论文题目：场反等离子体形成研究装置设计
摘要：磁约束核聚变是目前最有可能实现商业可控聚变堆的方案,而场反位形（Field-Reversed Configuration,FRC）装置做为一种小型、结构简单的聚变装置具有相当大的潜力,因此开展对场反位形聚变装置的研究是非常有必要的。HFRC（HUST-FRC）装置计划将两团初始场反等离子体对碰融合后进行磁压缩来提高等离子体的参数,而在此过程中初始场反等离子体的形成至关重要,因此本论文设计研制了一个场反等离子体形成研究装置用于专门开展场反等离子体形成和优化的研究,为HFRC装置的建设奠定基础。在确定本场反等离子体形成装置采用θ-pinch（角向箍缩）方法形成初始场反等离子体的基础上,论文对本装置进行了整体方案设计。根据等离子体参数要求,论文分析并选取了本装置中各个阶段的磁场参数,确定偏置磁场峰值为-0.26 T,反场磁场峰值为0.4T。并根据所设计的磁场参数对磁场及等离子体的形成进行了初步模拟仿真,仿真结果表明所形成的场反等离子体密度可以达到2.2×1020 m-3,等离子体喷射速度可以达到224km/s。论文对装置的磁场位形从轴向均匀度和环向均匀度两个方面进行了优化,通过增大θ-pinch线圈宽度将磁场轴向不均匀度降低至12.6%,通过减少线圈开口高度、增大线圈本体与线圈引出装置距离和错开线圈引出方向将磁场的环向不均匀度降低至3.47%,显著提高了装置中磁场的均匀性。同时论文重点设计了θ-pinch线圈的引出装置,通过绝缘与固定一体化的结构解决了线圈引出端需承受高电压大电流的问题。并使用ANSYS有限元仿真软件分析了θ-pinch线圈的应力水平,验证了相关设计的可靠性。论文开展了初步实验对θ-pinch线圈模块的绝缘性能进行测试,结果显示θ-pinch线圈耐压水平可以达到预期的目标要求。
关键词：场反位形;等离子体;磁场设计;角向箍缩
学科专业：电气工程
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 可控核聚变发展现状
1.2 聚变堆材料测试问题
1.3 场反位形的基本概念
1.4 场反等离子体形成研究意义和形成方法
1.4.1 场反等离子体形成过程的研究意义
1.4.2 场反等离子体形成方法
1.5 本文结构安排
第二章 场反等离子体形成研究装置磁场设计
2.1 HFRC磁阱型磁压缩聚变装置介绍
2.2 场反等离子体形成研究装置磁场参数设计
2.3 场反位形磁场形成仿真
2.4 磁场均匀度优化设计
2.4.1 磁场轴向均匀度优化
2.4.2 磁场环向均匀度优化
2.5 本章小结
第三章 场反等离子体形成研究装置工程设计
3.1 场反等离子体形成研究装置基本结构
3.2 场反等离子体形成研究装置真空系统
3.2.1 真空室密封结构
3.2.2 真空室窗口布置
3.3 场反等离子体形成研究装置线圈系统
3.3.1 θ-pinch线圈设计
3.3.2 磁体线圈高压大电流电气引出装置设计
3.3.3 θ-pinch线圈系统支撑设计
3.3.4 θ-pinch线圈系统专用同轴电缆设计
3.3.5 准稳态线圈系统设计
3.4 θ-pinch线圈应力仿真分析
3.4.1 θ-pinch线圈电磁载荷计算
3.4.2 θ-pinch线圈结构仿真分析
3.5 本章小结
第四章 场反等离子体形成研究装置的初步实验
4.1 θ-pinch线圈的耐压测试
4.1.1 线圈本体的耐压测试
4.1.2 线圈引出装置绝缘件测试
4.2 场反等离子体形成研究装置真空相关部件
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 全文工作总结
5.2 研究展望
参考文献
致谢