KTX反场箍缩装置中磁流体不稳定性的反馈控制研究与设计

发布时间：2021-08-16 21:32

　　本论文阐述了KTX反场箍缩装置中磁流体不稳定的反馈控制系统的物理设计与对m=1撕裂模与电阻壁模进行反馈控制的优化研究。中国科学技术大学在建的KTX装置是国内第一个大型反场箍缩实验装置,肩负着探索先进反场箍缩（RFP）装置理念的使命。反场箍缩位形中同时存在多种不稳定模式,其中电阻壁模限制了放电时间和等离子体电流的提升,撕裂模可能带来“锁模”现象,引起严重的等离子体-壁相互作用,甚至可能导致放电的提前终止。为了拉长放电时间,提供约束表现,必须同时对撕裂模和电阻壁模进行反馈控制。首先,完成了KTX反馈控制系统的物理设计。反馈控制系统由传感器阵列、执行机构和数字PID控制器三部分组成。根据需要控制目标模式数,设计出来的传感器阵列由4x48个鞍形传感器和位于其中心的磁探针构成。执行机构是覆盖整个表面的4x24个主动鞍形线圈,每一线圈由功放独立供电。数字PID控制器是控制系统的核心,控制循环周期为200μs。在实践中,KTX反馈控制系统可以工作在“智能壳”和“模式控制”方案下,反场箍缩中最先进的“清洁模式控制”的方法也将被应用。借助KTX丰富的磁探针信号,可以利用扰动磁场的极向或环向分量进行反馈,... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

核裂变和核聚变反应与核子数的关系

要建立相应的受控热核聚变反应堆。其中典型的热核聚变反应主要指的是氢的同位素氖氣聚变反应，反应过程见图1.2。5)公h4He + 3.5 MeVn + 14.1 MeV图1.2氖-氣（D-T)聚变反应过程示意图氖氣聚变反应的主要特征可以从反应方程看出：D+T+4He+n+17.6MeV;反应过程中，氖（D)氣(T)“融合”为一个氦原子（4He)，同时释放出一个中子（11)，反应的实质是质能转化的过程，一次氖氣聚变反应将释放17.6MeV的能量。地球上，氖在海水里大量存在，但是氣的寿命极短，自然界中很难找到氣，幸运的是可以通过锂原子与聚变反应中产生的中子发生核反应产生氣原子，而地球上锂的储量是相当可观的。与裂变堆相比，受控热核聚变具有原材料储量大、燃料释热效率高、对环境福射污染小及安全性高等优点。在低能量状态下

图1.3 ITER装置模型示意图Stellarator) [7]是一种三维磁场位形，具有内在稳态运行过电流驱动来维持放电[3]。作为聚变反应堆，相较于托优点：（1)无需欧姆感应或其他电流驱动手段，它是自然向电流很小甚至为零，因此激发大破裂的可能性大大减星器磁场所需的线圈系统的技术复杂程度远高于托卡马成本大大增加，同时还会使可达到的最大磁场强度受到更（Reversed Field Pinch, RFP) [8]是一种轴对称的环形位离子体电流和相对比较高的比压值，其磁拓扑由等离子体主导[9]。不同于托卡马克中约束依赖于非常大的环向磁向磁场的径向变化带来强烈的磁剪切，可以在安全因子q<的环向磁场来稳定等离子体。典型的平衡磁场剖面见图1.是纵场在靠近等离子体边界处出现反向，极向磁场和环向


本文编号：3346433