多极磁阱装置脉冲电源设计

冯虎林，许继承

（安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001）

0 引 言

近年来，等离子体磁约束的研究一直是科学家研究中的热门。但是，没有强磁场的保证就无法进行等离子体的磁约束实验。稳态强磁场相比脉冲强磁场的产生更加困难，建造也更加复杂[1]，所以在条件限制下，采用多极磁阱磁约束装置产生强磁场并约束等离子体。该装置采用脉冲工作方式，产生的脉冲强磁场场强较高，但是其脉宽较窄，通常为十几个毫秒到几十毫秒，对于大多数工程物理实验已经能满足用户需求。为了产生强磁场，必须设计合适的脉冲电源来驱动多极磁阱磁约束装置。通常的脉冲电源可分为电容器型、脉冲发电机型、电网型、电感型以及蓄电池型等，其中脉冲电容器型电源设计相对简单。本文设计一种脉冲电容器电源用来驱动多极磁阱磁约束装置产生强磁场并约束等离子体[2]。充电装置电压在0%～100%范围内可调，利用晶闸管开关可实现微秒级快速开通。充电和泻能开关要求不高，故采用真空接触器即可满足要求。各套脉冲电源之间的开通延时时间在微秒内可调，脉冲电源可以根据系统的测试需求设置所需要的电压值。

1 设计要求

由于该装置需要多极磁阱障壁磁场的磁感应强度是0.1 T，多极磁阱中等离子体的密度约为1019/m3量级，等离子体的离子温度为100 eV 量级，并达到多极磁阱装置的工作时间约为10 ms[3]。经过有限元仿真计算，此时盲鳗线圈电流约为1 500 A，脉冲电流平顶宽度约为0.5 ms。……