AbstractThe central solenoid of the Compact Ignition Tokamak (CIT) is constructed from stacks of thick-turn, resistive pancakes. As the solenoid is operated at fields as high as 20 Tesla, it is desirable to determine accurately its non-axisymmetric response. This paper presents finite-element based methods for obtaining these results. The basic unit of analysis is the double-pancake, a model consisting of two pancakes, the insulation between turns in each pancake and the insulation between pancakes. An isolated double-pancake is shown to exhibit a significant non-axisymmetric response, with each pancake having a dilated or elliptical deflection profile. Peak stresses in an isolated double pancake are shown to be sensitive to the transition angle between circular turns. The response of the solenoid is then found by superimposing the number of double pancakes required to form the basic axial unit of the stack. In practice this is accomplished by using the double-pancake model and imposing additional boundary conditions to reflect the interaction with adjacent pancakes. The dilation observed in an isolated double pancake may be preserved or destroyed, depending on the axial symmetry of the stack. Peak stresses are found to be much less sensitive to transition angle, but are still 20–30% above the values calculated from an axisymmetric analysis.
コンパクト点火トカマク（CIT）の中心ソレノイドは、厚い抵抗性パンケーキの積層から構成されている。ソレノイドが最大20テスラの磁場で運転されるため、その非軸対称応答を正確に求めることが望ましい。本論文では、これらの結果を得るための有限要素法に基づく手法を提示する。解析の基本単位はダブルパンケーキであり、これは2つのパンケーキ、各パンケーキ内のターン間絶縁、およびパンケーキ間絶縁からなるモデルである。単独のダブルパンケーキは、各パンケーキが膨張または楕円形のたわみプロファイルを示し、顕著な非軸対称応答を示すことが明らかにされた。単独のダブルパンケーキにおけるピーク応力は、円形ターン間の遷移角度に敏感であることが示された。ソレノイドの応答は、スタックの基本軸方向ユニットを形成するために必要な数のダブルパンケーキを重ね合わせることによって求められる。実際には、これはダブルパンケーキモデルを用い、隣接するパンケーキとの相互作用を反映する追加の境界条件を課すことによって達成される。単独のダブルパンケーキで観察される膨張は、スタックの軸対称性に応じて保持されたり消失したりする可能性がある。ピーク応力は遷移角度に対する感度がはるかに低いが、軸対称解析から得られる値よりも依然として20〜30%高い値となる。