HL-2M内部共振磁扰动线圈的初步设计及应力与热分析

摘要

核工业西南物理研究院(SWIP)正在运行的常规铜导体托卡马克装置HL-2A正在改造为HL-2M装置,装置将充分继承原装置运行、实验、加热和控制灵活等特性。HL-2M上规划的等离子体辅助加热总功率将达到20MW,从而获得高比压β、高能量约束时间和高自举电流的等离子体,使之更有利于研究高品质高参数的近堆芯等离子体的相关物理问题。
　　为了控制和研究高品质高参数的等离子体,HL-2M装置将在真空室内布置共振磁扰动(RMP)线圈以抑制等离子体的边界局域模(ELM)和电阻壁模(RWM)等磁流体动力学(MHD)不稳定性,同时线圈可用于补偿装置的误差场,改善等离子体约束。线圈通过的最大电流5kA,频率从直流到约1kHz,真空室上半部分环向均布两组线圈(1×6,1×18),下半部分的线圈与上半部分对称。内部RMP线圈需要解决在非常有限的空间内实现固定支撑、绝缘、真空密封等难题,且线圈要能够承受较大的电磁载荷和热载荷。本文对HL-2M装置内部RMP线圈的机械结构、固定支撑、绝缘、真空密封等进行了初步设计,并采用有限元分析方法,对线圈的支撑结构进行了优化,使线圈上电磁力引起的应力达到最小,进而进行强度校核与寿命计算,同时,对正常运行和高温烘烤300℃两种工况下线圈的温升以及相应的热应力进行了计算,评估了热应力都在可以接受的范围内,不同工况下线圈进行水冷的冷却时间等计算结果也在文中做了介绍。

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1 绪论

1.1 核聚变与托卡马克

1.2 HL-2M托卡马克介绍

1.3 内部共振磁扰动线圈的意义与现状

1.4 HL-2M上内部共振磁扰动线圈的设计要求

1.5 本文的主要内容及意义

2 内部共振磁扰动线圈的设计

2.1 线圈的布局

2.2 线圈的结构设计

2.3 本章小结

3 线圈的电磁分析

3.1 线圈产生的磁场

3.2 线圈的磁场环境

3.3 线圈的应力计算与固定支撑距离的确定

3.4 本章小结

4 热与流体分析

4.1 电阻生热

4.2 真空室壁的热辐射

4.3 高温烘烤

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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