Биконический порог
Биконический порог , также известный как пикет -реактор , был одним из самых ранних предложений о заключении плазмы в реакторе слияния . [ 1 ] Он состоит из двух параллельных электромагнитов с током, работающим в противоположных направлениях, создавая противоположно направленные магнитные поля . Два поля взаимодействуют, чтобы сформировать «нулевую площадь» между ними, где может быть пойман в ловушку слияния.
Концепция возникла как реакция на проблему, поднятую Эдвардом Теллером в 1953 году. Теллер отметил, что любой дизайн, в котором плазма была удерживана внутри вогнутых магнитных полей , будет естественно нестабильным. Концепция Cusp имела поля, которые были выпуклы, а плазма была удерживана в области небольшого или отсутствия поля во внутренней стороне устройства. Эта концепция была независимо представлена в 1954 году как Гарольд Град в Институте Куранта в Нью -Йорке , и Джеймс Л. Тук в Лос -Аламосе .
Сначала был мало интереса к дизайну, потому что проблема кассира не была замечена на других ранних машинах слияния. К концу 1950 -х годов стало ясно, что у всех были серьезные проблемы, и Теллер был лишь одним из многих. Это привело к возобновлению интереса к CUSP, и несколько машин были построены для проверки концепции в начале 1960 -х годов. Все эти устройства просочили свою топливную плазму по ставкам, намного больше, чем предсказано, и большая часть работы по концепции, закончившейся серединой 1960-х годов. Михаил Иоффе позже продемонстрировал, почему возникли эти проблемы.
Более позднее устройство, которое разделяет некоторую конструкцию с помощью cusp, - это полиэл -концепция 1990 -х годов. Это можно рассматривать как множественные шиссы, расположенные в трех измерениях.
История
[ редактировать ]Раннее развитие
[ редактировать ]
В 1953 году, на ныне известной, но затем секретной встрече Эдвард Теллер поднял теоретический вопрос нестабильности флейты . Это предполагает, что любая машина слияния, которая ограничивала плазму на внутренней стороне изогнутого поля, в отличие от внешней части кривизны, будет естественным образом нестабильным и быстро выбросить свою плазму. Такая «плохая кривизна» была частью почти всех конструкций эпохи, включая Z-Pinch , Stellarator и магнитные зеркала . Все эти конструкции имели кривые с плазмой на внутренней стороне вогнутых полей, и, как ожидалось, будут нестабильными. [ 2 ]
В то время очень ранние машины, которые строялись, не показали доказательств этой проблемы, но были слишком маленькими, чтобы все равно окончательно показать ее. Были видны другие нестабильности, некоторые очень серьезные, но флейта просто не появлялась. Тем не менее, ряд исследователей начали рассмотреть новые концепции, которые не использовали такого рода поля и, таким образом, были бы естественными стабильными. Концепция CUSP была независимо разработана в 1954 году Джеймсом Л. Таком в Лос -Аламосе и Гарольде Град в Нью -Йоркском университете . [ 3 ] Дизайн Tuck отличался от Grad's в значительной степени тем, что он состоял из серии киссов, помещенных в линию. [ 4 ] В Лос-Аламосе была построена однопользовательская версия как более простое устройство для проверки концепции, а в Лос-Аламосе была построена сборка магнитов для одной такой машины. [ 3 ]
Расчеты в Лос -Аламосе отметили, что плазма будет избежать реактора, потому что магнитные линии были «открытыми», а ионы после определенной траектории могут свободно покинуть ядро. Это означало, что забор пикета потерял бы плазму с быстрой скоростью, независимо от того, насколько он стабилен, и он не будет полезен в качестве реактора, производящего мощность. Несмотря на это, он все еще может быть полезен для экспериментальных целей, если он сохранит свою плазму дольше, чем нестабильные устройства, что дает им время для выполнения измерений, которые могут быть невозможными в других устройствах. Работа Града нашла другое решение; Хотя утечка в плазме была быстрой при низкой плотности, при более высокой плотности саморепульсия между ионами и электронами поймает ее в течение гораздо дольше. Похоже, это было несколько способов, которыми это может быть достигнуто. [ 5 ]
До того, как система была рассмотрена дальше, результаты новых версий других конструкций, казалось, предполагали, что проблема кассира просто не была замечена или, по крайней мере, была намного ниже прогнозов. Среди них концепция PINCH демонстрировала серьезные проблемы, но Так и другие и другие продолжали изучать систему и вводили новые решения. Получившиеся «стабилизированное щепотка», по -видимому, решало проблемы стабильности, и стала построена новая серия гораздо более крупных машин с пинч, озаглавленная Zeta Reactor в Великобритании. Интерес к пороге снизился, поскольку другие подходы, по -видимому, были на грани производства слияния. [ 2 ] Магнитная сборка Лос -Аламоса была помещена в хранение. [ 3 ] Группа Града также в значительной степени отказалась от концепции к концу 1956 года. [ 6 ]
Возобновление интереса
[ редактировать ]
В начале 1958 года англичане объявили, что Зета произвела Fusion. Через несколько месяцев они были вынуждены опубликовать ретракцию, отметив, что нейтроны, которые они видели, были не из событий слияния, а новый тип нестабильности, который ранее не видел. В течение следующего года проблемы Симлара были замечены во всех проектах, и иллюзия прогресса была разрушена. [ 7 ]
По мере изучения проблем была пересмотрена оригинальная работа над дизайном Cusp. Питание для ранней машины в Лос-Аламосе годами сидел на складе, а затем был вывезен из хранения и использовался для построения заграда для пикета с одним консе . Его простота означала, что аналогичные системы были построены в общей атомике , Ливерморе , Харвелле , Утрехтском университете и Институте Харков , Институте технологий Стивенса и других. [ 3 ]
К 1960 году пикетный забор преодолел ряд ранних проблем. Первоначальные результаты, измеряющие свет, излучаемый горячей плазмой, предполагают, что он был стабильным в течение 1 миллисекунды, но дальнейшая диагностика показала, что это было всего несколько микросекунд, и свет был результатом своего рода послесвечения. Улучшения в устройстве привели к значительному достижению, а ограничение в плазме улучшилось до примерно 50 микросекунд, [ 3 ] Но это было все еще гораздо меньше, чем желательно.
