一种磁约束聚变装置真空室内部线圈

技术领域

本发明属于磁约束聚变技术领域，尤其涉及一种磁约束聚变装置真空室内部线圈。

背景技术

真空室是磁约束聚变装置的核心部件，具有10

真空室内线圈一般分为载流导体、绝缘层、支撑固定结构和保护结构四个部分。

目前真空室内线圈的设计皆采用整体加工的方式，即载流导体、绝缘层、支撑结构作为一体加工，安装后再外部加装保护结构。此方案对真空室内部环境影响较小，安装方便，技术成熟，缺点是加工周期长，成本高，线圈加工完成后整体形状已完全确定，无法在实际安装过程中进行调整，且该方案只适合于小线圈(在真空室极向、环向上跨度小)加工，对于大线圈很难进行一体化加工安装。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)加工周期和成本：现有的整体加工方式需要在加工过程中同时处理载流导体、绝缘层和支撑结构，这会使得加工周期变得很长，并且成本也相对较高。

(2)调整困难：由于线圈在加工完成后，其整体形状已经完全确定，这意味着在实际安装过程中，我们很难对其进行任何调整。

(3)大线圈的制造：现有的设计方式虽然适合于小线圈的加工，但对于大线圈的加工则存在很大的困难，主要是因为大线圈的一体化加工和安装具有很高的技术难度和成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种磁约束聚变装置真空室内部线圈。

本发明是这样实现的，一种磁约束聚变装置真空室内部线圈，磁约束聚变装置真空室内部线圈包括：将线圈分解为若干单元，每个单元包括支撑、线圈导槽、盖板和石墨瓦四个部分，线圈导槽安装在支撑之上，盖板安装在线圈导槽之上，石墨瓦覆盖在盖板上。

进一步，支撑一端焊接在真空室壁上，一端与线圈导槽焊接在一起，将每个线圈单元的主体结构与真空室固定在一起。针对每个单元安装的不同位置，可对支撑的形状和大小进行调节以满足不同位置处的需求。

进一步，所有线圈导槽安装完成后，导槽相连会形成完整的闭合环，在其中铺设特制电缆。为满足聚变所需的真空环境以及大电流绝缘和耐磨性，电缆结构分为三层，中心层为载流铜芯，中间层为低放气率的聚四氟乙烯绝缘层，可满足大电流绝缘，最外层为玻璃纤维管，抗耐磨，耐高温且同样具有绝缘作用。

进一步，电缆铺设完成后加装盖板，盖板通过螺丝固定在导槽两侧，盖板起固定线圈以及应对大电磁力作用，防止电缆在运行时的位移。盖板加装完整后将每个单元间的缝隙通过薄不锈钢片焊接覆盖，尽可能避免电缆直接暴露在环境中。

进一步，前期工作全部完成后加盖石墨瓦，石墨瓦同样通过螺丝固定在导槽两侧，石墨瓦为保护层，直面聚变反应的等离子体的冲击，保护内部结构。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一，本发明提出的方案将线圈离散为若干小单元，每个小单元又分为支撑固定、保护结构、载流导体和绝缘层，每个单元的不同部分单独加工，其中载流导体和绝缘层一起加工。此方案将一个复杂的线圈结构拆解成了若干简单的子结构，降低了加工难度，提高了加工速度，减少了加工成本。同时，将线圈离散成若干小单元，小单元之间的距离、位置等在实际安装时可以微调，解决了现有技术中线圈加工完后无法针对实际安装环境进行调整的问题。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明提供了一种线圈加工制造新方法，将一个复杂的整体拆解成若干简单的子个体，可并行加工，降低难度，提高效率。该方法应用范围广泛，任何领域，任何环境下的线圈设计都可以使用。

第三，本发明提出的方法可应用于未来的聚变商业堆线圈加工，也对目前的磁约束聚变装置升级改造提供了新方案。

本发明填补了国内外磁约束聚变装置真空室内大型线圈设计制造的技术空白。

解决了磁约束聚变领域真空室内大线圈的设计安装难题。面对高真空环境、大电磁力、高热等离子体轰击等众多困难的情况下，给出切实可行的大线圈设计方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的线圈内部结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电缆结构示意图；

