Phát triển nam châm solenoid trường cao cho Tokamak hình cầu MAST

Tokamak Hình cầu Mega Amp (MAST) là một thiết bị thử nghiệm tổng hợp hạt hiện đang hoạt động tại Trung tâm Khoa học Culham. Tỷ lệ khía cạnh thấp của tokamak hình cầu kết hợp với nhu cầu phát triển một biến thiên dòng từ cao từ solenoid trung tâm của nó dẫn đến những lực lớn trên các dẫn điện tạo thành cột trung tâm. Cột này bao gồm một nam châm solenoid nén quấn quanh các chi nhánh bên trong của các cuộn trường toroidal. Để đạt được các tham số plasma tiêu chuẩn, kích thước của cột trung tâm đã được tối ưu hóa nhằm tận dụng tốt nhất khoảng không gian có sẵn. Khu vực quan trọng nhất trong thiết kế nam châm solenoid là vòng cuối và phần đuôi, nơi các trường từ 3D phức tạp tương tác với dòng điện trong các dây dẫn vòng cuối, tạo ra sự phân bố ứng suất không đối xứng. Tải trọng vòng trong phần vòng cuối này đặc biệt vấn đề vì nó phải được phản ứng qua một mối nối liên kết, điều này tất yếu tạo ra ứng suất kéo và cắt bên trong nó. Bài báo này mô tả cách vấn đề này đã được giải quyết cho cột trung tâm MAST mới bằng cách sử dụng các đuôi tứ cực nén gần cuộn chính và được kết nối với nó bằng các khúc cong chặt chẽ được hình thành trong dẫn điện đồng được làm mát bằng nước. Một cuộn thử nghiệm với những tính năng này và được trang bị thiết bị chẩn đoán kỹ thuật đã được sản xuất và thử nghiệm tại Culham với dòng thiết kế tối đa. Cuộn này không chỉ chứng minh các quy trình sản xuất liên quan mà còn cung cấp dữ liệu thử nghiệm, mà so sánh tốt với phân tích kỹ thuật.