Малый токамак с малым удлинением

НАЧИНАТЬ
Малый токамак с малым удлинением
Тип устройства	Сферический токамак
Расположение	Великобритания
Принадлежность	Калхэмский центр термоядерной энергетики
История
Год(ы) работы	1990–1998
Преемник	Мегаамперный сферический токамак (MAST)

Токамак малого узкого формата , или СНВ, представлял собой эксперимент по ядерному синтезу использовалось магнитное удержание , в котором для удержания плазмы . START был первой полноразмерной машиной, в которой использовалась сферическая конструкция токамака , целью которой было значительно уменьшить соотношение сторон традиционной конструкции токамака .

Эксперимент начался в Научном центре Калхэма в Соединенном Королевстве в 1990 году и был прекращен в 1998 году. Он был построен как недорогая конструкция, в основном с использованием деталей, уже имеющихся у команды СНВ. Эксперимент START произвел революцию в токамаке, изменив предыдущую тороидальную форму на более плотную, почти сферическую форму пончика . Новая форма повысила эффективность за счет снижения стоимости по сравнению с традиционной конструкцией, а поле, необходимое для поддержания стабильной плазмы, было в 10 раз меньше.

Строительство

Основные компоненты, входящие в состав СНВ, включали опорную конструкцию, импульсный трансформатор, вакуумный резервуар, катушки тороидального и полоидального поля и ограничитель. Опорная конструкция располагала и поддерживала вакуумный резервуар, который также имел тот же сферический центр, что и большой импульсный трансформатор. Основная роль импульсного трансформатора заключалась в обеспечении тока для катушек тороидального возбуждения, который подавался через пятнадцать железных сердечников, намотанных по спирали из железной полосы диаметром 0,03 миллиметра. Катушка тороидального поля представляла собой центральный медный проводник на оси вакуумного резервуара и крепилась к вакуумному резервуару через медные ветки, закрытые изолированными зажимами. START имел шесть катушек полоидального поля внутри вакуумного резервуара и был заключен в 3-миллиметровые корпуса из нержавеющей стали. Полоидальные катушки поддерживались у основания резервуара, и каждую можно было регулировать по мере необходимости. Вакуумный резервуар был основным сосудом, в котором проводились эксперименты; он имел цилиндрическую форму и был разделен на три секции. Танк имел множество портов для подключения насосов и диагностики. Графитовый ограничитель был расположен вокруг центральной трубки из нержавеющей стали, и это обеспечивало простой способ измерения самого внутреннего края плазмы во время экспериментов. ^[1]

Операция

Чтобы успешно провести эксперименты по нагреву в сферическом токамаке, физики провели инжекцию нейтрального пучка. Это включало внедрение водорода в водородную или дейтериевую плазму, обеспечивая эффективный нагрев как ионов, так и электронов. Хотя атомы были инжектированы без суммарного электростатического заряда, когда луч проходил через плазму, атомы ионизировались, поскольку они отражались от ионов, уже находящихся в плазме. Следовательно, поскольку магнитное поле внутри тора было круговым, эти быстрые ионы удерживались в фоновой плазме. Фоновая плазма замедляла удерживаемые быстрые ионы, подобно тому, как сопротивление воздуха замедляет бейсбольный мяч. Передача энергии от быстрых ионов к плазме увеличивала общую температуру плазмы. Инжектор нейтрального луча, использованный в СНВ, был предоставлен в аренду Национальной лабораторией Ок-Риджа . ^[2]

Магнитогидродинамический предел (МГД) был пределом эксплуатации токамаков, и СНВ не был исключением. Команда СНВ проверит МГД, используя сорок шесть комплектов катушек Мирнова на разной высоте в центральной колонне СНВ. Плазма, образующаяся при сжатии в рамках СНВ, ограничивала колебания МГД. ^[3]

