Способ юстировки тороидальной магнитной системы для удержания плазмы

(56) Дремин М,М., Сергеев А.А, и Стефановский А.П, Параметры магнитной конфигурации установки с пространственной осью. - Физика плазмы, 1979 Т. 5, 3, 540-550.Баао Б. еС а 1. Маяпе 1 дс апй со 1 еп 8 епеегьп 8 оГ СогоЫа 1 оечже 6 СЬ а поп-р 1 апаг шаЕпе 11 с ахя. Ргос.7-СЬ Яупер, Епй. РгоЪ. Рцяоп Вея., 1977, 1, 841-845, Кпохч 1 Хе, Репеяяее, 1 БА. 4) СПОСОБ ИСТ ГНИТНОЙ СИСТЕ ВКИ ТОРОИДАЛЬ ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ О МЫ57) Изобретение лазмы и исследо зи ситс му термоядерному быть использован и и наладке тстем состоящи оидов, в частнос ел магнитной осью является упрощ вки. Для юстир щать лишь одну ае несколько) ранственнойизобретенияцесса юстиро ние провки дост(или в точ реме случ з дискрет олько по угл причем там. Велных катушвым коортушки пр ичина наклона каа смещению магнит порционал т расчетн ия в ой осиплоскост ой катушка расст и и обнию мехова регулируепорциональ ратноду кат ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИ ниям по управляемоинтезу и можетпри конструироваидальных магнитныхиз дискретных солеи систем с прост322872 Изобретение относится к физике плазмы и управляемому синтезу и может быть использовано при конструировании и наладке магнитных систем тороидальных плазменньж установок, состо 5 ящих из дискретных соленоидов, в частности систем с пространственной магнитной осью.1 елью изобретения является упроще- О ние процесса юстировки.На фиг. 1 показаны графики завгг(-1 + -)6 г2симости от г,на магнитное лоле в приосевой области, Таким образом, выбранная модельдает воэможность получить оценку сдвига магнитной силовой линии, прибли 5 женную к реальным условиям,Аппроксимируя поле в приосевой тобласти прямого солено+49( -Фг1 1 вая 1 ида при невозлец однородным г 9/ т енных аметра лияние полемрого члеоиловой г,(кривая 2), соответственн оказывающие ерво и вт- г 0в ур авнени при по сдвигльца сграфик оком на зависилини те к где г, - единичный г, найдем возмущен ктор вдоль о на Ьиг. 21,Зг, йг,27 1 + к к укко 1 е и В - В 2г (кривая 3),2) центром в оложенног(кривая 4 зы 21+ льца ающие тной дел с токо ственн ии сдвиг кольц о рад 21 Х с+ г непо ческ к у оий в ени прямом соленоиде, образованном кольцевыми токами 1 в бесконечно тонких кольцах радиуса а, отстающих друг от друга на шаг Ь, в случае, если плоскость каждого кольца имеет случайное угловое смещениеотносительно плоскости, перпендикулярной оси соленоида. Рассмотрим также влияние на силовые линии сдвигов центров колец по радиусу ВЧ и вдоль оси солено 50 ида лг и покажем, что основное влияние на сбой магнитных силовых линий оказывает угловое смещение колец. Замена реальной геометрии силовых линий пространственного соленоида по 5 лем прямого соленоида существенно не влияет на полученные оценки, так), Е(К лные зллиптичесе интегралы Кг де В ., в пр севой области 11 1 Зг,г,В кк В, а2 кк к кк5 г,г(- - г)1 3 йВр кк "к случаиные сбои го коль влияние на сбой силовой м усу и по оси соотв координата. льзование перемеща соленоидов позволя грешности в раэмещ ижных соленоидов на оси магнитной ловуш мотрим модельную з магнитных силовых0/ ВЧ, гц дают сдвиг в вой линии в основном на расстояниях порядка величины радиуса обмотки а. На таком расстоянии можно в первом приближении пренебречь влиянием кривизны и кручения силовых линий на их сдвиг. Замена токов в широких кольцах бесконечно тонкими токами при выборе 1в установке -- . также мало влияета 2 де В- поле кольца сочке Ч = О, 2 = О, распплоскости г = О;й - поле смещенногоКомпоненты поля В оптношениями Отсюда, учитывая соотношение (1) переходя для удобства,к безразмерьм переменным в , в , получим выражеа а(10) люстрируемые кривой 3 (сдвиг 1 центра кольца по радиусу) и кривой 4-для этих случаев н первом приженин равен нулю. Следовательно,основной сбой магнитных силовых линий обусловлен угловым сдвигом колец 45Подбор величины и ориентации сдвига может быть осуществлен антоматически с помощью программы на ЭВМ, выбирающей оптимальнь)е параметры сдвигов регулирующих колец от одного рабочего импульса установки к другомупри штрафе" эа малый выход нейтронов и припоощрении" эа хороший.В критерий оптимизации могут войти,например, среднее время жизни дейтонов в цикле или энергетическая ценанейтрона.В качестве и и- х( - ф)блиСдвиг на можно пренебреч ии дх = х(+а ) - х первым членом и пр ном вблизи данного 1 1- с г с в . Таким22 второго чл силовой ли обусловлен дит в осно исхо- кольц а участке обр ни ь сдвие сонезадвига,12 с Ьх = -2полно г обход ермоядернуюовушкой, и и нку 2 х дл лоной линии и смещен 1В =В- - 1+ ф 4 г ггде г = - , г= - ,, 1 - безразмерные величины. В случае использования кольца, повернутого на угол Ы в плоскости (х, г) при несмещенном центре и при малых углах Ы) с с 0,1 рад), можно получить соотношенияаг аЦВ = В - о(г -- г - -Г )к о 2 а дг дг тг ф1 1 В =В 11+ - ( - " -- +) (5)1) г 31, Ь к о2 а дг дг )1 1 а для координаты х искривленной силовой линии, используя уравнения (4)= - ( .