Описание
[ редактировать ]Магнитные поля в этой системе были сделаны электромагнитами, расположенными близко друг к другу. Это была теоретическая конструкция, используемая для моделирования того, как содержать плазму . Поля были сделаны двумя катушками проволоки, обращенной друг к другу. Эти электромагниты имели поляки, которые сталкиваются друг с другом, и в центре была нулевая точка в магнитном поле. Это также называлось поле с нулевой точкой. Эти устройства теоретически исследовали доктор Гарольд Град Нью -Йоркского университета в Институте Курант в конце 1950 -х и начале 1960 -х годов. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Поскольку поля были плоскими симметричными, эта плазматическая система была проста в моделировании.
Поведение частиц
[ редактировать ]Моделирование этих геометрий выявило существование трех классов частиц. [ 11 ] Первый класс двигался взад -вперед далеко от нулевой точки . Эти частицы будут отражены вблизи полюсов электромагнитов и плоского порога в центре. Это отражение было связано с эффектом магнитного зеркала . [ 12 ] [ 13 ] Это очень стабильные частицы, но их движение изменяется, когда они излучают энергию с течением времени. Эта потери радиации возникли в результате ускорения или замедления полем и могут быть рассчитаны с использованием формулы Лармор . [ 14 ] Вторая частица переместилась рядом с нулевой точкой в центре. Поскольку частицы проходили через места без магнитного поля , их движения могут быть прямыми, с бесконечным гирорадием . Это прямое движение заставило частицу пройти более неустойчивый путь через поля. Третий класс частиц был переходом между этими типами. Биконические шиссы были недавно возрождены из -за ее аналогичной геометрии с реактором слияния Polywell . [ 15 ]
Ссылки
[ редактировать ]Цитаты
[ редактировать ]- ^ Сдерживание пятен плазменной системы , плазма
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Tuck 1954 , p. 278
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый и Это не 1960 , с. 723.
- ^ Tuck 1954 , p. 279
- ^ Епископ 1958 , с. 141.
- ^ Епископ 1958 , с. 142
- ^ Епископ 1958 , с. 87
- ^ J Berowitz, H Grad и H Rubin, в процессах Второй Международной конференции Организации Объединенных Наций по мирному использованию атомной энергии, Женева, 1958, том 31, стр. 177
- ^ GRAD, H. Теория с точки зрения геометрии, I. Общее обследование, NYO-7969, инст. Математика Sci., NYU, 1 декабря 1957 г.
- ^ Berkowitz, J., Теория сжатой геометрии, II. Потери частиц, NYO-2530, инст. Математика Sci., NYU, 6 января 1959 года.
- ^ Ван Нортон Р. (1961). Движение заряженной частицы вблизи нулевой точки поля . Нью -Йорк: Нью -Йоркский университет: Институт математических наук Курант.
- ^ MP Srivastava и PK Bhat (1969). Движение заряженной частицы в суперпозированных гелиотронных и биконических полях Журнал Plasma Physics, 3, стр. 255-267. doi: 10.1017/s0022377800004359.
- ^ F. Chen, Введение в физику в плазме и контролируемое слияние (Plenum, New York, 1984), Vol. 1, с. 30–34. ISBN 978-0-306-41332-2
- ^ Дж. Лармор, «О динамической теории электрической и светильной среды», философские транзакции Королевского общества 190, (1897), стр. 205–300 (третий и последний в серии статей с тем же названием)
- ^ Низкое бета -задержание в полиэле, смоделированном с обычными теориями точки, физика плазмы 18.112501 (2011)
Библиография
[ редактировать ]- Так, Джеймс (октябрь 1954 г.). Пикет забор (PDF) . Конференция по термоядерным реакциям. С. 278–285.
- Епископ, Амаса (1958). Project Sherwood: американская программа по контролируемому фьюжн . США Комиссия по атомной энергии.
- «Наука (не) художественная литература в Лос-Аламосе» . ARS Journal . 30 (8). Август 1960.