Формирование плазмы

с магнитным удержанием Термоядерная плазма , например, генерируемая в токамаках и стеллараторах, характеризуется типичной формой. Формирование плазмы — это исследование формы плазмы в таких устройствах, которое особенно важно для термоядерных устройств следующего этапа, таких как ИТЭР . Эта форма частично определяет характеристики плазмы. Токамаки, в частности, являются осесимметричными можно полностью определить форму плазмы устройствами, а потому по ее поперечному сечению .

История

Ранние конструкции термоядерных реакторов, как правило, имели круглое поперечное сечение просто потому, что их было легко спроектировать и понять. Как правило, термоядерные машины, использующие тороидальную компоновку, такие как токамак и большинство стеллараторов , располагают свои магнитные поля так, чтобы ионы и электроны в плазме перемещались вокруг тора с высокими скоростями. Однако, поскольку окружность траектории снаружи области плазмы длиннее, чем внутри, это вызвало несколько эффектов, нарушивших стабильность плазмы.

В 1960-е годы для решения этих проблем использовался ряд различных методов. Обычно они использовали комбинацию нескольких магнитных полей, чтобы суммарное магнитное поле внутри устройства скручивалось в спираль. Ионы и электроны, следующие по этим линиям, двигались внутрь, а затем и за пределы плазмы, перемешивая ее и подавляя некоторые из наиболее очевидных нестабильностей.

В 1980-х годах дальнейшие исследования в этом направлении показали, что дальнейший прогресс возможен за счет использования внешних токоведущих катушек, чтобы сделать линии не только спиральными, но и несимметричными. Это привело к серии экспериментов с использованием объемов плазмы C и D-образной формы. ^{[ нужна ссылка ]}.

Увеличивая ток в одной (или нескольких) формирующих катушках до достаточно высокой степени, можно создать одну (или несколько) «Х-точек». X-точка определяется как точка в пространстве, в которой полоидальное поле имеет нулевую величину. Поверхность магнитного потока , которая пересекается с точкой X, называется сепаратрисой, и, поскольку все поверхности потока, внешние по отношению к этой поверхности, не ограничены, сепаратриса определяет последнюю замкнутую поверхность потока (LCFS). Раньше LCFS создавался путем введения в плазму материального ограничителя, который фиксировал температуру и потенциал плазмы (среди других величин) равными температуре и потенциалу ограничителя. Плазма, вырвавшаяся из LCFS, будет делать это без какого-либо предпочтительного направления, что потенциально может повредить инструменты. За счет установки X-точки и сепаратрисы край плазмы отделяется от стенок сосуда, а выделяемое тепло и частицы плазмы преимущественно отводятся к известной области сосуда вблизи X-точки.

Поперечное сечение

В простом случае плазмы с симметрией вверх-вниз поперечное сечение плазмы определяется с помощью комбинации четырех параметров: ^{[ нужна ссылка ]}

плазмы удлинение , $\kappa ={b \over a}$ , где $a$ – малый радиус плазмы, $b$ — высота плазмы, измеренная от экваториальной плоскости ,
плазменная треугольность , $\delta$ , определяемый как горизонтальное расстояние между большим радиусом плазмы $R$ и точка Х,
угол между горизонталью и поверхностью последнего закрытого потока плазмы (LCFS) на стороне слабого поля,
угол между горизонталью и поверхностью последнего закрытого потока плазмы (LCFS) на стороне сильного поля.

В общем (без симметрии вверх-вниз) может быть верхняя треугольность и нижняя треугольность. ^{[ 1 ]}

Токамаки могут иметь отрицательную треугольность. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Внешние ссылки

Треугольность - со схемой и исходником
Эллиптичность - с диаграммой и источником

Ссылки

[WFT-1] Треугольность

[NT-2] Токамак отрицательной треугольности: пределы устойчивости и перспективы как термоядерной энергетической системы

[Medvedev-3] Токамак с отрицательной треугольностью: пределы устойчивости и перспективы термоядерной энергетической системы. Медведев, например, см. рис. 1.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]