штат Тейлор

В физике плазмы состояние Тейлора — это минимальное энергетическое состояние плазмы , пока плазма сохраняет магнитный поток . ^{[ 1 ]} Впервые это было предложено Джоном Брайаном Тейлором в 1974 году, и он подкрепил это утверждение данными, полученными с помощью машины ZETA . ^{[ 2 ]}

Штаты Тейлора имеют решающее значение для работы как Dynomak , так и перевернутого поля - оба работают в штате Тейлора.

Примеры

В 1974 году доктор Джон Б. Тейлор предположил, что сферомак может быть сформирован путем создания магнитного потока в петлевой плазме. Затем плазма естественным образом релаксировала бы в сферомак, также известный как состояние Тейлора. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Этот процесс работал, если плазма:

Сохраняется полный магнитный поток
Минимизировали общую энергию

Эти утверждения были позже проверены Маршаллом Розенблютом в 1979 году. ^{[ 5 ]} В 1974 году доктор Тейлор мог использовать только результаты пинч-устройства ZETA для подтверждения своих утверждений. Но с тех пор государства Тейлора были сформированы на нескольких машинах, включая:

Эксперимент с компактным тором (CTX) в Лос-Аламосе. CTX работал с ~1979 по ~1987 год в Лос-Аламосе. Он достиг температуры электронов 4,6 миллиона кельвинов. ^{[ 6 ]} пробежал 3 микросекунды ^{[ 7 ]} и имел отношение давления плазмы к магнитному давлению 0,2. ^{[ 8 ]}
Физический эксперимент с устойчивым сферомаком (SSPX) в Ливерморе представлял собой более совершенную версию CTX, которая использовалась для измерения процесса релаксации, приводящего к состоянию Тейлора. SSPX работал в Ливерморе с 1999 по 2007 год. ^{[ 9 ]}
Эксперимент «Сферомак Калифорнийского технологического института » в Калифорнийском технологическом институте — небольшой эксперимент, проводимый лабораторией доктора Пола Белланса в Калифорнийском технологическом институте с ~2000 по ~2010 год.
Индуктивная установка Helicity Injected Torus-Steady (HIT-SI) в Вашингтонском университете управлялась доктором Джарбо с 2004 по 2012 год и была предшественником Dynomak. Эта машина создавала 90 килоампер стабильного тока плазмы в течение нескольких (<2) микросекунд. ^{[ 10 ]} Эта машина также продемонстрировала первую демонстрацию привода тока наложенной динамо-машины (IDCD) в 2011 году. ^{[ 11 ]} Прорыв IDCD позволил группе доктора Джарбоеса представить первую версию этой машины размером с реактор; называется Диномак.

Вывод

Рассмотрим замкнутую односвязную, сохраняющую поток, идеально проводящую поверхность. $S$ окружающая плазму с незначительной тепловой энергией ( $\beta \rightarrow 0$ ).

С ${\vec {B}}\cdot {\vec {ds}}=0$ на $S$ . Это означает, что ${\vec {A}}_{||}=0$ .

Как обсуждалось выше, плазма будет релаксировать до состояния с минимальной энергией, сохраняя при этом свою магнитную спиральность. Поскольку граница является идеально проводящей, никакого изменения связанного с ней потока быть не может. Это подразумевает $\delta {\vec {B}}\cdot {\vec {ds}}=0$ и $\delta {\vec {A}}_{||}=0$ на $S$ .

Сформулируем вариационную задачу минимизации энергии плазмы $W=\int d^{3}rB^{2}/2\mu _{\circ }$ сохраняя магнитную спиральность $K=\int d^{3}r{\vec {A}}\cdot {\vec {B}}$ .

Вариационная задача – это $\delta W-\lambda \delta K=0$ .

После некоторой алгебры это приводит к следующему ограничению для состояния с минимальной энергией $\nabla \times {\vec {B}}=\lambda {\vec {B}}$ .

