同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置及同轴对称强脉冲四线圈组
1.涉及大型电磁脉冲线圈技术领域，以及同轴分立支撑技术领域。
背景技术：
2.强脉冲线圈是磁控等离子体装置的一个重要部件，在强脉冲磁场的作用下等离子体向远离线圈的方向抛射。为了获得快速变化的脉冲边沿，单个脉冲线圈仅有少量匝数；于是为了获得高磁场峰值，脉冲电流峰值需要达到10ka～100ka量级。大型强脉冲线圈能够驱动更大体积的等离子体团，扩展了磁控等离子体装置的应用范围，包括磁控溅射镀膜和空间等离子体模拟等领域。当脉冲磁场处于上升沿时，在脉冲线圈外径以外的空心圆柱体区域等离子体团向远离线圈的方向抛射。抛射波面由磁力线的形状决定，在单脉冲线圈磁场的作用下呈双曲线或抛物线形状，等离子体团在对称平面附近区域可供利用(或研究)的部分体积占比很低，不能满足利用或研究的需要。为了提高等离子体团的利用效率和抛射强度，科学家们提出的解决办法是——在对称平面附近构造一个磁力线近似与线圈轴线相平行的平直波面区域。
3.美国普林斯顿大学等离子体物理实验室，即pppl，首先提出并建造了同轴对称双线圈配置的实验装置，如图6所示。为了避免尖端放电对等离子体的干扰，单脉冲线圈通常被设计为圆形截面的超环形状。线圈支撑为管状结构，管道中心线穿过超环体小圆截面圆心且与大圆中心轴线平行，通过作用在支撑管远端外表面的夹持机构固定线圈，线圈引线从支撑管内部穿出，以使得线圈引线和线圈支撑结构尽量少地占用超环体表面。支撑管的数量为4根，沿线圈圆周均布以实现均衡支撑。两个线圈的支撑管两两同轴线以使得相邻两个支撑管之间无干扰等离子体跨越的扇形角度为90度。与单脉冲线圈相比取得了更加均匀的磁约束等离子体团抛射区域。但是对于更广泛的磁控溅射镀膜和空间等离子体模拟应用上述两项指标依旧处于较低水平，因此也制约了强脉冲线圈的应用场景。
技术实现要素：
4.针对现有技术中存在的，按照pppl的支撑结构，4根支撑管从大圆平面的同侧穿出，使用镜像对称的方法，受限于线圈支撑结构只能实现同轴对称双线圈方案，抛射波面的平直波面区域覆盖范围只能满足少数应用的需要的问题，本发明提供的技术方案为：
5.同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置，所述支撑装置包括：导向管，沿所述导向管轴线方向依次滑动连接有第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架和第四支撑架；所述第一支撑架和所述第四支撑架沿所述导向管方向对称设置，所述第二支撑架和所述第三支撑架沿所述导向管方向对称设置；
6.所述第一支撑架包括：一个第一固定环、四个第一支撑臂和四个第一侧支臂，所述四个第一支撑臂垂直于所述导向管、均匀分布固定在所述第一固定环的外壁上，所述四个第一支臂上的中间位置分别设置有沿所述导向管平行方向上的通孔；所述四个第一侧支臂
分别沿所述导向管平行的方向固定在所述四个第一支撑臂的端部；所述第一固定环用于滑动连接所述导向管；
7.所述第二支撑架包括：一个第二固定环、四个第二支撑臂和四个第二侧支臂，所述四个第二支撑臂垂直于所述导向管、均匀分布固定在所述第二固定环的外壁上，所述四个第二侧支臂的中间位置分别设置有沿所述导向管平行方向的长条形凸起，所述凸起与所述通孔滑动配合；所述四个第二侧支臂分别沿所述导向管平行的方向固定在所述四个第二支撑臂的端部；所述第二固定环用于滑动连接所述导向管。
8.进一步，所述第一侧支臂为中空结构。
9.进一步，所述第二侧支臂、所述凸起和第二侧支臂与凸起之间的第二支撑臂的部分均为中空结构。
10.优选的，所述四个第一侧支臂分别向所述第二支撑架的反方向延伸，延伸长度至少为所述四个第一侧支臂的初始长度。
11.优选的，所述四个凸起的端部与所述四个第一侧支臂延伸方向的端部位于同一水平面上。
12.进一步，所述四个第一侧支臂向垂直于所述导向管的平面上的虚拟投影与所述四个第二侧支臂向垂直于所述导向管的平面上的虚拟投影重合。
13.进一步，所述第一固定环包括：自润滑层、两个隔离层和中心圆环，所述自润滑层位于所述第一固定环所在虚拟圆环的最内侧，向外依次是一个隔离层、中心圆环和另一个隔离层，所述第二固定环的结构与所述第一固定环结构相同。
14.进一步，所述第一支撑臂与所述第一固定环和所述第二支撑臂与所述第二固定环的连接方式具体为：采用焊接的方式连接。
15.基于同一发明构思，本发明还提供了同轴对称强脉冲四线圈组，所述线圈组包括：所述的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置和四个线圈，所述四个线圈尺寸相同且同轴、分别设置在四个支撑架的侧支臂上。
16.进一步，所述四个线圈设置在四个支撑架的侧支臂上的具体设置方式为：侧支臂的端点插入线圈内部，且端点位于所述线圈截面所在的虚拟圆的圆心位置。
17.本发明的有益之处在于：
18.本发明提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置，解决了四个脉冲线圈同轴对称布置的支撑问题，为强脉冲线圈的应用提供了稳定的基础。
19.本发明提供的同轴对称强脉冲四线圈组，与pppl的同轴对称双线圈配置相比，在保持无干扰等离子体跨越的扇形角度为90
°
的同时，平直波面区域的轴向长度被延长了一倍，即均匀的磁约束等离子体团抛射区域增加了一倍。
20.适合应用于磁控等离子体装置和空间等离子体模拟等领域。
附图说明
21.图1为实施方式九提供的同轴对称强脉冲四线圈组的主视图；
22.图2为实施方式九提供的同轴对称强脉冲四线圈组的俯视图；
23.图3为实施方式九提供的同轴对称强脉冲四线圈组沿图2中a方向的剖视图；
24.图4为图3中ⅰ部分的放大图；
25.图5为图3中ⅱ部分的放大图；
