基于射频波技术的新型失超检测方法研究

发布时间：2020-05-06 10:32

【摘要】：磁约束核聚变是目前来看成功可能性最大的核聚变方法,该方法主要是以超导磁体产生强磁场来约束等离子体,使其在足够的高温环境下发生可控核聚变。而超导磁体在通大电流的情况下,储存着巨大的能量。一旦失超,储存在超导磁体中的能量会快速转化为热能,对超导磁体、装置会产生极大危害。因此,失超检测在大型超导托卡马克装置的运行过程中至关重要。本文的研究内容是国际上首次提出的新型失超检测方法——基于射频波技术的新型失超检测方法。射频波在传播过程中,阻抗的变化会导致反射率的变化。一旦超导体在某处失超,那么该处的反射率就会发生变化。通过检测接收到的射频波来判断反射率是否发生变化,进而判断是否发生失超。射频波失超检测方法最大的优势在于其不需要在检测对象内部安装传感器或者引线,并且相对其它后备检测方法具有更快的响应速度。根据射频波的性质,提出将射频波技术应用于失超检测的可能性。然后通过射频波传输线理论计算仿真检测对象电阻变化对反射率的影响,并分析传输线特性阻抗对系统性能的影响。分析表明射频波失超检测方法在理论上完全具有可行性。根据射频原理将射频波失超检测系统设计成如下几个主要部件:功率源、环形隔离器、巴伦和接收机。并根据失超检测的需求提出各部件的性能指标。射频波失超检测系统完成了过载失超检测、热触发失超检测和不通电失超检测。通过与电压检测对比,证明了该检测方法的可行性。在超导体从零电阻到几十微欧的变化过程中就可以完成失超检测。并发现了一些不足,为下一步的改进提供经验。目前已完成高温超导小线圈上的验证实验,未来希望在低温超导线圈和大型超导线圈上进行相关验证实验。射频波失超检测方法是国际首次将射频波技术运用到失超检测的创新探索。实验证明,射频波失超检测方法完全具备成为未来大型托卡马克装置后备失超检测方法的潜力,是对现有失超检测方法的有效补充。
【图文】：

结构示意图,热核聚变反应堆,托卡马克装置,纵场线圈

子体电流在水平环形方向上的控制则是依靠纵场线圈和等离子体电流自身产生逡逑的磁场的综合作用。再使用真空杜瓦来阻隔高温。典型的托卡马克装置ＩＴＥＲ邋（国逡逑际热核聚变反应堆计划）如图１．１所示：逡逑２逡逑

超导磁体系统,磁体系统,失超,线圈

要由１４个超导线圈组成，其中包括６个ＣＳ线圈、４个偏滤器线圈以及４个大环逡逑线圈。逡逑ＥＡＳＴ、ＩＴＥＲ和ＣＦＥＴＲ的磁体系统大体类似，，ＩＴＥＲ磁体系统如图１．２所示：逡逑霍逡逑图１．２邋ＩＴＥＲ超导磁体系统逡逑１．４失超危害逡逑不论是ＥＡＳＴ和ＩＴＥＲ，还是未来的ＣＦＥＴＲ，其磁体系统都储存有巨大的能逡逑量。一旦失超，其能量会很快转化为热能。为了使磁体避免受到损害一定要及时逡逑４逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL631.24

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