Ссылки

^ Пол М. Беллан (2000). Сферомакс: практическое применение магнитогидродинамических динамо и самоорганизации плазмы . Издательство Имперского колледжа. стр. 71–79. ISBN 978-1-86094-141-2 .
^ Тейлор, Дж. Брайан. «Релаксация тороидальной плазмы и генерация обратных магнитных полей». Physical Review Letters 33.19 (1974): 1139.
^ Беллан, Пол (2000). Сферомакс. Издательство Имперского колледжа. ISBN 978-1-86094-141-2.
^ Тейлор, Дж. Брайан. «Релаксация тороидальной плазмы и генерация обратных магнитных полей». Physical Review Letters 33.19 (1974): 1139.
^ Розенблут, Миннесота и М.Н. Бюссак. «МГД-стабильность сферомака». Ядерный синтез 19.4 (1979): 489
^ ДЖАРБО, Т.Р., ВЫСОЦКИ, Ф.Дж., ФЕРНАНДЕС, Дж.К., ХЕНИНС, И., МАРКЛИН, Г.Дж., Phys. Жидкости Б 2 (1990) 1342-1346
^ «Физика в 1990-е годы», National Academies Press, 1986, стр. 198.
^ ВЫСОЦКИ, Ф.Дж., ФЕРНАНДЕС, Дж.К., ХЕНИНС, И., ДЖАРБО, Т.Р., МАРКЛИН, Г.Дж., Phys. Замри. Письма 21 (1988) 2457-2460
^ Вуд, Р.Д. и др. «Контроль частиц в устойчивом физическом эксперименте сферомаков». Журнал ядерных материалов 290 (2001): 513-517.
^ Зик, PE и др. «Первые результаты анализа плазмы на сферомаке HIT-SI». Тезисы докладов заседания Отделения физики плазмы АФН. Том. 45. 2003.
^ Сазерленд, Д.А. и др. «Диномак: усовершенствованная концепция термоядерного реактора с приводом тока динамо-машины и технологиями ядерной энергетики следующего поколения».

[1] Пол М. Беллан (2000). Сферомакс: практическое применение магнитогидродинамических динамо и самоорганизации плазмы . Издательство Имперского колледжа. стр. 71–79. ISBN 978-1-86094-141-2 .

[2] Тейлор, Дж. Брайан. «Релаксация тороидальной плазмы и генерация обратных магнитных полей». Physical Review Letters 33.19 (1974): 1139.

[3] Беллан, Пол (2000). Сферомакс. Издательство Имперского колледжа. ISBN 978-1-86094-141-2.

[4] Тейлор, Дж. Брайан. «Релаксация тороидальной плазмы и генерация обратных магнитных полей». Physical Review Letters 33.19 (1974): 1139.

[5] Розенблут, Миннесота и М.Н. Бюссак. «МГД-стабильность сферомака». Ядерный синтез 19.4 (1979): 489

[6] ДЖАРБО, Т.Р., ВЫСОЦКИ, Ф.Дж., ФЕРНАНДЕС, Дж.К., ХЕНИНС, И., МАРКЛИН, Г.Дж., Phys. Жидкости Б 2 (1990) 1342-1346

[7] «Физика в 1990-е годы», National Academies Press, 1986, стр. 198.

[8] ВЫСОЦКИ, Ф.Дж., ФЕРНАНДЕС, Дж.К., ХЕНИНС, И., ДЖАРБО, Т.Р., МАРКЛИН, Г.Дж., Phys. Замри. Письма 21 (1988) 2457-2460

[9] Вуд, Р.Д. и др. «Контроль частиц в устойчивом физическом эксперименте сферомаков». Журнал ядерных материалов 290 (2001): 513-517.

[10] Зик, PE и др. «Первые результаты анализа плазмы на сферомаке HIT-SI». Тезисы докладов заседания Отделения физики плазмы АФН. Том. 45. 2003.

[11] Сазерленд, Д.А. и др. «Диномак: усовершенствованная концепция термоядерного реактора с приводом тока динамо-машины и технологиями ядерной энергетики следующего поколения».

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]