Классическая диффузия является ключевым понятием в мощности гибридного и в других областях , где плазма удерживается в магнитном поле . Он учитывает столкновения между ионами в плазме, которые заставляют частицы перемещаться по разным траекториям и в конечном итоге покидать ограничивающий объем. Он масштабируется с 1 / B 2 , где B - напряженность магнитного поля , подразумевает, что время удержания может быть значительно улучшено за счет небольшого увеличения напряженности поля. На практике скорости, предлагаемые классической диффузией, не были обнаружены в реальных машинах.
Описание
Распространение - это процесс случайного блуждания, который можно количественно оценить по двум ключевым параметрам: Δx, размер шага, и Δt, временной интервал, когда пешеход делает шаг. Таким образом, коэффициент диффузии определяется как D≡ (Δx) 2 / (Δt).
Когда ион помещается в магнитное поле, он будет вращаться вокруг силовых линий, продолжая двигаться вдоль этой линии с любой начальной скоростью. Это создает спиральный путь в пространстве. Радиус пути зависит от силы магнитного поля. Поскольку осевые скорости будут иметь диапазон значений, часто основанный на статистике Максвелла-Больцмана , это означает, что частицы в плазме будут проходить мимо других, когда они догоняют их или догоняют их.
Если учесть, что два таких иона движутся по параллельным осевым траекториям, они могут столкнуться, когда их орбиты пересекаются. В большинстве конфигураций это означает, что существует значительная разница в мгновенных скоростях при столкновении - одна может идти «вверх», а другая - «вниз» по своим спиральным траекториям. Это приводит к тому, что при столкновении частицы разбрасываются, делая их случайными блужданиями. В конце концов, этот процесс заставит любой данный ион в конце концов покинуть границу поля и, таким образом, вырваться из «заключения».
В однородном магнитном поле частица совершает случайное блуждание по силовым линиям на величину шага гирорадиуса ρ≡v th / Ω, где v th обозначает тепловую скорость, а Ω≡qB / m - гирочастоту. Шаги рандомизированы столкновениями, чтобы потерять согласованность. Таким образом, временной шаг или время декогеренции обратно пропорционально частоте столкновений ν c . Скорость диффузии определяется выражением ν c ρ 2 с довольно благоприятным масштабным законом B −2 .
На практике
Когда впервые изучалась тема управляемого термоядерного синтеза, считалось, что плазма будет следовать классической скорости диффузии, и это предполагало, что полезное время удержания будет относительно легко достичь.
Однако в 1949 году группа исследователей плазменных дуг как метода разделения изотопов обнаружила, что время диффузии намного больше, чем предсказывалось классическим методом. Дэвид Бом предложил масштабировать его с помощью B. Если это правда, диффузия Бома будет означать, что полезное время удержания потребует невероятно больших полей.
На практике машины продемонстрировали широкий диапазон скоростей диффузии между этими двумя крайностями.