LH Режим переход

Переход с низким и высоким режимом ограничения , чаще называемый переходом LH , является явлением в полях физики плазмы и слияния магнитного ограничения, что означает переход от менее эффективного ограничения в плазме к высокоэффективным модам . ^{[ 1 ]} Переход LH, веха в развитии ядерного слияния , позволяет ограничить высокотемпературную плазму (ионизированные газы при чрезвычайно высоких температурах). ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Переход зависит от многих факторов, таких как плотность, прочность магнитного поля, метод нагрева, плазменная топлива и контроль края плазмы, и становятся возможными благодаря таким механизмам, как края турбулентность, сдвиг E × B, краевое электрическое поле и края и ток Плазменный поток. Исследователи, изучающие эти инструменты использования в полевых условиях, такие как электронный циклотронный эмиссия, рассеяние Томсона , магнитная диагностика и зонды Langmuir, чтобы оценить PLH (энергия, необходимая для перехода) и стремиться снизить это значение. Это ограничение является необходимым условием для поддержания реакций слияния, которое включает в себя комбинацию атомных ядер, что приводит к высвобождению огромного количества энергии.

Фон

Ключевые термины и понятия, необходимые для понимания перехода LH, включают в себя понимание плазмы и слияния.

Плазма

Плазма является одним из четырех фундаментальных состояний вещества, кроме твердого, жидкости и газа. В отличие от других состояний, плазма состоит из частиц ионизированного газа , которые вызывают отделение его электронов от атомов/молекул и приводят к созданию электрически проводящей среды. ^{[ 3 ]} Это происходит в таких явлениях, как молния, звезды и плазма слияния. ^{[ 2 ]}

Слияние

Слияние - это ядерный процесс, в котором два атомных ядра объединяются с образованием одного большего ядра. Это явление выделяет значительное количество энергии и является процессом, который поддерживает звезды. На земле контролируемое ядерное слияние преследуется как чистый и практически безграничный источник энергии. Он включает в себя слияние изотопов, таких как дейтерий (атом водорода с 1 нейтроном) и тритика (атом водорода с 2 нейтронами), и генерирует энергию в форме кинетической энергии (энергия в форме движения/высокой скорости) высвобождаемых частиц, таких как такая как нейтроны и интенсивное тепло. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Принцип основан на уравнении Эйнштейна e = mc^2, и, поскольку результирующий гелий немного легче, чем два оригинальных гидрогена, разница в массе превращается в энергию, известную как дефект массы. Именно эта энергия может быть преобразована в чистое электричество без отходов.

Обзор режимов ограничения ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Плазма как в L-режиме, так и в H-режиме демонстрирует различные характеристики, связанные с турбулентностью, контролем, порогами мощности, энергоэффективностью и продолжительностью заключения.


Черта	L-режим	H-режим
Турбулентность	Высокая турбулентность, низкая стабильность	Низкая турбулентность, высокая стабильность
Плазменный контроль за сложностью	Относительно легко	Относительно жесткий, точный контроль требуется из -за повышенной стабильности
Порог питания (PLH)	Низкий порог	Высокий порог
Энергоэффективность	Менее эффективно, труднее поддерживать	Более эффективно, легче достичь
Время заключения	Короткий, до нескольких секунд	Дольше, до 30 секунд
Пьедестал Формирование	Никто	Существуют с высоким градиентом

PLH (H-модный порог питания)

PLH

PLH (H-модный порог мощности) является важным параметром ядерного слияния. Он представляет минимальный вход мощности, необходимый для запуска перехода от режима с низким содержанием конфинации (L-режима) в режим высокого сопоставления (H-режим) в плазменных устройствах, таких как Tokamaks или Stellarators. ^{[ 2 ]} PLH означает точку, в которой плазма достигает условий, необходимых для повышения энергетической ограничения, снижения турбулентности и улучшенной стабильности для H-режима. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]} Контролируемое ядерное слияние требует понимания и точного контроля ПЛН, чтобы облегчить непрерывную генерацию энергии от процесса слияния. ^{[ 5 ]}

Факторы, влияющие на PLH

Плотность плазмы и сила магнитного поля

Порог мощности H-моды (PLH) в экспериментальном ядерном слиянии сильно зависит как от ограничения плазмы, так и от интенсивности магнитного поля. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Более высокая плотность плазмы и более сильные магнитные поля положительно коррелируют с повышенной ПЛГ. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 4 ]}

$\tau =(n*V)/(2*B)$

τ - время заключения
n - плотность плазмы
V - объем плазмы
B - магнитное поле

Более высокая плотность плазмы приводит к увеличению столкновений частиц, усилению ограничения энергии и повышению стабильности плазмы. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]} Чем больше плотность, тем выше порог мощности (PLH), необходимый для перехода от L-режима к H-режиму. ^{[ 1 ]} Повышенная плотность частиц позволяет улучшить плазменную ограничение, что жизненно важно для эффективного поддержания реакций слияния. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}

