[发明专利]计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法

说明书

本发明提供一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法。该系统和方法根据发明人建立的佳拉洁雅磁阱中等离子体的总抗磁电流与等离子体分界面压强的数学模型，利用计算获得的佳拉洁雅磁阱磁场的磁感应强度和测量获得的等离子体抗磁电流等参数，就可以依据相应的数学模型计算出佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面处的压强。相比于使用现有技术中的郎缪尔探针和微波干涉仪，该系统和方法具有结构灵活、动态响应好的优点。本发明只需要通过测量佳拉洁雅磁阱的总抗磁电流，充分考虑在约束线圈周围区域等离子体的接触损失对等离子体总抗磁电流的影响，就可实现对佳拉洁雅磁阱等离子体分界面处压强的精确计算。

技术领域

本发明涉及等离子体磁约束领域，具体涉及一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法。

背景技术

目前，具有代表性的磁约束装置有托卡马克装置和仿星器。托卡马克装置是利用等离子体电流形成的极向磁场和装置本身产生的环形磁场共同作用来实现对等离子体的磁约束。而仿星器则是通过在装置外部放置产生螺旋磁场的线圈以代替有等离子体电流产生的磁场，这样可以避免由等离子体电流变化所造成磁场位形畸变，降低等离子体大破裂的发生。

佳拉洁雅磁阱磁约束装置——作为非托卡马克型受控热核聚变等离子体磁约束的初级研究装置——与托卡马克装置、仿星器等磁约束装置相比，具有结构简单、体积小、可控性好、能自动抑制等离子体的互换不稳定性等优点。在磁约束装置中，等离子体的压强表征了等离子体在装置中的分布情况，是后续用于等离子平衡控制的重要参数。等离子体的压强并不能通过直接测量的方式获得，通常是先测量等离子体的密度和等离子体温度，然后根据气体状态方程计算等离子体的压强。

目前，托卡马克和仿星器等磁约束装置中通常使用郎缪尔探针和微波干涉仪测量等离子体密度和等离子体温度。郎缪尔探针和微波干涉仪并不适合用来进行等离子体压强的测量。这是因为根据郎缪尔探针工作原理可知，它只能测量某一固定时间内的等离子体温度，更适用于托卡马克和仿星器这种稳态装置，而不适用于工作在脉冲工作方式下的佳拉洁雅磁阱。另外，郎缪尔探针使用时需要插入到等离子体中，这样就会对等离子体造成污染，同时高温等离子体也会损坏探针。而微波干涉仪装置结构复杂，空间分辨率低。

因此，如何设计一种适用于佳拉洁雅磁阱装置的等离子体压强测量的系统和方法，可以连续测量等离子体压强，且测量系统的结构简单可靠，成为各方所努力研究的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统和方法。相比于使用现有技术中的郎缪尔探针和微波干涉仪，该系统和方法具有结构灵活、动态响应好的优点。利用计算获得的佳拉洁雅磁阱磁场的磁感应强度和测量获得的等离子体抗磁电流等参数，充分考虑在约束线圈周围区域等离子体的接触损失对等离子体总抗磁电流的影响，实现对佳拉洁雅磁阱等离子体分界面处压强的精确计算，避免郎缪尔探针只能测量稳态等离子体温度的缺点，实现对佳拉洁雅磁阱装置中测量等离子体压强连续测量。

为了达到上述目的，本发明提供了一种计算佳拉洁雅磁阱中等离子体分界面压强的系统，该系统包括：依次相连的抗磁电流测量模块10、抗磁电流分布参数模块20、磁场系数计算模块30和分界面压强计算模块40；