Пинч обратного поля

Профиль q в пинче обращенного поля

Полоидальное поле в пинче обращенного поля

Пинч обращенного поля ( RFP ) — это устройство, используемое для производства и удержания околотермоядерной плазмы . Это тороидальный пинч , который использует уникальную конфигурацию магнитного поля в качестве схемы магнитного удержания плазмы, в первую очередь для изучения термоядерного синтеза с магнитным удержанием . Его магнитная геометрия несколько отличается от магнитной геометрии токамака . По мере того как человек движется радиально, часть магнитного поля, направленная тороидально, меняет свое направление, что приводит к возникновению термина « обратное поле» . Эту конфигурацию можно поддерживать при сравнительно меньших полях, чем у токамака с аналогичной плотностью мощности. Одним из недостатков этой конфигурации является то, что она более восприимчива к нелинейным эффектам и турбулентности. Это делает ее полезной системой для изучения неидеальной (резистивной) магнитогидродинамики . RFP также используются при изучении астрофизической плазмы , которая имеет много общих черт.

Самым крупным устройством обратного полевого пинча, работающим в настоящее время, является RFX (R/a = 2/0,46) в Падуе , Италия . Другие включают MST (R/a = 1,5/0,5) в США, EXTRAP T2R (R/a = 1,24/0,18) в Швеции, RELAX (R/a = 0,51/0,25) в Японии и KTX (R/0,25) в Швеции. а = 1,4/0,4) в Китае.

Характеристики

В отличие от токамака , который имеет гораздо большее магнитное поле в тороидальном направлении, чем в полоидальном, RFP имеет сопоставимую напряженность поля в обоих направлениях (хотя знак тороидального поля меняется). Более того, типичный RFP имеет напряженность поля примерно от половины до одной десятой от сопоставимого токамака. RFP также опирается на движущий ток в плазме для усиления поля магнитов за счет эффекта динамо.

Магнитная топология

Внутреннее поле в запросе предложений

Пинч с обратным полем работает в направлении состояния минимальной энергии .

Линии магнитного поля свободно наматываются вокруг центрального тора . Они скручиваются наружу. Вблизи края плазмы тороидальное магнитное поле меняется на противоположное, и силовые линии закручиваются в обратном направлении.

Внутренние поля больше, чем поля у магнитов .

RFP в исследованиях термоядерного синтеза: сравнение с другими конфигурациями заключения

RFP имеет множество особенностей, которые делают его многообещающей конфигурацией для потенциального термоядерного реактора.

Преимущества

1. Сверхпроводящие магниты:
   • Для RFP могут не потребоваться сверхпроводящие магниты , что дает значительное преимущество перед токамаками.
   • Сверхпроводящие магниты хрупкие, дорогие и должны быть защищены от богатой нейтронами термоядерной среды.
2. Оболочка как магнитная катушка:
   • В некоторых экспериментах RFP, таких как Мэдисонский симметричный тор , в качестве магнитной катушки используется плотно прилегающая оболочка.
   • Проведение тока через саму оболочку привлекательно для конструкции реактора.
   • Твердая медная оболочка может быть устойчива к нейтронам высокой энергии по сравнению со сверхпроводящими магнитами.
3. Поверхностная нестабильность:
   • RFP подвержены поверхностной нестабильности, что требует плотно прилегающей оболочки.
4. Бета-лимит:
   • Для RFP не существует установленного бета-лимита .
5. Возможность зажигания:
   • Существует вероятность того, что пинч с обратным полем может обеспечить воспламенение исключительно за счет омической силы.
   • Это предполагает пропускание тока через плазму и выработку тепла за счет электрического сопротивления, а не за счет электронного циклотронного резонанса , что потенциально упрощает конструкцию реактора по сравнению с токамаками.
   • Однако его нельзя эксплуатировать в устойчивом режиме.

Недостатки

Несколько ключевых областей представляют проблемы при разработке реакторов RFP. Исследователи активно работают над решением этих проблем:

• Механизмы возбуждения тока. Современные устройства RFP основаны на методе, известном как возбуждение омического тока, который имеет ограничения. Исследователи изучают альтернативные методы управления током для повышения эффективности и контроля.
• Уменьшение разрывного режима: плазма RFP подвержена разрывным режимам, которые могут отрицательно повлиять на производительность. Разработка методов активного управления этими режимами имеет решающее значение для достижения стабильного удержания плазмы.
• Оптимизация удержания плазмы. Современные устройства RFP обеспечивают более короткое время удержания плазмы по сравнению с токамаками . Продолжаются исследования по оптимизации удержания плазмы в RFP, включая изучение влияния размера устройства с помощью таких проектов, как Мэдисонский симметричный тор (MST).
• Аспекты конструкции оболочки: Конструкция RFP требует наличия проводящей оболочки, расположенной близко к плазме, что представляет собой инженерную проблему при проектировании реактора. Исследования сосредоточены на оптимизации конфигурации корпуса, чтобы сбалансировать производительность и практичность.
• Стратегии технического обслуживания систем управления плазмой. В некоторых конструкциях RFP используются сложные катушки для управления плазмой. Близость этих катушек к среде высокотемпературной плазмы требует разработки надежных стратегий технического обслуживания для обеспечения их долгосрочной функциональности.

Исследования в области физики плазмы

Пинч с перевернутым полем интересен и с точки зрения физики. Динамика RFP весьма турбулентна. RFP также демонстрируют сильное плазменное динамо , подобное многим астрофизическим телам. Фундаментальная наука о плазме – еще один важный аспект исследований обратного полевого пинча.

См. также

• Доминик Франк Эсканде

Внешние ссылки

• RFX: эксперимент с обратным полем
• Измерение потока и температуры сверхтепловых электронов в эксперименте с пинчем в обращенном поле с помощью электростатического анализатора энергии электронов.