一种控制边缘局域模的方法及装置
阅读说明：本技术 一种控制边缘局域模的方法及装置 (Method and device for controlling edge local area model ) 是由 崔步天 何梦圆 季小全 孙腾飞 梁绍勇 张均钊 王傲 于 2021-08-06 设计创作，主要内容包括：为解决现有的采用共振磁扰动线圈产生三维扰动场来控制边缘局域模的方式受到q95窗口限制以及中子辐照导致线圈寿命衰减的技术问题,本发明实施例提供一种控制边缘局域模的方法,包括：在托卡马克偏滤器环向上的至少两个不同位置施加偏压,驱动形成SOL区域电流以产生共振磁扰动。装置包括：偏压靶板,设有引线,用于设于托卡马克偏滤器环向上形成SOL区域电流以产生共振磁扰动；以及引线,包裹有绝缘壳,用于与外部偏压电源连接。本发明实施例避免了采用共振磁扰动线圈产生的q95窗口限制,通过在托卡马克偏滤器环向的不同位置上设置施加偏压的偏压靶板,实现了通过偏压产生SOL区域电流回路以产生共振磁扰动,达到缓解或抑制边缘局域模的目的。(In order to solve the technical problems that the conventional mode of controlling the edge local mode by generating a three-dimensional disturbance field by using a resonance magnetic disturbance coil is limited by a q95 window and the service life of the coil is attenuated due to neutron irradiation, the embodiment of the invention provides a method for controlling the edge local mode, which comprises the following steps: applying a bias voltage to at least two different locations on the ring of the tokamak divertor drives the SOL region-forming current to produce resonant magnetic perturbations. The device comprises: the bias target plate is provided with a lead wire and is used for being arranged on the annular direction of the tokamak divertor to form SOL area current so as to generate resonance magnetic disturbance; and a lead wire wrapped with an insulating case for connection with an external bias power supply. The embodiment of the invention avoids the limitation of a q95 window generated by adopting a resonant magnetic disturbance coil, and realizes the generation of the resonant magnetic disturbance by generating the SOL area current loop through bias voltage by arranging the bias voltage target plates for applying the bias voltage at different circumferential positions of the tokamak bias filter, thereby achieving the purpose of relieving or inhibiting the edge local area mode.)
技术领域
本发明涉及一种控制边缘局域模的方法及装置。
背景技术
在聚变托卡马克运行过程中，伴随边缘局域模的高约束放电模式非常重要，它可以周期性排除芯部等离子体产生的杂质粒子，改善等离子体芯部的约束能力。但是边缘局域模爆发过程中会在极短的时间内释放大量能量和带电热粒子通量，对装置的第一壁组件尤其是偏滤器偏压靶板造成很大破坏。
利用共振磁扰动可以改变磁场拓扑结构，使type I-型边缘局域模转化成频率较高幅值较低的边缘局域模，或者使其完全消失。从而使托卡马克装置能够在高约束模式下稳态运行。