До октября 1995 года договор СНВ не предусматривал быстрого прекращения действия договора. В октябре 1995 года были установлены диверторные катушки, и изображения показали, что плазма будет взаимодействовать с катушками до того, как произойдет сбой. Эти подозрения еще больше усилились, когда в декабре 1996 года диверторные катушки были перемещены ближе к плазме, что привело к увеличению частоты сбоев. ^[3]

Также были измерены характеристики плазмы в рамках СНВ. Типичная плазма в рамках START имела аспектное соотношение A = 1,3, удлинение k = 1,8 и температуру 400 эВ. ^[2]^[4]

В ряде экспериментов уровень бета в токамаке достиг 32 процентов, тогда как предыдущий мировой рекорд бета-излучения в токамаке составлял 12,6 процента. Факторы, которые способствовали значительно более высокому бета-числу, включают лучшие условия вакуума, более мощную инжекцию нейтрального луча , меньшее тороидальное поле, более высокое давление плазмы и более низкое магнитное давление . ^[4] В 1998 г. был достигнут неомический коэффициент бета 40%. ^[5]^: 29

Наследие

В марте 1998 года эксперимент СТАРТ завершился и с тех пор был разобран и передан в исследовательскую лабораторию ENEA во Фраскати , Италия , где он лег в основу Прото-Сферы . Команда START начала эксперимент по сферическому токамаку с мегаамперным током или MAST в 1999 году, который работал в Научном центре Калхэма, Великобритания, до 2013 года.

Ссылки

^ Смит, RTC и др. «План эксперимента СТАРТ». Труды Симпозиума по термоядерной технике 2 (1989): 866-68. Веб. 2 ноября 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б Сайкс, Алан и Р. Дж. Ла Хэй. «Высокая бета, создаваемая инжекцией нейтрального луча в START (маленький токамак с малым удлинением)». Физика плазмы 4.5 (1997): 1665. Премьера академического поиска. Веб. 30 октября 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б Хендер, Т.С. и др. «Магнито-гидродинамические пределы в сферических токамаках». Физика плазмы 6.5 (1999): 1958. Премьера академического поиска. Веб. 31 октября 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б Гейтс, Д.А. и Р. Акерс. «Высокопроизводительные разряды в токамаке малого удлинения (СТАРТ)». Физика плазмы 5.5 (1998): 1775. Премьера академического поиска. Веб. 30 октября 2014 г.
^ Алан Сайкс. «Развитие сферического токамака» (PDF) . ICPP, Фукуока, сентябрь 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2011 г.

Внешние ссылки

MAST (СТАРТ, продолжение эксперимента)

51 ° 39'32 "N 1 ° 13'42" W / 51,65889 ° N 1,22833 ° W / 51,65889; -1,22833

[1] Смит, RTC и др. «План эксперимента СТАРТ». Труды Симпозиума по термоядерной технике 2 (1989): 866-68. Веб. 2 ноября 2014 г.

[NeutralBI-2] Jump up to: ^а ^б Сайкс, Алан и Р. Дж. Ла Хэй. «Высокая бета, создаваемая инжекцией нейтрального луча в START (маленький токамак с малым удлинением)». Физика плазмы 4.5 (1997): 1665. Премьера академического поиска. Веб. 30 октября 2014 г.

[MDHLimits-3] Jump up to: ^а ^б Хендер, Т.С. и др. «Магнито-гидродинамические пределы в сферических токамаках». Физика плазмы 6.5 (1999): 1958. Премьера академического поиска. Веб. 31 октября 2014 г.

[HPDischarges-4] Jump up to: ^а ^б Гейтс, Д.А. и Р. Акерс. «Высокопроизводительные разряды в токамаке малого удлинения (СТАРТ)». Физика плазмы 5.5 (1998): 1775. Премьера академического поиска. Веб. 30 октября 2014 г.

[Sykes-ST-2008-5] Алан Сайкс. «Развитие сферического токамака» (PDF) . ICPP, Фукуока, сентябрь 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2011 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]