图3是本发明实施例提供的J-TEXT磁约束聚变装置示意图；

图4是本发明实施例提供的铺设完成后的轨道实物图；

图5是本发明实施例提供的全部安装完成后的实物图；

图6是本发明实施例提供的现有技术下的线圈设计方案图；

图7是本发明实施例提供的线圈设计与现有技术下的线圈对比图；

其中，1、支撑；2、线圈导槽；3、盖板；4、石墨瓦；5、聚四氟乙烯绝缘层；6、玻璃纤维保护层；7、载流铜芯。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种串联芯片间的数据同步优化方法、系统、设备及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供了一种磁约束聚变装置真空室内部线圈，磁约束聚变装置真空室内部线圈包括：将线圈分解为若干单元，每个单元包括支撑、线圈导槽、盖板和石墨瓦四个部分，线圈导槽安装在支撑之上，盖板安装在线圈导槽之上，石墨瓦固定在导槽上。

支撑一端焊接在真空室壁上，一端与线圈导槽焊接在一起，将每个线圈单元的主体结构与真空室固定在一起。针对每个单元安装的不同位置，可对支撑的形状和大小进行调节以满足不同位置处的需求。

如图2所示，所有线圈导槽安装完成后，导槽相连会形成完整的闭合环，在其中铺设特制电缆。为满足聚变所需的真空环境以及大电流绝缘和耐磨性，电缆结构分为三层，中心层为载流铜芯，中间层为低放气率的聚四氟乙烯绝缘层，可满足大电流绝缘，最外层为玻璃纤维管，抗耐磨，耐高温且同样具有绝缘作用。

电缆铺设完成后加装盖板，盖板通过螺丝固定在导槽两侧，盖板起固定线圈以及应对大电磁力作用，防止电缆在运行时的位移。盖板加装完整后将每个单元间的缝隙通过薄不锈钢片焊接覆盖，尽可能避免电缆直接暴露在环境中。

前期工作全部完成后加盖石墨瓦，石墨瓦同样通过螺丝固定在导槽两侧，石墨瓦为保护层，直面聚变反应的等离子体的冲击，保护内部结构。

如图1所示，根据所提供的图例及元件编号，以下是本发明实施例的详细连接关系和工作原理：

支撑1作为整个结构的基础，用于将各组件固定在适当的位置。

线圈导槽2固定在支撑1上，用于容纳并固定线圈。

盖板3安装在线圈导槽2的顶部，用于保护线圈以及确保其位置稳定。

石墨瓦4放置在线圈导槽2内，与线圈相接触，用于提高线圈的热导率和散热效果。

聚四氟乙烯绝缘层5包覆在线圈周围，提供电气绝缘和保护作用。

玻璃纤维保护层6包覆在聚四氟乙烯绝缘层5外部，提供额外的机械保护和支撑。

载流铜芯7位于线圈内部，负责产生磁场以实现磁约束聚变。

当电流通过载流铜芯7时，根据安培定律，会产生磁场。这个磁场用于在J-TEXT磁约束聚变装置中产生所需的磁约束效果。

线圈经过聚四氟乙烯绝缘层5的绝缘处理，防止线圈之间的电气短路和漏电现象，确保整个系统的安全和稳定运行。

石墨瓦4作为线圈的散热材料，能够有效地将线圈产生的热量传导至外部环境，避免线圈过热，保证线圈的正常工作。

线圈导槽2和支撑1提供了稳定的结构支持，确保线圈在高温、高磁场的工作环境中稳定运行。

盖板3保护线圈不受外部环境的影响，避免线圈受到污染或破损。

玻璃纤维保护层6为线圈提供额外的机械保护，防止外部力量对线圈造成损伤。

综上所述，本发明实施例提供了一种具有良好散热、电气绝缘和机械保护功能的线圈结构，适用于J-TEXT磁约束聚变装置。这种线圈结构能够在高温、高磁场的环境中稳定运行，为实现磁约束聚变提供了关键的技术支持。

本发明提出的方法已成功应用在华中科技大学聚变所J-TEXT托卡马克装置上，图4、图5即为安装的实际照片。

现有的设计方法基本只适用于小型的二维平面线圈，本发明提出的方法可适用于任何大小和形状的线圈。下图分别展示了现有设计方法下的线圈形状与大小以及与本发明所提方法设计线圈的对比，其中蓝色线圈为现有设计方案下的线圈(图6所示)，红色为本发明所提方案的线圈(图7所示)，对比可知，本发明所提方法设计的线圈比以往的线圈尺寸更大，形状更复杂。