Аналогичным образом, более сильные магнитные поля служат для содержания и формирования плазмы, смягчая его потерю и предотвращая контакт со стенками реактора, что в конечном итоге приведет к разрушению реакции. ^{[ 2 ]}^{[ 4 ]} Это магнитное ограничение имеет важное значение для предотвращения потерь энергии и обеспечения того, чтобы плазма достигает условий, необходимых для перехода L-режима с H-режимом. ^{[ 2 ]}

Метод отопления

Методы нагрева, используемые в устройствах слияния, значительно влияют на PLH. Различные методы, такие как инъекция нейтрального луча (введение с высокой энергией, для повышения температуры в плазме), радиочастотное нагревание (использует радиочастотные волны для увеличения кинетической энергии частиц) и магнитное удержание (использует магнитные поля для управления чрезвычайно горячей плазмой), являются используется для нагрева плазмы до необходимых температур для H-режима. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]} Выбор метода нагрева и эффективность переноса энергии в плазму являются ключевыми факторами при определении ПЛГ.

Плазменная заправка

Плазменная заправка, которая включает в себя введение дополнительного топлива в плазму, является еще одним фактором, влияющим на PLH. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]} Прививая топливо, исследователи могут изменить плотность и температуру плазмы. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]} Эффективная и хорошо калиброванная система топлива может повысить плотность плазмы, увеличивая количество частиц в плазме, что необходимо для усиления ограничения и стабильности. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]} Кроме того, эффективная заправка способствует повышению температуры плазмы, что является жизненно важным фактором в достижении условий, необходимых для перехода L-режима к H-режиму. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]}

Крайная плазма контроль

Крайный контроль плазмы является важным аспектом достижения и поддержания H-режима в устройствах слияния. ^{[ 1 ]} Крайная область плазмы, расположенная на внешней границе области ограничения плазмы, подвержена нестабильности и турбулентности. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}

Крайная плазма чувствительна к возмущениям, потому что она близка к границам магнитного удержания, где плазма взаимодействует со стенками сосуда с содержанием содержания. ^{[ 1 ]} Эти нарушения могут привести к таким проблемам, как неровное движение тепла и частиц или локализованную турбулентность, которые влияют на переход к H-режиму. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}

Чтобы справиться с этими методами, такими как магнитное формирование и передовые инструменты, могут контролировать краевую плазму. ^{[ 1 ]} Цель состоит в том, чтобы уменьшить эти нарушения и сделать краевую плазму более стабильной. ^{[ 1 ]} Регулируя такие факторы, как температура, плотность и примеси в краевой плазме, исследователи могут влиять на PLH (H-модный порог мощности). ^{[ 5 ]} Эффективный контроль над этими факторами гарантирует, что условия перехода от L-режима к H-режиму выполняются и поддерживаются.

Методы измерения и определения PLH

Электронный циклотронный выбросы (ЕЭК)

Диагностика электронного циклотронного излучения (ECE) включает в себя наблюдение за излучением, излучаемым электронами, когда они подвергаются движению циклотрона (движение, когда частица перемещается по спиральной дорожке от центра) в магнитном поле. ^{[ 1 ]} Этот метод дает ценную информацию о параметрах плазмы, включая температуру и плотность электронов. ^{[ 4 ]} Анализируя спектральные характеристики излучаемого излучения, исследователи могут точно измерить эти свойства, помогая в определении PLH. ^{[ 1 ]}

Томсон рассеяние

Thomson Scattering использует лазерные лучи для рассеяния плазменных электронов. ^{[ 1 ]} Характеристики рассеянного света показывают данные о скорости и температуре этих электронов, предоставляя критическую информацию о тепловой энергии плазмы. ^{[ 1 ]}

Магнитная диагностика

Магнитные датчики и зонды используются для картирования магнитных полей в плазменном устройстве. ^{[ 2 ]} Знание прочности и конфигурации магнитного поля является фундаментальным для определения PLH, поскольку оно напрямую влияет на стабильность и удержание плазмы. ^{[ 2 ]}

Langmuir зонды

Датчики Langmuir представляют собой небольшие электроды, вставленные в плазму для измерения ее свойств, включая температуру электронов, плотность и потенциал плазмы. ^{[ 4 ]} Эти измерения имеют решающее значение для оценки PLH и понимания поведения плазмы. ^{[ 4 ]}

Механизмы перехода

Несколько ключевых процессов, которые позволяют возможным переход между переходом LH и обеспечивают улучшенную стабильность H-режима,-это края турбулентность, сдвиг E × B, краевое электрическое поле, ток края и поток плазмы.

