强磁场托卡马克环向场线圈应力缓解研究

doi:10.16568/j.0254-6086.202401001

核工业西南物理研究院 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (1): 1-6.DOI: 10.16568/j.0254-6086.202401001

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强磁场托卡马克环向场线圈应力缓解研究

王富甲1, 2，陈德鸿*1，徐国盛1，吴佳戎1, 2，万宝年1

(1. 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所，合肥 230031；2. 中国科学技术大学，合肥 230026)

收稿日期:2022-04-02 修回日期:2023-09-06 出版日期:2024-03-15 发布日期:2024-03-13
通讯作者: 陈德鸿(1988-)，男，陕西安康人，副研究员，博士，从事强磁场聚变堆概念设计研究。
作者简介:王富甲(1996-)，男，山东烟台人，博士研究生，从事强磁场托卡马克概念设计研究。
基金资助:
国家磁约束核聚变能发展研究专项(2019YFE03030000)；安徽省自然科学基金(2308085MA14)

Research on stress mitigation for toroidal field coils of a high magnetic field tokamak

WANG Fu-jia1, 2, CHEN De-hong1, XU Guo-sheng1, WU Jia-rong1, 2, WAN Bao-nian1

(1. Institute of Plasma Physics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031; 2. University of Science and Technology of China, Hefei 230026)

Received:2022-04-02 Revised:2023-09-06 Online:2024-03-15 Published:2024-03-13

摘要/Abstract

摘要： 针对强磁场托卡马克环向场(TF)线圈应力过大、结构材料难以承受的问题，根据静水应力原理分析了通过外部承压结构来降低TF线圈内腿应力的有效性。采用COMSOL有限元软件开展模拟，研究了液氮冷却强磁场铜导体托卡马克外部承压结构在不同厚度下TF线圈磁体应力的降低程度；对比了铍铜合金和无氧铜作为导体材料所需要的外部承压结构的厚度和体积。

关键词: 托卡马克, 强磁场, 环向场线圈, 应力缓解

Abstract: In response to the problem that a high magnetic field tokamak toroidal (TF) coils are too excessive stress to be sustained by the structural and conductor materials, according to the principle for forming hydrostatic stress, the effectiveness for reducing the stress of inner leg of TF coils of a high magnetic field tokamak has been carried out. The stress reduction of TF coil magnet with external supporting structure in a liquid nitrogen cooled high magnetic field copper conducting tokamak was studied by using COMSOL finite element software. The thickness and volume of external supporting structure required were compared for beryllium copper alloy and oxygen free copper as conductor materials.

Key words: Tokamak, High magnetic field, Toroidal field coils, Stress mitigation

中图分类号:

TL62+4

王富甲, 陈德鸿, 徐国盛, 吴佳戎, 万宝年. 强磁场托卡马克环向场线圈应力缓解研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 1-6.

WANG Fu-jia, CHEN De-hong, XU Guo-sheng, WU Jia-rong, WAN Bao-nian. Research on stress mitigation for toroidal field coils of a high magnetic field tokamak[J]. Nuclear Fusion and Plasma Physics, 2024, 44(1): 1-6.

[1]	方茜, 程钧, 王威策, 严龙文, 黄治辉, 吴娜, 许宇鸿, 唐昌建, 石中兵, 钟武律, 许敏. HL-2A装置边缘湍流与带状流相互作用的实验研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 72-77.
[2]	鲍娜娜, 黄耀, 闫星廷, 魏世闻, 王梓昊. 基于Python的等离子体平衡重建程序设计及实现[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(1): 98-104.
[3]	白晓伟, 姚达毛. 托卡马克遥操作多功能重载机械臂旋转关节救援机构研究 [J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(4): 424-428.
[4]	王傲, 季小全, 孙腾飞, 梁绍勇, 张均钊, 崔步天, 高金明, 杨青巍. 用于托卡马克磁场测量的金属霍尔探测器的研制[J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(3): 317-323.
[5]	姜欣辰, 郑平卫, 龚学余, 邓盛, 李春艳, 石梅玲, 姚少林 . 托卡马克混合运行模式下电子回旋波杂散辐射数值模拟[J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(3): 332-339.
[6]	杨印, 江涛, 夏志伟. 托卡马克装置气体注入管线的结构分析与优化[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 185-190.
[7]	张顺, 桂腾, 杨锦宏, 陈凯杰, 陆野, 宋强, 江中和, 汪卫华 . J-TEXT 铁芯模型欧姆放电数值模拟[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 219-226.
[8]	彭燕丽, 赵世秋, 石晓峰, 邸浩然 . 纯欧姆加热下托卡马克放电启动的0维数值模拟 [J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 227-231.
[9]	梁瀚予, 盛杰. 基于遗传算法的紧凑型高温超导托卡马克磁体优化[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(s1): 120-124.
[10]	王洁琼, 卢波 , 黄梅, 白兴宇. HL-2A 装置 LHCD 系统灯丝电源远程控制的一种新方法[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(4): 383-387.
[11]	陈海涛, 郝广周, 刘钺强, 周利娜, 陈谦, 段旭如. HL-2M等离子体对共振磁扰动线圈电流相位响应的模拟[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(1): 63-70.
[12]	刘晓龙, 李广生, 邹晖, 邱银, 单亚农, 蔡立君, 刘健, HL-M 研制团队. HL-2M 装置环向场线圈的工程研制与调试[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(s1): 312-315.
[13]	林涛, 刘德权, 蔡立君, 李强, 乔涛. HL-2M 环向场线圈预紧系统设计[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(s1): 415-419.
[14]	张均钊, 季小全, 孙腾飞, 梁绍勇, 王傲, 王金, 李佳鲜, 刘健, 杨青巍 . HL-2M 装置磁探针研制[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(4): 585-590.
[15]	鲁鑫, 吴雪科, 胡世林, 严一帆, 李正吉, 王占辉. HL-2A 充气弹丸注入加料的数值模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(3): 199-206.

强磁场托卡马克环向场线圈应力缓解研究

Research on stress mitigation for toroidal field coils of a high magnetic field tokamak

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