托卡马克等离子体电流罗科线圈的测量误差分析

发布时间：2020-08-08 11:09

【摘要】：在托卡马克中，等离子体电流测量直接关系到欧姆加热功率、安全因子等基本放电参数的计算，以及等离子体不稳定性的分析，是十分重要的。罗科线圈因其结构简单，易于安装，是托卡马克等离子体电流最常见的测量手段。在实际使用中，待测电流与罗科线圈的相对位置关系并不确定；同时，在安装时为了避开诊断窗口等也可能导致线圈截面与等离子体电流不垂直，这些可能导致罗科线圈测量出现误差。罗科线圈去线和回线所包围的面积是衡量罗科线圈抗干扰能力的重要指标，在托卡马克中，罗科线圈处在较强的纵场环境下，此回路很容易在纵场磁通的作用下产生感应电压，从而形成干扰。本文根据托卡马克磁场位形和罗科线圈结构，系统地分析托卡马克中罗科线圈的测量误差是有重要实际意义的。本论文以安装在J-TEXT托卡马克真空室外壁的一组PCB罗科线圈为例，详细分析了等离子体电流处在真空室中不同位置时电流测量的误差。由于该线圈为了避让keystone真空室段的绝缘，安装在偏离对称面一定距离的位置，论文分析了此安装位置偏差带来的测量误差。同时，罗科线圈偏离对称面，导致纵场在其上将形成磁通，纵场线圈电流变化时在线圈上形成干扰信号，论文分析了该信号的特征和大小，并将其与实验波形进行了对比。分析结果表明，纵场线圈电流在下降阶段会对罗科线圈造成明显影响,分析得到的结果符合实验波形。本文的分析结果为J-TEXT的电流测量准确性以及新的罗科线圈的设计都提供了一定的参考，同时解释了纵场线圈电流变化影响等离子体电流波形，也为将来可能开展的变纵场实验提供了一定基础。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TL631.24
【图文】：

托卡马克,等离子体

克是一种利用环形磁场约束燃料等离子体并研究受控核聚由前苏联的库尔恰托夫研究所阿齐莫维齐等人在 20 世纪 50中央是一个环形的真空室，外面套着线圈，通电时在真空室磁场，同时，气体在真空室中电离为等离子体态，等离子体应方式驱动下形成电流，等离子体就被约束在由等离子体电旋磁场中。托卡马克研究的重点是如何提高等离子体的约束点火条件，并提高等离子体的运行稳定性，同时在研究实现2]。U 托卡马克是中等规模磁约束聚变实验研究装置，该装置由美斯州立大学研制。2001 年，由于美国政府压缩研究经费及研T-U 装置运行。2004 年，华中科技大学经过各方努力将该装EXT。J-TEXT 托卡马克的实物图如图 1-1 所示。

等离子体电流,等离子体,托卡马克装置,纵场

华中科技大学硕士学位论文EXT 托卡马克装置大环半径 105cm，等离子体截面半径为 25cm~29感应强度 3.0T，最大设计等离子体电流为 400kA，放电时，典型形如图 1-2 所示。在纵场建立完成后，通过欧姆场击穿等离子体，逐渐爬升至平顶，维持约 500ms 后开始下降，整个放电过程等离]。

线圈,托卡马克,真空室,印刷电路板

华中科技大学硕士学位论文J-TEXT 托卡马克中测量等离子电流的罗科线圈有两套。一套是绕线式罗科，安装在托卡马克真空室内部，也叫做内罗科；另一套是印刷电路板（PCB）线圈，安装在托卡马克真空室外，也叫做外罗科。在 J-TEXT 托卡马克中，由于装置结构的特殊性，它留给罗科线圈的安装空间，真空室外壁的平板结构很适合安装 PCB 线圈，其体积很小。J-TEXT 的外罗圈是一种径向厚度很小的罗科线圈，它由四个 PCB 罗科线圈首尾相连构成。如图 1-3 所示，印刷电路板的厚度为 3mm，单匝绕线高度为 20mm。

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