新型等离子体实验装置HELIMAK的研发

起止日期：2000- 2002

完成人： 武松涛 黄河 杜世俊 毛心桥 郁杰 陶玉明 唐伟宝

成果简介：HELIMAK是一个新概念的稳态螺旋等离子体实验装置，世界上在HELIMAK研发之前，没有类似的装置。HELIMAK提供了一种独特的磁约束磁场位形，形成的磁力线具有从装置底部到顶部的螺旋结构。这种结构能很好的激发磁化湍流，并对影响漂移的关键参数进行直接控制及开展对径向电场及等离子体流的控制。对HELIMAK独特的磁场位形及其对等离子体湍流中流剪切激发和控制原理的分析，提出了独特的"环向支撑定位、径向承载电动力"的纵场支撑结构方案， "基座加悬挂"垂直场支撑方案，"内部薄片焊接密封、二次环状密封检漏"的真空室密封结构方案，独特的微波辐射可视窗口结构设计方案，制定了装置主机的总装方案。并对HELIMAK的环向场磁体系统及垂直场磁体系统的磁场位形开展了深入的理论分析和工程计算。利用有限元技术中的线性和非线性这两大先进技术，将计算机辅助工程技术全面应用于真空室的结构设计中。分析结果：环向磁场在大半径R处沿环向分布较为均匀，且满足环向场线圈电流为1.26KA时，在赤道面上R=1.1m处环向磁场Bt>0.1T的设计要求。HELIMAK装置能产生0.1T左右的环形磁场，径向磁场在环形磁场的1％到5％的范围内可调。 在项目的关键技术研发中，成功地组织开展了模拟线圈的热稳定性能实验，通过对实验数据的分析，提出了HELIMAK的多种运行模式；与制造厂家合作有效地控制了大型不锈钢真空室焊接变形问题及超高真空密封问题。"HELIMAK项目"的研发成功获得了美方的好评，被美国能源部赞誉为中美在核聚变领域合作的新模式。