目前现有技术已经尝试与探索了许多技术和方法对边缘局域模进行控制，但控制手段在物理上或工程上存在一定局限性。
使用共振磁扰动线圈产生三维扰动场，控制边缘局域模是最为成熟的一种手段。然而，共振磁扰动线圈控制边缘局域模会受到q95窗口的限制，安全因子只有控制在一个狭窄范围内，才可以控制边缘局域模。此外，由于线圈距离等离子体台基区较远，想要产生控制边缘局域模的共振磁扰动需要较大的线圈安匝数，这需要庞大的机械结构承受巨大的电磁力，但是由于氚增值包层的空间有限，增大安匝数十分困难。并且，由于中子辐照，聚变堆中的RMP线圈的使用寿命将会大大缩减。最后，长脉冲运行问题对铜导体线圈的散热和其配套电源系统也带来严峻的挑战。
发明内容
为解决现有的采用共振磁扰动线圈产生三维扰动场来控制边缘局域模的方式受到q95窗口限制以及中子辐照导致线圈寿命衰减的技术问题，本发明实施例提供一种控制边缘局域模的方法及装置。
本发明实施例通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种控制边缘局域模的方法，包括：
在托卡马克偏滤器环向上的至少一个位置施加偏压，驱动形成SOL区域电流以产生共振磁扰动。
进一步的，所述在托卡马克偏滤器环向上的至少一个位置施加偏压，驱动形成SOL区域电流以产生共振磁扰动，包括：
在至少两个不同位置的每个位置上设置施加偏压的偏压靶板以形成SOL区域电流产生共振磁扰动。
进一步的，在所述至少两个不同位置的每个位置上设置施加偏压的偏压靶板以形成SOL区域电流产生共振磁扰动，包括：
多个施加偏压的偏压靶板在托卡马克偏滤器上环向布置，以驱动SOL区域形成电流回路产生共振磁扰动。
进一步的，每个偏压靶板在托卡马克偏滤器环向上的位置与托卡马克偏滤器打击点弧面对齐。
第二方面，本发明实施例提供一种控制边缘局域模的装置，包括：
偏压靶板，设有引线，用于设于托卡马克偏滤器环向上形成SOL区域电流以产生共振磁扰动；以及
引线，包裹有绝缘壳，用于与外部偏压电源连接。
进一步的，还包括保护壳；所述偏压靶板设于保护壳内，所述引线从偏压靶板延伸出保护壳外。
进一步的，所述保护壳内还设有缓冲层和绝缘体；偏压靶板通过绝缘体和缓冲层与保护壳可拆卸连接。
进一步的，所述缓冲层包括第一缓冲层和第二缓冲层；所述绝缘体包括底座和外框；所述偏压靶板、第一缓冲层、底座、外框、第二缓冲层和保护壳依次连接。
进一步的，引线延伸出保护壳的部分设有用于防止引线受力的护板。
进一步的，保护壳的底部沉孔、绝缘体底座的底部沉孔、第一缓冲层的通孔以及偏压靶板底部的通孔通过螺钉连接。
本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例的一种控制边缘局域模的方法及装置，通过在托卡马克偏滤器环向上的至少一个位置驱动形成SOL区域电流以产生共振磁扰动。使用共振磁扰动线圈产生的扰动相位不会变化。本发明实施例与RMP线圈不同，随着安全因子的变化，沿着SOL区域磁力线的电流也会变化，所以不会有q95窗口的限制。通过在托卡马克偏滤器环向的不同位置上设置施加偏压的偏压靶板，实现了通过偏压产生SOL区域电流回路以产生共振磁扰动，达到缓解或抑制边缘局域模的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为控制边缘局域模装置的分解示意图。
图2为控制边缘局域模装置的安装状态示意图。
图3为图2沿中轴线的剖面结构示意图。
图4为保护壳的结构示意图。
图5为绝缘体的底座的结构示意图。
图6为绝缘体的外框的结构示意图。
图7为第二缓冲层的结构示意图。
图8为第一缓冲层的结构示意图。
图9为偏压靶板的结构示意图。
图10为偏压靶板的安装位置示意图。
图11为图10的偏压靶板在q95面上径向扰动场的傅里叶分解谱图示意图。其中：a表示环向模数n＝0,极向模数m＝8时的扰动幅度；
b表示环向模数n＝1，极向模数m＝8时的扰动幅度；
c表示环向模数n＝2，极向模数m＝8时的扰动幅度；
d表示环向模数n＝3，极向模数m＝8时的扰动幅度；
e表示环向模数n＝4，极向模数m＝8时的扰动幅度；
极向模数m为0～15的任意一个数时，图11中每个极向模数从左至右，环向模数n均从0至4依次排序。比如，极向模数为9时，图11中极向模数为9的位置上，最左侧为n＝0,左二为n＝1,左三为n＝2,左四为n＝3，左五为n＝4；(左二，表示从左边数第二个，依此类推)。同样的，极向模数为其它数时，对应位置的柱线与n的取值从左至右按0,1,2,3,4的顺序对应。
图12为偏压靶板和RMP线圈产生的磁场拓扑结构示意图。
其中，图12(a)为偏压靶板驱动500A电流产生的磁场拓扑结构示意图。
其中，图12(b)为由4500A的RMP线圈产生的磁场拓扑结构示意图。
图13为HL-2A装置安全因子剖面结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
