ITER下部垂直穩(wěn)定性線圈性能分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、等離子的垂直穩(wěn)定性對托卡馬克的穩(wěn)態(tài)運行、工作性能非常重要。國際熱核聚變實驗堆(ITER)通過三種線圈系統(tǒng):極向場線圈、中心螺線管、真空室內(nèi)部線圈(IVC)實現(xiàn)對等離子體垂直位置的控制。ITER下部垂直穩(wěn)定性線圈是IVC系統(tǒng)的一部分，它和上部垂直穩(wěn)定性線圈組成“馬鞍狀”反向串接結(jié)構(gòu)，共同維持等離子體的垂直穩(wěn)定性。由于真空室內(nèi)的特殊環(huán)境，位于其內(nèi)的線圈必須承受強磁場、高溫、中子輻射等惡劣載荷。因此，ITER垂直穩(wěn)定性線圈的結(jié)構(gòu)性能評估顯得格

2、外重要。本文借助于ANSYS有限元分析軟件，依次從電磁、熱、結(jié)構(gòu)三個方面對ITER下部垂直穩(wěn)定性線圈的環(huán)形線圈主體、饋線(feeder)及其引出部分(break-out)進(jìn)行了分析。其中電磁分析使用了等離子體放電歷程中具有最強背景磁場的載荷工況:End-of-Burn(EOB)，以得出保守的電磁力作為結(jié)構(gòu)分析的輸入載荷;熱分析計入了歐姆熱、中子核熱、冷卻對流、傳導(dǎo)、輻射等熱載荷，得出了線圈滿負(fù)載、穩(wěn)態(tài)運行時各工況的溫度分布，為熱應(yīng)力的計

3、算奠定基礎(chǔ);結(jié)構(gòu)分析則以電磁分析所得電磁力、熱分析所得溫度分布導(dǎo)入作為載荷，同時計入自重、冷卻水壓等其他載荷和邊界條件，對線圈的靜態(tài)、疲勞應(yīng)力做了評估。由結(jié)構(gòu)分析結(jié)果可知，ITER下部垂直穩(wěn)定性線圈在脊梁(spine)切槽拐角、導(dǎo)體外殼(jacket)與固位夾鉗（clamp）界面、break-out及feeder等位置出現(xiàn)應(yīng)力過大甚至嚴(yán)重集中的問題。為解決線圈的以上應(yīng)力問題，本文從多方位出發(fā)提出了線圈的優(yōu)化設(shè)計方案，并通過分析計算驗證了