轮胎型真空室在核聚变装置上的设计与分析研究

在磁约束核聚变装置中,真空室是一个非常重要的关键部件,它为高温等离子体提供洁净运行环境。KTX装置是一种反场箍缩核聚变装置,它有别于托卡马克装置和仿星器核聚变装置。目前核聚变装置上使用的真空室由多个虾米扇段通过焊接成环形真空室,此类型真空室焊缝数量多,焊缝距离长,焊接变形控制难度大。根据装置要求,KTX磁约束核聚变装置真空室设计为轮胎型结构,大半径为1.4 m,截面半径为0.4 m,真空度为1.5×10-6Pa,且具有易于进入维护和更换真空室内部部件功能。本论文针对KTX装置真空室设计要求和技术参数,对轮胎型真空室开展设计,在设计过程中,基于真空室各种运行工况,对真空室开展了热、电磁和结构相关方面分析计算,根据计算结果对真空室进行优化和验证。本类型真空室设计和分析方法为未来磁约束核聚变装置真空室设计研制提供参考和借鉴。     

反场箍缩装置KTX真空室结构稳定性分析

KTX为中国科学技术大学在建的反场箍缩实验装置,在同类装置之间,其参数介于美国MST和意大利的RFX之间。KTX真空室壁厚仅为6 mm,属于非标准环形薄壳结构,其结构的稳定性分析是确定结构设计是否合理的关键因素。本文利用有限元的方法,对KTX真空室结构进行了线性和非线性屈曲分析。得到了两种情形下应力和变形加载曲线。通过对计算结果的对比和分析,验证了目前真空室结构的稳定性符合要求,并具有一定的安全裕度。     

KTX反场箍缩装置纵场线圈结构设计与电磁分析

KTX反场箍缩装置的主要参数介于RFX装置与MST装置之间。反场箍缩的外加纵场需跟随等离子体电流的演化而变化,同时由于RFP中的磁面对于外部特别是等离子体边界处的径向磁场较敏感,所以需外部线圈的磁场更加精细,这对于线圈的磁场分布、误差场以及波纹度等的设计提出了更高的要求。根据KTX物理目标参数要求,提出矩形和楔形截面纵场磁体线圈设计方案,借助有限元软件和程序分析了其电磁场空间分布和结构受力大小。结果表明,6.4°楔形截面方案相比矩形截面方案在控制误差场方面更具有可行性。