Режим строгого заключения

В физике плазмы и термоядерном синтезе с магнитным удержанием режим высокого удержания (H-режим) представляет собой явление и рабочий режим усиленного удержания в тороидальной плазме, такой как токамаки . Когда приложенная мощность нагрева превышает некоторый порог, тороидальная плазма резко переходит из режима низкого удержания (L-режим) в H-режим, где время удержания энергии увеличивается примерно вдвое.

В H-режиме изменение удержания наиболее заметно на краю плазмы, где градиент давления быстро увеличивается из-за увеличения плотности краев, что приводит к образованию структуры, напоминающей пьедестал, в радиальном профиле плазмы. параметры. Он также обычно характеризуется типом магнитогидродинамической нестабильности, называемой модами, локализованными на краю (ELM) , которые проявляются как периодические всплески частиц и теплового потока и потенциально могут вызвать чрезмерный нагрев компонентов, обращенных к плазме .

Физический механизм H-режима в настоящее время неясен. Считается, что улучшенное удержание связано со значительным уменьшением турбулентности плазмы на краях. Возможное объяснение связано с увеличением сдвига потока, который подавляет турбулентный транспорт на краю плазмы.

H-режим был открыт Фридрихом Вагнером и его командой в 1982 году во время экспериментов по нагреву нейтральным лучом на ASDEX . ^[1] С тех пор он был воспроизведен во всех основных устройствах тороидального удержания и планируется использовать в работе ИТЭР .

Масштабирование ограничения

Из тройного продукта термоядерного синтеза известно, что как температура, так и время удержания энергии термоядерного топлива должны быть достаточно высокими для термоядерного воспламенения . Однако было обнаружено, что время удержания энергии обратно пропорционально приложенной мощности. До открытия H-режима все токамаки работали в так называемом L-режиме, или режиме низкого ограничения. L -режим характеризуется относительно большой турбулентностью, которая позволяет энергии выходить из ограниченной плазмы. Время удержания энергии $\tau _{E}$ для токамака L-режим определяется эмпирически масштабным выражением ITER89-P: ^[2]

\tau _{E}^{\text{ITER89-P}}=0.038M^{0.5}I_{\text{P}}^{0.85}R^{1.5}\epsilon ^{0.3}\kappa ^{0.5}n^{0.1}B^{0.2}P^{-0.5}

где

$M$ - изотопное массовое число водорода
$I_{\text{P}}$ ток плазмы в ${\text{MA}}$
$R$ это большой радиус в ${\text{m}}$
$\epsilon$ это обратное соотношение сторон
$\kappa$ удлинение плазмы
$n$ – усредненная по линии плотность плазмы в $10^{19}{\text{m}}^{-3}$
$B$ тороидальное магнитное поле в ${\text{T}}$
$P$ - общая мощность нагрева в ${\text{MW}}$

было обнаружено В 1982 году на токамаке ASDEX , что, когда приложенная мощность нагрева превышает определенный порог, плазма самопроизвольно переходит в состояние с более высоким удержанием, где время удержания энергии примерно удваивается по величине. ^[1] хотя и по-прежнему демонстрирует обратную зависимость от мощности нагрева. Этот улучшенный режим удержания назывался H-режимом, а предыдущее состояние более низкого удержания, в свою очередь, называлось L-режимом.

Благодаря улучшенным свойствам удержания H-режим быстро стал желаемым режимом работы для большинства будущих конструкций реакторов токамака. Физическая основа ИТЭР основана на эмпирическом масштабировании времени удержания энергии в H-режиме ELMy. ^[3] Одно из таких масштабов под названием IPB98(y,2) гласит:

\tau _{E}^{\text{IPB98(y,2)}}=0.0562M^{0.19}I_{\text{P}}^{0.93}R^{1.97}\epsilon ^{0.58}\kappa ^{0.78}n^{0.41}B^{0.15}P^{-0.69}

Физические свойства

Левый переход

Краевой транспортный барьер и постамент

Краевые локализованные режимы (ELM)

См. также

Краевой режим , нестабильность H-режима

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Как Фриц Вагнер «открыл» H-режим .
^ Юшманов, П.Н.; Такизука, Т.; Ридель, Канзас; Кардаун, OJWF; Корди, Дж. Г.; Кэй, С.М.; Пост, Делавэр (1 октября 1990 г.). «Скейлинги для удержания энергии токамака». Ядерный синтез . 30 (10): 1999–2006. arXiv : 1910.02381 . дои : 10.1088/0029-5515/30/10/001 .
^ Группа экспертов по физике ИТЭР по локализации и транспортировке; Экспертная группа ИТЭР по физике по моделированию конфайнмента и базе данных; Редакторы физических основ ИТЭР (декабрь 1999 г.). «Глава 2: Удержание и транспортировка плазмы». Ядерный синтез . 39 (12): 2175–2249. Бибкод : 1999NucFu..39.2175I . дои : 10.1088/0029-5515/39/12/302 . {{cite journal}}: |last3= имеет общее имя ( справка )

Эта физикой статья, связанная с , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[Iter-ra-1] Jump up to: ^а ^б Как Фриц Вагнер «открыл» H-режим .

[2] Юшманов, П.Н.; Такизука, Т.; Ридель, Канзас; Кардаун, OJWF; Корди, Дж. Г.; Кэй, С.М.; Пост, Делавэр (1 октября 1990 г.). «Скейлинги для удержания энергии токамака». Ядерный синтез . 30 (10): 1999–2006. arXiv : 1910.02381 . дои : 10.1088/0029-5515/30/10/001 .

[3] Группа экспертов по физике ИТЭР по локализации и транспортировке; Экспертная группа ИТЭР по физике по моделированию конфайнмента и базе данных; Редакторы физических основ ИТЭР (декабрь 1999 г.). «Глава 2: Удержание и транспортировка плазмы». Ядерный синтез . 39 (12): 2175–2249. Бибкод : 1999NucFu..39.2175I . дои : 10.1088/0029-5515/39/12/302 . {{cite journal}}: |last3= имеет общее имя ( справка )

[1]

[2]

[3]