Магнитно-удерживаемая термоядерная плазма, такая как генерируемая в токамаках и стеллараторах , характеризуется типичной формой. Формирование плазмы - это исследование формы плазмы в таких устройствах, и оно особенно важно для термоядерных устройств следующего шага, таких как ИТЭР . Эта форма частично обуславливает работу плазмы. В частности, токамаки являются осесимметричными устройствами, поэтому форму плазмы можно полностью определить по ее поперечному сечению .
История
Первые конструкции термоядерных реакторов имели круглое поперечное сечение просто потому, что их было легко спроектировать и понять. Обычно термоядерные аппараты, использующие тороидальную компоновку, такие как токамак и большинство стеллараторов , размещают свои магнитные поля так, чтобы ионы и электроны в плазме перемещались вокруг тора с высокими скоростями. Однако, поскольку окружность пути на внешней стороне области плазмы длиннее, чем на внутренней, это вызвало несколько эффектов, которые нарушили стабильность плазмы.
В 1960-х годах для решения этих проблем использовался ряд различных методов. Обычно они использовали комбинацию нескольких магнитных полей, чтобы заставить чистое магнитное поле внутри устройства закручиваться в спираль. Ионы и электроны, следующие по этим линиям, обнаруживали, что перемещаются внутрь, а затем 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 катушек с током, чтобы сделать линии не только спиральными, но и несимметричными. Это привело к серии экспериментов с использованием C- и D-образных объемов плазмы. [ необходима цитата ] .
Увеличивая ток в одной (или нескольких) формирующих катушках до достаточно высокой степени, можно создать одну (или несколько) «X-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 магнитного потока, внешние по отношению к этой поверхности, не ограничены, сепаратриса определяет последнюю замкнутую поверхность потока (LCFS). Раньше LCFS устанавливалась путем введения в плазму ограничителя материала, который фиксировал температуру и потенциал плазмы (среди других величин) равными таковым ограничителя. Плазма, которая вылетела из LCFS, сделала бы это без предпочтительного направления, потенциально повреждая инструменты. Посредством установления X-точки и сепаратрисы край плазмы отделяется от стенок сосуда, а отработанное тепло и частицы плазмы предпочтительно отводятся к известной области сосуда около X-точки.
Поперечное сечение
В простом случае плазмы с симметрией вверх-вниз поперечное сечение плазмы определяется с использованием комбинации четырех параметров: [ необходима цитата ]
- удлинение плазмы ,, где - малый радиус плазмы, - высота плазмы, отсчитываемая от экваториальной плоскости ,
- треугольность плазмы ,, определяемое как расстояние по горизонтали между большим радиусом плазмы и точка X,
- угол между горизонталью и последней замкнутой поверхностью потока плазмы (LCFS) со стороны слабого поля,
- угол между горизонталью и последней замкнутой поверхностью потока плазмы (LCFS) со стороны сильного поля.
В общем (без симметрии вверх-вниз) может быть верхняя треугольность и нижняя треугольность. [1]
Смотрите также
Внешние ссылки
- Треугольность - с диаграммой и источником
- Эллиптичность - с диаграммой и источником