根据上述提到的改进，以下是细化后的技术方案：

1.在线圈导槽内部设置聚四氟乙烯绝缘层：

为线圈提供良好的电气绝缘，将聚四氟乙烯绝缘层紧密包覆在线圈表面，避免线圈之间的电气短路和漏电现象。考虑到聚四氟乙烯的耐高温特性，可以确保在高温环境下绝缘层的稳定性。

2.在聚四氟乙烯绝缘层外部设置玻璃纤维保护层：

玻璃纤维保护层包覆在线圈绝缘层外部，提供额外的机械保护，防止外部力量对线圈造成损伤。同时，玻璃纤维具有较低的热传导系数，有助于减缓线圈内部热量的传递。

3.添加可调节的热膨胀补偿装置：

热膨胀补偿装置可以采用金属波纹管、螺旋弹簧等形式，设置在支撑与真空室壁之间或线圈导槽与支撑之间。当温度变化导致结构部件热膨胀时，热膨胀补偿装置能够自动调节长度，缓解热应力，保证线圈及其支撑结构的稳定性。

4.设置可拆卸式连接装置：

可拆卸式连接装置可以采用螺栓连接、卡扣连接等形式，将线圈单元与真空室壁、支撑和线圈导槽之间进行可拆卸连接。这样便于线圈的维护和更换，提高磁约束聚变装置的可维护性。

5.在石墨瓦上添加相变材料或液冷系统：

相变材料具有高热容量，可以吸收和释放大量热量，从而有助于保持线圈温度稳定。相变材料可以设置在石墨瓦上，并与线圈表面紧密接触，以实现更好的散热效果。

液冷系统可采用微通道冷却板、冷却管等形式，与石墨瓦紧密结合，形成高效的散热通道。通过循环冷却液，有效地将线圈产生的热量带走，保证线圈的正常工作。

综上所述，本技术方案通过添加和改进结构部件，进一步提高了磁约束聚变装置真空室内部线圈的性能，满足了聚变装置在高温、高磁场环境下的稳定运行需求。同时，新的结构方案也有利于线圈的维护和更换，降低磁约束聚变装置的维护成本。

本发明实施例的两个具体实施例为：

实施例1：

在这种磁约束聚变装置真空室内线圈的设计中，首先将线圈分解为若干个单元，每个单元包括支撑、线圈导槽、盖板和石墨瓦四个部分。

其中，支撑一端焊接在真空室壁上，一端与线圈导槽焊接在一起，这样可以将每个线圈单元的主体结构与真空室固定在一起。对于每个单元安装的不同位置，可以对支撑的形状和大小进行调节，以满足不同位置处的需求。

所有线圈导槽安装完成后，导槽相连会形成完整的闭合环，在其中铺设特制电缆。为满足聚变所需的真空环境以及大电流绝缘和耐磨性，电缆结构分为三层，中心层为载流铜芯，中间层为低放气率的聚四氟乙烯绝缘层。

在电缆铺设完成后，加装盖板，盖板通过螺丝固定在导槽两侧，起到固定线圈以及应对大电磁力作用的目的，防止电缆在运行时的位移。最后，盖板加装完整后，将每个单元间的缝隙通过薄不锈钢片焊接覆盖。前期工作全部完成后，加盖石墨瓦，石墨瓦同样通过螺丝固定在导槽两侧，起到保护层的作用。

实施例2：

首先将线圈分解为若干个单元，每个单元包括支撑、线圈导槽、盖板和石墨瓦四个部分。支撑通过其他方式(如螺栓、夹具等)与真空室壁和线圈导槽连接，而不是焊接。

在每个单元安装的不同位置，可以通过设计不同的支撑形状和大小来适应不同位置的需求。所有线圈导槽安装完成后，形成完整的闭合环，其中铺设的特制电缆结构可能会有所不同，例如中心层可能使用其他种类的导体，中间层可能使用其他种类的绝缘材料。

在电缆铺设完成后，加装盖板

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。