Дивертор
В термоядерном синтезе с магнитным удержанием или дивертор отклоняемая конфигурация представляет собой конфигурацию магнитного поля токамака или стелларатора , которая отделяет удерживаемую плазму от материальной поверхности устройства. Частицы плазмы, которые диффундируют через границу ограниченной области, отклоняются открытыми, пересекающими стену линиями магнитного поля к пристеночным структурам, которые называются диверторными мишенями , обычно удаленными от ограниченной плазмы. Магнитный дивертор отводит тепло и золу, образующиеся в результате реакции термоядерного синтеза, сводит к минимуму плазменное загрязнение и защищает окружающие стены от тепловых и нейтронно-физических нагрузок.
Термин «дивертор» обычно описывает саму магнитную конфигурацию или область между удерживаемой плазмой и мишенью.Иногда диверторная мишень и дивертор используются как взаимозаменяемые. Например, дивертор ИТЭР относится к тщательно спроектированным компонентам, обращенным к плазме, предназначенным для выдерживания ожидаемых интенсивных взаимодействий плазмы со стенкой .
История
[ редактировать ]Дивертор был первоначально представлен во время первых исследований термоядерных энергетических систем в 1950-х годах. Вскоре стало понятно, что успешный термоядерный синтез приведет к образованию более тяжелых ионов , которые останутся в топливе (так называемая «термоядерная зола»). Эти примеси были ответственны за потерю тепла и вызывали другие эффекты, которые затрудняли поддержание реакции. В качестве решения этой проблемы был предложен дивертор. Действуя по тому же принципу, что и масс-спектрометр , плазма проходит через область дивертора, где более тяжелые ионы выбрасываются из топливной массы под действием центробежной силы , сталкиваясь с каким-то поглощающим материалом и отдавая свою энергию в виде тепла. [1] Первоначально считавшееся устройством, необходимым для действующих реакторов, лишь немногие ранние конструкции включали дивертор.
Когда в 1970-х годах начали появляться первые реакторы большой мощности, возникла серьезная практическая проблема. Независимо от того, насколько сильно она была ограничена, плазма продолжала вытекать из основной зоны удержания, ударяясь о стенки активной зоны реактора и вызывая проблемы. Серьезную озабоченность вызывало распыление в реакторах с более высокой мощностью и плотностью потока частиц . [2] что привело к тому, что ионы металла стенки вакуумной камеры попали в топливо и охладили его.
В 1980-х годах в реакторах стало обычным включать в себя функцию, известную как ограничитель , который представляет собой небольшой кусок материала, выступающий на небольшое расстояние во внешний край основной области удержания плазмы. Ионы топлива, выходящие наружу, попадают в ограничитель.тем самым защищая стенки камеры от этих повреждений. Однако проблемы с попаданием материала в топливо остались;лимитер просто изменил источник поступления материала.
Это привело к возрождению дивертора как устройства защиты самого реактора. В этих конструкциях магниты притягивают нижний край плазмы, создавая небольшую область, где внешний край плазмы, «Стирающий слой» (SOL), ударяется о пластину, похожую на ограничитель.Дивертор является улучшением ограничителя по нескольким причинам, главным образом потому, что современные реакторы пытаются создать плазму с D-образным поперечным сечением («удлинение» и «треугольность»), поэтому нижний край D является естественным местом для дивертора. В современных примерах пластины заменены металлическим литием , который лучше захватывает ионы и вызывает меньшее охлаждение при попадании в плазму. [3]
В ИТЭР и последней конфигурации Объединенного европейского тора нижняя часть тора настроена как дивертор . [4] в то время как Alcator C-Mod был построен с диверторными каналами сверху и снизу. [5] Конструкция дивертора под названием Super-X была разработана для снижения плотности тепла в диверторе за счет использования конструкции, напоминающей воронку. [6]
Диверторы токамака
[ редактировать ]Токамак с дивертором известен как токамак с дивертором или токамак с диверторной конфигурацией . В такой конфигурации частицы выходят через магнитную «зазор» ( сепаратрису ), что позволяет разместить энергопоглощающую часть дивертора вне плазмы.Конфигурация дивертора также облегчает получение более стабильного H-режима работы. Плазменный материал в диверторе испытывает значительно другие напряжения по сравнению с большей частью первой стенки .
