【摘 要】
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场反位形（Field Reversed Configuration,FRC）约束具有的完全轴对称结构、良好约束性能、高热压磁压比的优点,使场反位形装置在磁约束可控核聚变工程上有着独特优势与美好前景,因此展开对场反位形装置的研究具有重大意义。华中科技大学承建了国内首台基于场反等离子体对碰融合与磁压缩的实验装置（HFRC装置）,并首先搭建了其重要组成部分,即用于开展场反等离子体形成过程研究的实验装置（
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场反位形（Field Reversed Configuration,FRC）约束具有的完全轴对称结构、良好约束性能、高热压磁压比的优点,使场反位形装置在磁约束可控核聚变工程上有着独特优势与美好前景,因此展开对场反位形装置的研究具有重大意义。华中科技大学承建了国内首台基于场反等离子体对碰融合与磁压缩的实验装置（HFRC装置）,并首先搭建了其重要组成部分,即用于开展场反等离子体形成过程研究的实验装置（HFRC-F装置）。准稳态系统作为装置中基础性系统,对装置的稳定运行至关重要。本文主要工作是对装置中准稳态线圈及电源的设计。线圈设计中除考虑磁场位形、发热与散热和支撑结构应力等常规因素外,装置线圈系统间耦合带来的感应高压问题需重点分析考虑。对于准稳态电源设计,则需根据磁体线圈的特点做出相应的方案。根据HFRC装置对磁场位形的需求,共设置20个准稳态线圈。其中安匝数为52k A准稳态线圈14个,安匝数200k A的准稳态线圈2个,用于提供0.1T和0.3T的背景磁镜磁场。剩余4个准稳态线圈目前被置于HFRC-F装置中,用于形成会切场位形,以辅助配合场反等离子体的形成,其安匝数为200k A可产生0.64T磁场。根据线圈特点设计的不同工程方案均合理可靠,温度与应力校验均在允许范围内。由于装置中线圈系统为高频与低频或直流、大电流与小电流的组合,且空间上为同轴结构,因此准稳态线圈中会产生感应高压,危害绝缘并会对准稳态磁场造成极大影响,必须采取屏蔽措施,主要通过屏蔽层内部涡流来遏制外部电磁场影响。HFRC装置中准稳态线圈被置于6mm铝屏蔽层中,感应电压降至30V以内;HFRC装置中线圈被置于8mm不锈钢屏蔽层中,感应电压降至200V以内。屏蔽措施在削减准稳态线圈感应电压同时,也会对准稳态磁场建立产生影响,进而影响到电源方案的设计,因此不同屏蔽方案下电源方案也不相同。HFRC装置准稳态线圈采用整流型电源方案,经三相整流、功率因素校正与直流直流变换后供电,最大输出电流为0.6k A与1.6k A;HFRC-F装置准稳态线圈则由1k V/0.12F、1k V/0.08F电容模块各两组供电,可提供最大电流为4.63k A与5.79k A。HFRC-F装置准稳态线圈-电源系统搭建完毕后,调试参数均能达到设计指标,搭建磁场分布测量实验平台测得准稳态磁场实际幅值较仿真值衰减率在5%以内。目前,HFRC-F装置准稳态系统运行装置良好,通过对HFRC-F装置准稳态系统的设计、搭建与调试,也为HFRC装置准稳态系统后续工作积累经验基础。
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