26.图6为背景技术中提到的同轴对称双线圈配置的实验装置的示意图。
27.其中，1表示线圈，2表示导向管，3表示第一支撑架，301表示第一支撑臂，302表示第一侧支臂，303表示通孔，304表示第一固定环，4表示第二支撑架，401表示第二支撑臂，402表示第二侧支臂，403表示凸起，404表示第二固定环，5表示第三支撑架，6表示第四支撑架。
具体实施方式
28.为使本发明提供的技术方案的优点和有益之处体现得更清楚，现通过几个具体实施方式对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：
29.实施方式一、结合图1-5说明本实施方式，本实施方式提供了同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置，所述支撑装置包括：导向管，沿所述导向管轴线方向依次滑动连接有第一支撑架、第二支撑架、第三支撑架和第四支撑架；所述第一支撑架和所述第四支撑架沿所述导向管方向对称设置，所述第二支撑架和所述第三支撑架沿所述导向管方向对称设置；
30.所述第一支撑架包括：一个第一固定环、四个第一支撑臂和四个第一侧支臂，所述四个第一支撑臂垂直于所述导向管、均匀分布固定在所述第一固定环的外壁上，所述四个第一支臂上的中间位置分别设置有沿所述导向管平行方向上的通孔；所述四个第一侧支臂分别沿所述导向管平行的方向固定在所述四个第一支撑臂的端部；所述第一固定环用于滑动连接所述导向管；
31.所述第二支撑架包括：一个第二固定环、四个第二支撑臂和四个第二侧支臂，所述四个第二支撑臂垂直于所述导向管、均匀分布固定在所述第二固定环的外壁上，所述四个第二侧支臂的中间位置分别设置有沿所述导向管平行方向的长条形凸起，所述凸起与所述通孔滑动配合；所述四个第二侧支臂分别沿所述导向管平行的方向固定在所述四个第二支撑臂的端部；所述第二固定环用于滑动连接所述导向管。
32.实施方式二、本实施方式是对实施方式一提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置的进一步限定，所述第一侧支臂为中空结构。
33.实施方式三、本实施方式是对实施方式一或二任意一项提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置的进一步限定，所述第二侧支臂、所述凸起和第二侧支臂与凸起之间的第二支撑臂的部分均为中空结构。
34.本实施方式的有益之处在于：在所述同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置支撑线圈时，使线圈的引线通过装置的支臂内部连接外部电路，一方面可降低脉冲电流对外界的干扰，另一方面不再额外占用脉冲线圈的超环形表面，使得均匀磁约束等离子区域的扇形角度仍然能达到90
°
。
35.实施方式四、本实施方式是对实施方式三提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置的进一步限定，所述四个第一侧支臂分别向所述第二支撑架的反方向延伸，延伸长度至少为所述四个第一侧支臂的初始长度。
36.实施方式五、本实施方式是对实施方式四提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置的进一步限定，所述四个凸起的端部与所述四个第一侧支臂延伸方向的端部位于同一水平面上。
37.实施方式六、本实施方式是对实施方式一提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置的进一步限定，所述四个第一侧支臂向垂直于所述导向管的平面上的虚拟投影与所述四个第二侧支臂向垂直于所述导向管的平面上的虚拟投影重合。
38.实施方式七、本实施方式是对实施方式一提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置的进一步限定，所述第一固定环包括：自润滑层、两个隔离层和中心圆环，所述自润滑层位于所述第一固定环所在虚拟圆环的最内侧，向外依次是一个隔离层、中心圆环和另一个隔离层，所述第二固定环的结构与所述第一固定环结构相同。
39.实施方式八、本实施方式是对实施方式一提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置的进一步限定，所述第一支撑臂与所述第一固定环和所述第二支撑臂与所述第二固定环的连接方式具体为：采用焊接的方式连接。
40.实施方式九、本实施方式提供了同轴对称强脉冲四线圈组，所述线圈组包括：实施方式一提供的同轴对称强脉冲四线圈组支撑装置和四个线圈，所述四个线圈尺寸相同且同轴、分别设置在四个支撑架的侧支臂上。
41.具体的，
42.用于支撑单个线圈的侧支臂的延伸方向背向对称面，使得支撑管固定区域远离等离子体抛射区。
43.导向管表面光滑，作为各线圈在相互电磁力作用下沿导向管运动的导向，同时作为水平方向的限位以限制水平方向其它脉冲线圈的磁相互作用力所导致的运动。
44.支撑架之间通过阻尼机构限位，以缓冲巨大的电磁相互作用力。
45.实施方式十、本实施方式是对实施方式九提供的同轴对称强脉冲四线圈组的进一步限定，所述四个线圈设置在四个支撑架的侧支臂上的具体设置方式为：侧支臂的端点插入线圈内部，且端点位于所述线圈截面所在的虚拟圆的圆心位置。
46.以上通过几个具体实施方式对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，是为了使本发明提供的技术方案的优点和有益之处体现得更清楚；不过以上几个具体实施方式并不用于作为对本发明的限制，任何基于本发明的精神和原则范围内的，对本发明的修改和改进、实施方式的组合和等同替换等，均应当包含在本发明的保护范围之内。
