：加工和安装误差，引线，不对称构件,环向场,极向场,加热场,平衡场,矫正场,垂直场,水平场,磁场系统,击穿电场等值线：在水平场垂直场平面,15,磁体的类型,常温磁体低温磁体超导磁体稳态磁体脉冲磁体,低温超导高温超导,16,磁体的供电,脉冲磁体电源：电容储能（电能）电感储能（磁能）飞轮机组（机械能）,17,真空室和抽气系统,对真空系统的要求：，真空性能：超高真空：Pa，电气性能：高阻材料,机械泵,涡轮分子泵,溅射离子泵,真空室,加料系统
4、,真空系统典型配置,真空室内配置：偏滤器(diverter)：减少杂质孔栏 (limiter)：减少等离子体和壁相互作用诊断传感器：诊断,18,孔栏（limiter)和偏滤器(diverter),的偏滤器位形,种孔栏和偏滤器,极向,环向,束,19,不同装置上的偏滤器,20,等离子体分区,核心区(core region)边缘区(boundary region)删削区(scrape-off layer)偏滤器区,分支线(separatrix),21,加料方法,吹气(gas puffing)弹丸注入(pellet injection)超声分子束,JT-60装置上的弹丸注入设备,为什么要加料？，补充粒子损失，增加等离子体密度，补充燃烧损失（堆）,弹丸产生和加速技术,22,超声分子束注入技术,Laval喷嘴和超声分子束注入,分子束的电离和扩散,23,辅助加热和非感应电流驱动,Spitzer电阻率,例：Zeff=1.5, qaq0=1.5, A=R/a=3, Tmax=0.87Bt4/5 Bt=6 tesla, Tmax=3.6keV,欧姆加热的缺点：,24,中性粒子注入原理,
