[发明专利]一种适用于磁约束聚变装置的共振磁扰动线圈及实现方法

权利要求书

1.一种适用于磁约束核聚变装置的共振磁扰动线圈，其特征在于：

在磁约束核聚变装置的环向上均匀分布有两组线圈，各组线圈均位于低场侧中平面,即磁约束聚变装置的外侧中平面；在磁约束核聚变装置的极向上，每组线圈依次排列，每组线圈包括有两个闭合回路，每个闭合回路内的电路均有多匝线圈，以增强线圈对等离子体的扰动强度；

每组线圈的两个闭合回路结构上下对称，闭合回路分别由两个反向绕制的圆角矩形形状的线圈构成，由于环绕的方向相反，通电后两个圆角矩形线圈产生的磁场方向也相反；

每个闭合回路都有两个电流接口，处在两个产生扰动磁场的模块的中间，上半部分的电流接口在上，下半部分的电流接口在下；一组线圈共有四个电流接口，根据两个闭合回路内电流的相对方向；线圈具有两种工作模式：当上下两个闭合回路通同向的电流，即每个回路的两个电流接口均为上端流入、下端流出，或均为下端流入、上端流出时，线圈工作在第一工作模式；当上下两个闭合回路通反向的电流，即其中一个回路的两个电流接口为上端流入、下端流出，而另一个回路的两个电流接口与之相反，为下端流入、上端流出时，线圈工作在第二工作模式。

2.根据权利要求1所述的适用于磁约束核聚变装置的共振磁扰动线圈，其特征在于：所述每组线圈在磁约束聚变装置的环向上展开的角度为5度，这样能够安装在磁约束核聚变装置的窗口之间，不挤占窗口，对磁约束核聚变装置的空间要求低，也不影响其他诊断装置的安装运行。

3.根据权利要求1所述的适用于磁约束核聚变装置的共振磁扰动线圈，其特征在于：所述每组线圈的侧面呈一个弯曲的弧状，弧状的弧度与磁约束聚变装置最外闭合磁面的弧度一致，使线圈产生的扰动磁场拥有最大的径向分量，减少杂散和无效磁场，最大限度提高扰动磁场对等离子体的扰动效果。

4.根据权利要求1所述的适用于磁约束核聚变装置的共振磁扰动线圈，其特征在于：所述磁约束核聚变装置的环向上，每间隔180度分布有一组线圈，每组线圈的方向均朝向等离子体所构成的环中心。

5.根据权利要求1所述的适用于磁约束核聚变装置的共振磁扰动线圈，其特征在于：所述线圈采用中空的铜管设计，所述铜管中通去离子水，所述铜管外层由氧化镁层包裹，所述氧化镁层外部进一步由不锈钢层包裹。

6.根据权利要求1所述的适用于磁约束核聚变装置的共振磁扰动线圈，其特征在于：在线圈靠近等离子体约束区，线圈通电后产生的扰动磁场能够达到高斯量级，即能够达到EAST超导托卡马克环向磁场强度的千分之一量级，与EAST现有共振磁扰动线圈产生的扰动磁场强度相当，而且在磁约束核聚变装置的环向上，线圈的作用区域面积仅占等离子体最外闭合磁面表面积的1.5％-2.5％，其作用相对于等离子体是一个极小范围的扰动，具有明显的局域性。

7.根据权利要求1所述的适用于磁约束核聚变装置的共振磁扰动线圈，其特征在于：每组线圈的两个闭合回路结构上下对称，闭合回路分别由两个反向绕制的圆角矩形形状的线圈构成，能够产生径向扰动最大值在极向模数为10-15时出现的扰动磁场，具有高极向模数特征的扰动磁场谱结构，即扰动磁场强度主要分布在高极向模数区域；同时径向扰动磁场在环向模数1-10之间基本没有衰减，之后衰减的比率也不高，对20以内的环向模数都有较强的扰动磁场，具有宽环向模数的特征，即扰动磁场强度在较宽的环向模数范围内保持较高水平。

8.一种实现适用于磁约束核聚变装置的共振磁扰动线圈的方法，其特征在于，实现为：

(1)由电源系统给共振磁扰动线圈供电，供给稳态电流、方波电流、正弦波形式的电流，电流大小在千安培量级，通电后线圈将产生稳态或随时间变化的局域扰动磁场，扰动磁场的径向分量具有高极向模数，即傅立叶变换后的扰动磁场峰值出现在极向模数10-15，和宽环向模数，即对20以内的环向模数都具有较强的扰动的特点，扰动磁场强度在高斯量级，线圈作用的区域局域于靠近线圈的边界等离子体；

(2)一组线圈由两个反向绕制，上下对称的闭合回路组成，沿着磁约束聚变装置最外闭合磁面的弧度分布，以达到最大程度的利用扰动磁场，减少杂散磁场，提高扰动磁场对等离子体扰动的效果；

(3)线圈采用中空的铜管设计，铜管中通去离子水，铜管外层由氧化镁层包裹，氧化镁层外部进一步由不锈钢层包裹，在保证绝缘性的同时保证了长时间工作的稳定性。