Механизмы, движущие переход LH

Край Турбулентность

Поведение краевой турбулентности, общая особенность в плазме, тесно связано с переходом LH. ^{[ 5 ]} Исследователи изучают, как турбулентность реагирует на изменения в параметрах, таких как сдвиг E × B, градиенты ER и другие переменные. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]}

E × b сдвиг

Одним из механизмов, которые считаются ответственными за запуск перехода LH, является явление, известное как стабилизация турбулентности E × B. ^{[ 1 ]} Это относится к вращению плазмы в результате взаимодействия между электрическим полем (E) и магнитным полем (B). ^{[ 1 ]} Когда плазма приближается к точке перехода, сдвиг E × B увеличивается, создавая сдвиг (движущийся таким образом, который выступает против турбулентного переноса частиц, тепла и энергии) в плазме. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]} Это сдвижное движение подавляет турбулентный транспорт (турбулентные структуры, такие как вихри и вихри, внутри плазмы), способствуя стабильности и улучшенной характеристики ограничения H-режима. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}

Электроэлектрическое поле (ER)

Поведение плазмы на его краю, в частности, Edge Electric Field (ER), играет роль в переходе LH. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 5 ]} По мере приближения перехода появляется появление все более крутых градиентов ER вблизи края плазмы. ^{[ 1 ]} Эти градиентные изменения тесно связаны с подавлением турбулентного транспорта, что относится к неустойчивому движению частиц и тепло в плазме. ^{[ 1 ]} Это подавление отмечает переход к H-режиму, состоянию плазменного заключения, которое является значительно более эффективным и стабильным, что делает его ключевой целью в исследованиях ядерного слияния. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Ток края и поток плазмы

На характеристики перехода LH в дальнейшем влияют ток края и тороидальный поток плазмы. ^{[ 3 ]} Сложные взаимодействия между этими двумя элементами могут вводить изменчивость в пороговых условиях для перехода к более эффективному H-режиму. ^{[ 3 ]}

Будущие последствия

Переход LH в ядерном слиянии, если он понят и используется правильно, имеет потенциал для чистой энергии и устойчивых электростанций.

Важность понимания перехода LH в ядерном слиянии

Усиленное заключение

Переход к H-моде приводит к улучшению в плазменной заключении. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Это приводит к повышению производства энергии и более эффективным реакциям слияния. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Пьедестал Формирование

H-режим связан с разработкой «постамента» в плазменном профиле. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Этот пьедестал действует как защитный барьер, предотвращая контакт с плазмой в стенках реактора. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 4 ]} Пьедестал усиливает стабильность и позволяет плазме достигать условий, необходимых для устойчивых реакций слияния. ^{[ 4 ]}

Оптимизация PLH

Достижение и поддержание H-режима требует достижения PLH (порог мощности H-режима). ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Понимание факторов, которые влияют на PLH, такие как плотность плазмы, сила магнитного поля, методы нагрева и контроль краевой плазмы, имеет важное значение для обеспечения плавного перехода и устойчивой работы H-режима. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Будущие энергетические решения

