[发明专利]用于减少非期望的涡流的系统和方法

说明书

用以减小例如由FRC到约束室中的平移所感生的在导电结构中的非期望的涡流的振幅而同时使有益涡流不受影响的系统和方法。这是通过在等离子体平移到约束室中之前在相同导电结构中感生相反电流而实现的。

技术领域

本文中描述的主题一般地涉及磁等离子体约束系统，并且更特别地涉及促进非期望的涡流的抵消的系统和方法。

背景技术

反场构型（FRC）属于称为紧凑等离子体环（CT）的磁等离子体约束拓扑的种类。其显示出突出地极向的磁场并拥有零或小的自生环向场（参见M. Tuszewski，Nucl. Fusion28，2033 （1988））。形成FRC的传统方法使用反场θ-箍缩技术，产生热的高密度等离子体（参见A. L. Hoffman等人，Nucl. Fusion 33，27（1993））。这个的变体是平移俘获方法，其中在θ-箍缩“源”中产生的等离子体被或多或少地立即从一端向外喷射到约束室中。平移的等离子粒团然后被在该室的端处的两个强反射镜之间俘获（参见例如H. Himura等人，Phys.Plasmas 2，191（1995））。

在过去的十年中已经取得显著进展，开发了其它FRC形成方法：利用相反定向的螺旋性（参见例如Y. Ono等人，Nucl. Fusion 39，2001（1999））以及通过用也提供附加稳定性的旋转磁场（RMF）驱动电流（参见例如I. R. Jones，Phys. Plasmas 6，1950（1999））来合并球马克。最近，很久以前提出的碰撞合并技术（参见例如D. R. Wells，Phys. Fluids 9，1010（1966））已被显著地进一步开发：在约束室的相对端处的两个分离的θ-箍缩同时产生两个等离子粒团并使等离子粒团以高速度朝着彼此加速；它们然后在约束室的中心处碰撞并合并以形成复合FRC。在到目前为止的最大FRC实验中的一个的构造和成功操作中，常规的碰撞合并方法被显示产生稳定、寿命长、高通量、高温的FRC（参见例如M. Binderbauer等人，Phys. Rev. Lett. 105，045003（2010））。

当FRC平移至约束区段中时，其在其附近内的任何导电（conducting）结构（例如容器壁或导电的在容器中的组件）中感生涡流。这些涡流影响等离子体状态并随时间过去而衰减（decay），从而促成等离子体的连续演化并防止任何稳态直至涡流已经衰减至可忽略量为止。如果导电结构不是轴对称的（情况一般是这样），则涡流破坏FRC的轴对称性。总的来说，此类平移感生的涡流是非期望的。其初始激发对等离子体形状施加约束，并且从而限制导电结构提供等离子体不稳定性的被动稳定的能力，并且其随时间过去的衰减通过甚至在不存在等离子体不稳定性时要求连续补偿而使等离子体控制复杂化。此外，还可以通过平衡磁场的适当调整来提供平移感生的涡流的任何有益影响。

平移感生的涡流不是在实验期间出现的仅有涡流类型。等离子体不稳定性可以激发涡流，其降低不稳定性的增长速率且因此是所期望的。涡流还将响应于中性束电流斜坡向上而出现。

其它FRC实验中的等离子体寿命通常受限于显著低于导电壁的电阻时标的值，使得时变涡流没有引起任何实际问题且尚未受到大量注意。

用以防止平移感生的涡流的激发的一个相关技术是在容器中使用绝缘轴向“间隙”来防止轴对称涡流的激发。该方法的缺点是其要求对导电容器的结构改变，并且涡流未被抑制而是轴对称电流被变换成3-D电流。这因此加重来自3-D场的有害影响，并且还使得壁不适于轴对称等离子体不稳定性的被动稳定。

常常通过本身非轴对称的误差场修正线圈来修正三维误差场。在最好情况下，此类线圈可以消除和存在的线圈一样多的谐波，但是其趋向于在剩余谐波中引入新的误差并且需要能够在实验期间跟随误差场的任何时变。

因此，所期望的是提供促进非期望的涡流的减少或消除的系统和方法。

发明内容