图中，1-偏压靶板，2-引线，3-第一缓冲层，4-底座，5-外框，6-第二缓冲层，7-保护壳，8-绝缘壳，9-托卡马克偏滤器，10-第一偏压靶板，11-第二偏压靶板，12-第三偏压靶板，13-第四偏压靶板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
为解决现有的采用共振磁扰动线圈产生三维扰动场来控制边缘局域模的方式受到q95窗口限制以及中子辐照导致线圈寿命衰减的技术问题，本发明实施例提供一种控制边缘局域模的方法及装置。
本发明实施例提供一种控制边缘局域模的方法，包括：在托卡马克偏滤器环向上的至少一个位置施加偏压，驱动形成SOL区域电流以产生共振磁扰动。
可选地，在托卡马克偏滤器环向上的靶板处施加偏压。
其基本原理为：通过在托卡马克偏滤器环向上的不同位置形成电流回路，通过电流回路的电磁互生原理，产生共振磁扰动，从而达到缓解或抑制边缘局域模的目的。
进一步的，所述在托卡马克偏滤器环向上的至少一个位置施加偏压，驱动形成SOL区域电流以产生共振磁扰动，包括：
在所述至少两个不同位置的每个位置上设置施加偏压的偏压靶板以形成SOL区域电流产生共振磁扰动。
具体的实现方式可以为：在托卡马克偏滤器环向上的至少两个不同位置施加偏压，驱动设置偏压靶板，通过偏压靶板在不同的位置形成电流回路，从而产生电磁扰动。
更进一步的，在所述至少两个不同位置的每个位置上设置施加偏压的偏压靶板以形成SOL区域电流产生共振磁扰动，包括：
多个施加偏压的偏压靶板在托卡马克偏滤器上环向布置，以驱动SOL区域形成电流回路产生共振磁扰动。
为了保证对边缘局域模的缓解或抑制效果，每个偏压靶板在托卡马克偏滤器环向上的位置与托卡马克偏滤器打击点弧面对齐。
第二方面，本发明实施例提供一种控制边缘局域模的装置，包括：
偏压靶板，设有引线，用于设于托卡马克偏滤器环向上形成SOL区域电流以产生共振磁扰动；以及
引线，包裹有绝缘壳，用于与外部偏压电源连接。
可选地，偏压靶板设置在托卡马克偏滤器环向上的靶板处。
参考图1-9所示，所述装置包括偏压靶板1和引线2；所述偏压靶板与引线电连接；引线上包覆有绝缘壳8；通过引线与外部偏压电源连接，偏压靶板的引线连接电缆引出，外接电源，在靶板两端施加偏压，从而使偏压靶板带电形成SOL区域电流，从而产生共振磁扰动。
可选地，所述装置还包括保护壳7；所述偏压靶板设于保护壳内，所述引线从偏压靶板延伸出保护壳外。
可选地，所述保护壳内还设有缓冲层和绝缘体；偏压靶板通过绝缘体和缓冲层与保护壳可拆卸连接。
具体地，所述缓冲层包括第一缓冲层和3第二缓冲层6；所述绝缘体包括底座4和与底座相匹配的外框5；所述偏压靶板1、第一缓冲层3、底座4、外框5、第二缓冲层6和保护壳7依次连接。
参考图1-9所示，所述保护壳设有用于放置偏压靶板1、第一缓冲层3、底座4、外框5、和第二缓冲层6的凹槽；安装后，偏压靶板的上表面与保护壳7的上表面齐平。第二缓冲层6的两端分别设有工型结构，所述凹槽设有用于卡紧所述工型结构的卡块。外框5设有用于放置底座的放置槽；偏压靶板1通过第一缓冲层与底座4连接。
进一步的，引线延伸出保护壳的部分设有用于防止引线受力的护板。
进一步的，保护壳的底部沉孔、绝缘体底座的底部沉孔、第一缓冲层的通孔以及偏压靶板底部的通孔通过螺钉连接。
另外，一种控制边缘局域模的方法，包括：在托卡马克偏滤器环向上布置多个所述控制边缘局域模的装置，通过改变每一个所述控制边缘局域模的装置两端的电压和改变布置在托卡马克偏滤器环向上所述控制边缘局域模的装置的数量，可以实现不同模数的共振磁扰动，操作方便。
示例参考图10-13所示，其中，图10中示意出了在托卡马克偏滤器9内部环向上4个偏压靶板的位置，左边的两个靶板：第一偏压靶板10接地，第二偏压靶板11施加正电压；右边的两个靶板：第三偏压靶板12施加正电压，第四偏压靶板13接地，在SOL区域形成驱动电流。通过跟踪磁力线模拟，参考图11所示，可知，本发明实施例的方法主要产生n＝1的扰动。对比参考图12所示，由偏压靶板驱动SOL电流产生的磁场拓扑结构与RMP线圈产生的磁场拓扑结构相同。由图12可知，相同的电流情况下，使用偏滤器偏压靶板可以更好的抑制边缘局域模。参考图13所示，SOL区域的安全因子与台基区的安全因子几乎相同。随着安全因子的变化，沿着SOL区域磁力线的电流也会变化，所以不会有q95窗口的限制。
从而，本发明实施例通过在托卡马克偏滤器环向上安装一定数量的靶板，改变靶板两端偏置电压方向，可以产生不同模数的共振磁扰动，达到类似于共振磁扰动线圈的效果。同时，因为距离台基区域近，没有q95窗口的限制。而且体积小、结构简单，不会受限于空间。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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