【摘 要】
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ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)项目是未来实现从热核聚变实验上升到实际应用的重要环节,为人类更好的研究核聚变反应奠定了重要基础。在热核聚变
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ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)项目是未来实现从热核聚变实验上升到实际应用的重要环节,为人类更好的研究核聚变反应奠定了重要基础。在热核聚变反应堆中,环向磁场线圈(TFC)系统由18个D形线圈组成,其每两个线圈之间的环向角度是20。,由于线圈的环向不连续性,相邻线圈之间磁场会减弱,这种现象会导致来自等离子体内部高能粒子的能量损些,包括a粒子和其他高能粒子。能量损失不仅对反应的能量平衡有影响,而且对于限制ITER热载荷的流失也非常不利,所以,如何控制环向磁场的不均匀性成为了在结构设计中的一个重要问题。针对磁场不均匀性的问题,本文首先引出了中子屏蔽层和磁场波纹度的概念,对于如何有效降低环向磁场波纹度的问题,作者采用了在中子屏蔽层中添加一定数量和空间分布的铁磁性屏蔽块的方法,这种方法在很多托卡马卡装置中得到了广泛应用。本文阐述了中子屏蔽结构的概念模型、结构设计准则、使用材料和中子屏蔽结构的详细设计过程,介绍了环向磁场线圈的发展概况和其制造过程。作者建立了完整的有限元模型,采用了在中子屏蔽层中逐步添加铁磁性屏蔽块的方法,对环向磁场波纹度进行了模拟分析。结果表明,通过上述方法等离子体周围环向磁场的不均匀性得到了有效的控制,等离子体边缘的磁场波纹度峰值成功降低至0.4%以下,验证了现有模型中铁磁性中子屏蔽块分布的合理性。此外,考虑到铁磁性中子屏蔽块在磁场中会受到电磁力的作用,文章施加了等离子体激励、环向磁场激励和极向磁场激励,对处于磁场中的铁磁性屏蔽块进了电磁力计算,得到了准确的计算结果,验证了现有结构的稳定性,为ITER中子屏蔽结构的设计提供的参考依据。
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