Контролируемое ядерное слияние может революционизировать энергетический сектор. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Он предлагает чистый и практически безграничный источник энергии, значительно сокращая выбросы парниковых газов и удовлетворяет потребности в энергии. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Переход LH является критическим шагом к использованию огромного высвобождения энергии реакций слияния.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м ^не ^а ^п ^Q. ^{ведущий} ^с ^Т ^в ^v ^В ^х ^и ^С ^аа ^Аб ^и ^{объявление} ^Но ^из ^в ^{нравиться} ^это ^к ^и ^ал ^{являюсь} ^анонца ^в ^{доступа} Schmitz, L.; Уилкокс, Rs; Шираки, Д.; Rhodes, TL; Yan, Z.; Макки, Гр; Каллахан, KJ; Chrystal, C.; Хаски С.Р.; Лю, yq; Лаггнер, Ф.; Zeng, L.; Осборн, Т.,; Grierson, Ba; Paz-Soldan, C. (2022-11-07). «Сокращение порога переходной мощности LH в плазме водородной плазмы с итеральной формы Diii-D» . Ядерное слияние . 62 (12): 126050. BIBCODE : 2022NUCFU..62L6050S . doi : 10.1088/1741-4326/ac94e1 . ISSN 0029-5515 . Ости 1898976 . S2CID 253417930 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м ^не ^а ^п ^Q. ^{ведущий} ^с ^Т ^в Планка, u; Макдермотт, RM; Birkenmeier, g; Bonanomi, n; Cavedon, M; Конвей, GD; Эйх, т; Гринер, м; Гровер, О; Шнайдер, Пенсильвания; Willensdorfer, M (2022-12-06). «Обзор экспериментов по переходу L-к H-моду при обновлении ASDEX» . Физика плазмы и контролируемое слияние . 65 (1): 014001. DOI : 10.1088/1361-6587/ACA35B . HDL : 10281/401004 . ISSN 0741-3335 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Helander, per (2014-07-21). «Теория заключения в плазме в неусимметричных магнитных полях» . Отчеты о прогрессе в физике . 77 (8): 087001. BIBCODE : 2014RPPH ... 77H7001H . doi : 10.1088/0034-4885/77/8/087001 . HDL : 11858/00-001M-0000-0023-C75B-7 . ISSN 0034-4885 . PMID 25047050 . S2CID 33909405 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м ^не Бурдель, C.; Chône, L.; Fedorczak, N.; Гарбет, х.; Бейер, П.; Citrin, J.; Delabie, E.; Dif-Prairie, G.; Fuhr, G.; Вспахивая, а.; Магга, CF; Ailitello, F.; Sarazin, Y.; Колесо, L.; Jet Apportors (2015-07-01). Пороговые температуры являются параметрическими . Ядерное слияние 55 7 ( ) : два 10.1088/0029-5515/55/7/073015: ISSN 0029-5 {{cite journal}}: |last15= имеет общее имя ( справка )
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж Эндрю, Ясмин; Bähner, Jan-Peter; Битва, Ронан; Джирман, Томас (2019-07-19). "H-Mode Power Threshold исследования на мачте" . Плазма . 2 (3): 328–338. doi : 10.3390/plasma2030024 . ISSN 2571-6182 .

[:1-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м ^не ^а ^п ^Q. ^{ведущий} ^с ^Т ^в ^v ^В ^х ^и ^С ^аа ^Аб ^и ^{объявление} ^Но ^из ^в ^{нравиться} ^это ^к ^и ^ал ^{являюсь} ^анонца ^в ^{доступа} Schmitz, L.; Уилкокс, Rs; Шираки, Д.; Rhodes, TL; Yan, Z.; Макки, Гр; Каллахан, KJ; Chrystal, C.; Хаски С.Р.; Лю, yq; Лаггнер, Ф.; Zeng, L.; Осборн, Т.,; Grierson, Ba; Paz-Soldan, C. (2022-11-07). «Сокращение порога переходной мощности LH в плазме водородной плазмы с итеральной формы Diii-D» . Ядерное слияние . 62 (12): 126050. BIBCODE : 2022NUCFU..62L6050S . doi : 10.1088/1741-4326/ac94e1 . ISSN 0029-5515 . Ости 1898976 . S2CID 253417930 .

[:2-2] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м ^не ^а ^п ^Q. ^{ведущий} ^с ^Т ^в Планка, u; Макдермотт, RM; Birkenmeier, g; Bonanomi, n; Cavedon, M; Конвей, GD; Эйх, т; Гринер, м; Гровер, О; Шнайдер, Пенсильвания; Willensdorfer, M (2022-12-06). «Обзор экспериментов по переходу L-к H-моду при обновлении ASDEX» . Физика плазмы и контролируемое слияние . 65 (1): 014001. DOI : 10.1088/1361-6587/ACA35B . HDL : 10281/401004 . ISSN 0741-3335 .

[:4-3] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Helander, per (2014-07-21). «Теория заключения в плазме в неусимметричных магнитных полях» . Отчеты о прогрессе в физике . 77 (8): 087001. BIBCODE : 2014RPPH ... 77H7001H . doi : 10.1088/0034-4885/77/8/087001 . HDL : 11858/00-001M-0000-0023-C75B-7 . ISSN 0034-4885 . PMID 25047050 . S2CID 33909405 .

[:3-4] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л ^м ^не Бурдель, C.; Chône, L.; Fedorczak, N.; Гарбет, х.; Бейер, П.; Citrin, J.; Delabie, E.; Dif-Prairie, G.; Fuhr, G.; Вспахивая, а.; Магга, CF; Ailitello, F.; Sarazin, Y.; Колесо, L.; Jet Apportors (2015-07-01). Пороговые температуры являются параметрическими . Ядерное слияние 55 7 ( ) : два 10.1088/0029-5515/55/7/073015: ISSN 0029-5 {{cite journal}}: |last15= имеет общее имя ( справка )

[:5-5] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон ^глин ^час ^я ^Дж Эндрю, Ясмин; Bähner, Jan-Peter; Битва, Ронан; Джирман, Томас (2019-07-19). "H-Mode Power Threshold исследования на мачте" . Плазма . 2 (3): 328–338. doi : 10.3390/plasma2030024 . ISSN 2571-6182 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

Фон