AbstractThe central solenoid of the Compact Ignition Tokamak (CIT) must produce magnetic fields as high as 20 Tesla during a pulse. Axisymmetric analyses of the solenoid indicate the stresses experienced by the innermost turns at this field are approximately 400 MPa. As the real solenoid is constructed from thick-turn, asymmetric pancakes, and as departure from axisymmetry produces stresses above the axisymmetric levels, it is important to design the individual pancakes so that peak stresses are minimized. In this paper, an optimum transition region topology between circular turns is derived analytically to minimize peak stresses. The method employed is a variational technique which yields a first-order differential equation describing the topology as a function of transition angle and radial offset. A best transition angle is then determined on the basis of current requirements and stress levels. Results from the analytical treatment are compared to results obtained from finite element analyses.
コンパクト点火トカマク（CIT）の中心ソレノイドは、パルス中に最大20テスラの磁場を発生させなければならない。この磁場における最内周ターンが受ける応力は、ソレノイドの軸対称解析により約400 MPaと示されている。実際のソレノイドは厚肉ターンからなる非軸対称パンケーキで構成されており、軸対称からのずれは軸対称レベルを超える応力を生じさせるため、各パンケーキのピーク応力が最小化されるように設計することが重要である。本論文では、ピーク応力を最小化するための円形ターン間の最適遷移領域トポロジーを解析的に導出する。用いた手法は変分法であり、遷移角と半径方向オフセットの関数としてトポロジーを記述する一階微分方程式が得られる。その後、電流要件と応力レベルに基づいて最適遷移角が決定される。解析的処理から得られた結果は、有限要素解析から得られた結果と比較される。