Диверторы Стелларатор
[ редактировать ]В стеллараторах магнитные острова низкого порядка могут использоваться для формирования диверторного объема, островного дивертора , для управления мощностью и выхлопом частиц. [7] Островной дивертор продемонстрировал успех в доступе и стабилизации сценариев отделения, а также продемонстрировал надежный контроль теплового потока и отделения с помощью впрыска газообразного водорода и засева примесей в стеллараторе W7-X . [8] [9] Цепочка магнитных островков на краю плазмы может контролировать подпитку плазмы. [10] Несмотря на некоторые проблемы, концепция островного дивертора продемонстрировала большой потенциал для управления мощностью и выхлопом частиц в термоядерных реакторах, и дальнейшие исследования могут привести к более эффективной и надежной работе в будущем. [11]
Винтовой дивертор , используемый в Большом спиральном устройстве (LHD), использует большие спиральные катушки для создания отклоняющего поля. Такая конструкция позволяет регулировать размер стохастического слоя, расположенного между удерживаемым объемом плазмы и силовыми линиями, заканчивающимися на диверторной пластине. Однако совместимость спирального дивертора со стеллараторами, оптимизированными для неоклассического транспорта, остается неопределенной. [12]
Нерезонансный дивертор представляет собой альтернативную конструкцию для оптимизированных стеллараторов со значительными бутстреп-токами. Этот подход использует острые «гребни» на границе плазмы для создания канала потока. Бутстрап-токи изменяют форму, а не расположение этих гребней, обеспечивая эффективный механизм направления. Эта конструкция, хотя и перспективна, экспериментально еще не проверена. [13]
Учитывая сложность конструкции диверторов-стеллараторов по сравнению с их двумерными аналогами токамаков, глубокое понимание их характеристик имеет решающее значение для оптимизации стелларатора. Эксперименты с диверторами в W7-X и LHD показали многообещающие результаты и дают ценную информацию для будущих улучшений формы и производительности. Более того, появление нерезонансных диверторов открывает перспективу развития квазисимметричных стеллараторов и других конфигураций, не оптимизированных для минимизации плазменных токов. [14]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Типы материалов радиочастотных поглотителей» . www.masttechnologies.com . Проверено 30 августа 2015 г.
- ^ «Фусрев» . Архивировано из оригинала 10 января 2014 г. Проверено 10 января 2014 г. ] Т. Н. Тодд и К. Г. Виндзор, Прогресс в исследованиях термоядерного синтеза с магнитным удержанием, Современная физика, 1998, том 39, номер 4, страницы 255-282.
- ^ «Ограничители и диверторы». Архивировано 10 января 2014 г., в Wayback Machine , EFDA.
- ^ Стоафер, Крис (14 апреля 2011 г.). «Концепция диверторной системы токамак и проект ИТЭР» (PDF) . www.apam.columbia.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 11 декабря 2013 г. Проверено 11 сентября 2012 г.
- ^ «Центр плазменной науки и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института: исследования>алькатор>информация» . Архивировано из оригинала 17 июня 2012 г. Проверено 11 сентября 2012 г. получено 11 сентября 2012 г.
- ^ «Первые результаты работы токамака в Великобритании открывают ШАГ на пути к коммерческому термоядерному синтезу» . 25 мая 2021 г.
- ^ Фэн, Ю; и др. (2006). «Физика островных диверторов на примере W7-AS» . Нукл. Слияние . 46 (8): 807–819. Бибкод : 2006NucFu..46..807F . дои : 10.1088/0029-5515/46/8/006 . hdl : 11858/00-001M-0000-0027-0DC4-8 . S2CID 62893155 .
- ^ Шмитц, О; и др. (2021). «Стабильное отделение тепла и потока частиц с эффективным выхлопом частиц в островном диверторе Wendelstein 7-X» . Нукл. Слияние . 61 (1): 016026. Бибкод : 2021NucFu..61a6026S . дои : 10.1088/1741-4326/abb51e . hdl : 21.11116/0000-0007-A4DC-8 . ОСТИ 1814444 . S2CID 225288529 .
- ^ Эффенберг, Ф; и др. (2019). «Первая демонстрация радиационного выхлопа энергии с засевом примесей в островном диверторе в Вендельштайне 7-X» (PDF) . Нукл. Слияние . 59 (10): 106020. Бибкод : 2019NucFu..59j6020E . дои : 10.1088/1741-4326/ab32c4 . S2CID 199132000 .
- ^ Стефи, Л; и др. (2018). «Влияние магнитных островов на краю плазмы на подпитку и выхлоп частиц в стеллараторах HSX и W7-X» . Физика плазмы . 25 (6): 062501. Бибкод : 2018PhPl...25f2501S . дои : 10.1063/1.5026324 . hdl : 21.11116/0000-0001-6AE2-9 . S2CID 125652747 .
- ^ Якубовский, М; и др. (2021). «Обзор результатов диверторных экспериментов с прикрепленной и отделенной плазмой на Вендельштейне 7-X и их значение для установившейся работы» . Нукл. Слияние . 61 (10): 106003. Бибкод : 2021NucFu..61j6003J . дои : 10.1088/1741-4326/ac1b68 . S2CID 237408135 .
- ^ Морисаки, Т; и др. (2013). «Первоначальные эксперименты по управлению краевой плазмой с помощью закрытого спирального дивертора в LHD» . Нукл. Слияние . 53 (6): 063014. Бибкод : 2013NucFu..53f3014M . дои : 10.1088/0029-5515/53/6/063014 . S2CID 122537627 .
- ^ Бузер, АХ (2015). «Дизайн Стелларатора» . Журнал физики плазмы . 81 (6): 515810606. Бибкод : 2015JPlPh..81f5106B . дои : 10.1017/S0022377815001373 .
- ^ Бадер, Аарон (6 декабря 2018 г.). «Прогресс в исследованиях дивертора и краевого транспорта для стеллараторной плазмы» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2023 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Снежинка и концепция множественных диверторов. Март 2016 г. Архивировано 29 марта 2016 г. в Wayback Machine.
Внешние ссылки
[ редактировать ] | Эта физике плазмы статья, посвященная , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |