[发明专利]一种场反等离子体磁压缩装置及方法

说明书

本发明公开了一种场反等离子体磁压缩装置及方法，属于磁约束核聚变领域，装置包括真空腔室、环绕真空腔室的压缩线圈、电源模块；电源模块中的第一供电模块通过压缩线圈在真空腔室中产生第一压缩磁场；当第一压缩磁场上升到最大值时，第二供电模块接入并通过压缩线圈在真空腔室中产生第二压缩磁场，使得真空腔室中的磁场持续上升，以对真空腔室中的场反等离子体进行级联磁压缩。将等离子体快速加热至高温状态后，接通另一供电模块保证线圈电流继续上升，从而保持一定的加热功率以抵消等离子体中的输运和辐射损失，并且大幅延长等离子体寿命和聚变反应时间；线圈电流升至最大值时可将线圈磁能回馈至电网或电源模块，实现能量回收，提高压缩效率。

技术领域

本发明属于磁约束核聚变领域，更具体地，涉及一种场反等离子体磁压缩装置及方法。

背景技术

在磁约束核聚变研究中，一项核心任务就是将用于发生聚变反应的等离子体加热到足够高的温度，例如10keV，即1亿度左右，在脉冲聚变装置中则主要依靠压缩实现。绝热磁压缩加热等离子体的思路很早就已被人提出，并被实验验证为一种有效的加热等离子体的方式。

现有的基于场反等离子体的绝热磁压缩总是在等离子体外部缠绕线圈，并以一定时序将线圈通以快速上升的电流，在等离子体周围形成快速上升的磁场，等离子体在磁压的作用下体积被压小，密度和温度得到同时提升，压缩线圈电流达到最大值后续流衰减。压缩线圈电流达到最大值后无法进一步提高，而是续流衰减，约束等离子体的场反磁位形在电阻耗散、等离子体输运等作用下快速被破坏，导致等离子体迅速失去约束磁场然后快速消失，等离子体寿命很短，聚变反应发生的时间也很短，通常在10us左右。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种场反等离子体磁压缩装置及方法，其目的在于设置两个不同的供电模块，先将等离子体快速加热至高温状态后，保证线圈电流继续以稍慢的速度上升，从而保持一定的加热功率以抵消等离子体中的输运和辐射损失，并且大幅延长等离子体寿命，延长聚变反应时间。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种场反等离子体磁压缩装置，包括：真空腔室、环绕所述真空腔室的压缩线圈、以及连接所述压缩线圈的电源模块；所述电源模块包括第一供电模块和第二供电模块；所述第一供电模块通过所述压缩线圈在所述真空腔室中产生第一压缩磁场；当所述第一压缩磁场上升到最大值时，所述第二供电模块接入并通过所述压缩线圈在所述真空腔室中产生第二压缩磁场，使得所述真空腔室中的磁场持续上升，以对所述真空腔室中的场反等离子体进行级联磁压缩。

更进一步地，所述电源模块连接至电网侧；所述第一供电模块包括变压器T_r1、整流电路CON₁和电容C₁，所述变压器T_r1的两侧分别连接所述电网侧和整流电路CON₁输入侧，整流电路CON₁输出侧连接所述电容C₁，所述电容C₁放电以产生所述第一压缩磁场；所述第二供电模块包括变压器T_r2、整流电路CON₂和电容C₂，所述变压器T_r2的两侧分别连接所述电网侧和整流电路CON₂输入侧，整流电路CON₂输出侧连接所述电容C₂；所述变压器T_r1的变压比大于所述变压器T_r2的变压比，所述整流电路CON₁与整流电路CON₂的正输出端之间通过二极管D₂连接，且所述二极管D₂的阳极连接所述整流电路CON₂正输出端；当所述第一压缩磁场上升到最大值时，所述整流电路CON₁正输出端电压低于所述整流电路CON₂正输出端电压，所述二极管D₂导通以接入所述第二供电模块，使得所述电容C₂放电以产生所述第二压缩磁场。