[发明专利]一种用于准环对称仿星器的偏滤器及其设计方法

权利要求书

1.一种用于准环对称仿星器的偏滤器，其特征在于，包括挡板、支架结构、第一靶板和第二靶板，所述第一靶板位于挡板和第二靶板之间，第一靶板和第二靶板均用于承接粒子通量和热通量，且第一靶板和第二靶板均与支架结构连接，支架结构通过挡板与准环对称仿星器的真空室连接；挡板、第一靶板和第二靶板连接后所组成的结构，截面呈“Z”字形；

所述支架结构包括多个支撑连接件，所述支撑连接件的一端与第二靶板连接，支撑连接件的中部与第一靶板连接，支撑连接件的另一端与挡板连接；第一靶板和第二靶板通过支撑连接件连接后形成截面呈“V”字形的结构，第一靶板和第二靶板构成的“V”字形结构的内侧表面均为曲面，且第一靶板和第二靶板的曲面形状以及偏滤器的安装位置按如下步骤确定：

步骤S100：确定第一靶板和第二靶板的曲面形状；

获取准环对称仿星器的柱坐标系下最外闭合磁面的坐标：

式中：R表示柱坐标系内沿水平方向的环向坐标，Z表示柱坐标系内沿高度方向的纵向坐标，通过R和Z确定柱坐标系下的最外闭合磁面的坐标；

R_mn表示磁面各模对应的R坐标的傅里叶分量，Z_mn表示磁面各模对应的Z坐标傅里叶分量，θ表示极向角，φ表示环向角，s表示径向归一化磁通，m表示极向模数，n表示环向模数，N_p表示环向周期数；

将最外闭合磁面的坐标值进行可视化处理，得到最外闭合磁面的曲面形状；

根据最外闭合磁面的曲面形状，确定第一靶板和第二靶板的曲面形状，所述第一靶板和第二靶板的曲面形状与最外闭合磁面的曲面形状相适配；

步骤S200：确定最外闭合磁面上的向量参数：

式中：r表示坐标位置在(X, Y, Z)的位移矢量，r_u表示极向方向的偏导数向量，r_v表示环向方向的偏导数向量，i表示极向单位向量，j表示环向单位向量，k表示磁通方向的单位向量，u表示极向坐标，v表示环向坐标，r_uu表示极向方向的二阶偏导数向量，r_uv表示极向加环向方向的二阶偏导数向量，r_vv表示环向方向的二阶偏导数向量，∂表示偏微分；

步骤S300：确定第一基本形式的系数和第二基本形式的系数；

第一基本形式的系数包括E、F、G，由以下公式得到：

定义对表面的单位法线a

第二基本形式的系数包括L、M、N，由以下公式得到：

式中：E表示第一基本形式系数一、F表示第一基本形式系数二、G表示第一基本形式系数三；a表示单位法线；L表示第二基本形式系数一、M表示第二基本形式系数二、N表示第二基本形式系数三；

步骤S400：确定平均曲率和高斯曲率；

平均曲率为：

高斯曲率为：

式中：K_m表示平均曲率，K_g表示高斯曲率；

步骤S500：计算最外闭合磁面的极向曲率，并设定最外闭合磁面的极向曲率的上限值；

式中：K_p表示最外闭合磁面的极向曲率；

步骤S600：确定偏滤器的安装位置，最外闭合磁面的极向曲率K_p超过设定的上限值的部位，为最外闭合磁面上的极向局部区域脊，在极向局部区域脊的位置安装偏滤器。