(г,) + х(г,) + (6)а1 Основной вклад в сдвиг силовой линии дает член Г,(г,); поведение силовой линиибез учета Г г )иллюстриуется кривой 1, кривая 2 -(г,) оответствует вкладу второго членахри х = 1. При х = -0 3 вкладома9 зом при независимых угловых см колец приближенно можно считат ги Лх силовой линии, создаваемь седними кольцами, относительно висимыми. Применяя для оценки оэдаваемого одним кольцом, ураннеие (4) 51015 пространственного соленоидаМ ЬЮ(8) где Ь - полная длина пространственного соленоида по осевой линии; Б - полное число колец в соленоиде; Ы среднее угловое смещение колец.Сравниная уравнения (7) и (8), видим, что при наличии среди Б колец, установленных со средней углонойошибкой , одного кольца с регулируемым наклоном можно скомпенсировать уход магнитной оси от расчетного положения, задав соответствующий угол наклона Ы регулируемого кольца, причем величина этого угла оценивается соотношением с 16 с (9)При Б ъ 100 на полном обходе установки можно поставить несколько регулируемых колец, чтобы избежать больших отклонений о(,Сдвиги центров колец мало влияют на сбой магнитных силовых линий по сравнению с угловыми сдвигами, Получим уравнение для сдвига силовой линии в зависимости от сдвига центра кольца Йг вдОль оси г и Йх вдоль оси х в безразмерных переменных Йх, 1 Эг,1 ( 1) + йг х йг, 2 а "2 1+ г 2 п 21 сюда получим зависимости х(г) римера можно привесттановку с магнитнойей шесть периодов, 1322872Тор, на поверхности которого лежит пространственная ось ловушки, имеет следующие геометрические параметры: большой радиус 130 см, малый 23,5 см, Каждый период имеет 20 катушек, а вся установка содержит 120 катушек. Полная длина ловушки по осевой линии составляет 1256 см. Согласно уравнениям (7) и (8) можно оценить величину сдвига, создаваемого одним кольцом, которая равна йх 0,4 мм, и величину полного смещения силовой линии в установке 4 х= 0,57 см. Между тем расчет сдвиг а магнитной оси 15 4 х , относительно геометрической оси за счет натяжения силовой линии показывает, что лх, 2 см. Поскольку сдвиг соседних магнитных силовых линий по уравнению (6) скорре лирован со случайным сдвигом данной линии (как показывают расчеты с точностью до членов порядка г сдвиги соседних линий одинаковы по направлению и величине), а общая геометрия 25 системы ввиду большого кручения силовых линий имеет тенденцию к образованию устойчивых конфигураций (сдвиг ах приводит в первом приблнжении просто к смещению магнитной оси и окружающих ее магнитных поверхностей) то есть основание полагать, что сдвиг лх , порядка 5 мм мало скажется на условия работы установки в режиме плотной плазмы ( р = 0 ), Действительт35 но,. в этом случае собственные поля плазмы могут составлять около 0,1-2 В, и соответственно возмущение магнитных силовых линий этими полями больше, чем возмущение, сносимое сбоем 40 колец в соленоиде. Потребуем, чтобы амплитуда колебаний силовой линиииз-эа д и /(уравнение (9) не превосходила 0,1 мм, т.е. была меньше 4 х0,4 мм из-эа углового сбоя Ы = 0,001 рад. Тогда должны выполняться условия1 дквп ко х-- 01 м, ( ").01 мм.2 2 а2 а а1 хсрПри - = - и 0,32 а 4 я, тполучим дк с 0,8 мм; оР ( 1,3 мм,Для того, чтобы в существенной мере скомпенсировать сбой магнитных силовых линий на полном обходе термо. ядерной установки, достаточно сделать 2-3 кольца иэ 120 с регулируемым, наклоном, поскольку сдвиги отдельных силовых линий сильно скоррелированы в силу линейного характера зависимости полного сдвига д Х , от отдельных сдвигов дх для разных колец.Так при Ы = 0,01 рад достаточно углового сдвига Ы р"От 1 рад на одном регулирующем витке или 1 ре, д 0,05 рад на двух регулирующих витков.формула изобретенияСпособ юстировки тороидальной магнитной системы для удержания плазмы, состоящей иэ дискретных соленоидов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса юстировки, осуществляют угловое смещение по крайней мере одного нз соленоидов во взаимно перпендикулярных плоскостях на углы кк = 2 гх/Ь и Ыу=2 ау/Ьт где ьх и 4 у - смещения магнитной оси относительно расчетного положения, измеренные в сечении юстируемой катушки; Ь - расстояние между центрами дискретных соленоидов по оси магнитного поля системы,1322872 оставитель В, ЧуянехреЯ М.Ходанич ректор А. Об дактор М, Ст иков Тираж 395 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыти 13035, Москва, Ж, Раушская наб, Заказ 120 исн оизводственно-полиграфическое п ятие, гУжгород, ул. Проектная,