Магнитное зеркало
Магнитное зеркало , известное как магнитная ловушка (магнитный захват) в России и кратко как пиротрон в США, представляет собой тип устройства магнитного удержания, используемого в термоядерной энергетике для захвата высокотемпературной плазмы с помощью магнитных полей . Зеркало было одним из первых основных подходов к термоядерной энергии, наряду со стелларатором и машинами Z-пинча .
В классическом магнитном зеркале конфигурация электромагнитов используется для создания области с увеличивающейся плотностью силовых линий магнитного поля на обоих концах области удержания. Частицы, приближающиеся к концам, испытывают возрастающую силу, которая в конечном итоге заставляет их изменить направление и вернуться в область удержания. [1] Этот зеркальный эффект будет возникать только для частиц в пределах ограниченного диапазона скоростей и углов сближения, те, что за пределами этих пределов, будут ускользать, делая зеркала по своей сути «дырявыми».
Анализ ранних термоядерных устройств, проведенный Эдвардом Теллером , показал, что основная концепция зеркала по своей сути нестабильна. В 1960 году советские исследователи представили новую конфигурацию «минимум-B», чтобы решить эту проблему, которая затем была преобразована британскими исследователями в «бейсбольную катушку», а США - в схему «магнит инь-ян». Каждое из этих нововведений приводило к дальнейшему повышению производительности, устранению различных нестабильностей, но требовало все более крупных магнитных систем. Концепция тандемного зеркала , разработанная в США и России примерно в одно и то же время, предложила способ создания машин с положительной энергией, не требующих огромных магнитов и затрат энергии.
К концу 1970-х многие проблемы проектирования считались решенными, и Ливерморская лаборатория Лоуренса приступила к проектированию испытательной установки Mirror Fusion Test Facility (MFTF) на основе этих концепций. Машина была завершена в 1986 году, но к этому времени эксперименты на меньшем Tandem Mirror Experiment выявили новые проблемы. В результате сокращения бюджета MFTF был законсервирован и в конечном итоге списан. В концепции термоядерного реактора под названием « Ухабистый тор » использовалась серия магнитных зеркал, соединенных в кольцо. Он исследовался в Национальной лаборатории Ок-Риджа до 1986 года. [2] С тех пор зеркальный подход получил меньше развития в пользу токамака ., но зеркальные исследования продолжаются и сегодня в таких странах, как Япония и Россия. [3]
Концепция удержания плазмы магнитным зеркалом была предложена в начале 1950-х годов независимо друг от друга Гершем Будкером [4] из Курчатовского института , Россия, и Ричардом Ф. Постом из Ливерморской национальной лаборатории им . Лоуренса в США. [5]
С созданием проекта «Шервуд» в 1951 году Пост начал разработку небольшого устройства для проверки конфигурации зеркала. Он состоял из линейной трубки из пирекса с магнитами снаружи. Магниты были расположены в два набора: один набор небольших магнитов, равномерно распределенных по длине трубки, и другая пара гораздо больших магнитов на каждом конце. В 1952 году они смогли продемонстрировать, что плазма внутри трубки удерживалась гораздо дольше, когда магниты зеркала на конце были включены. В то время он называл это устройство «пиротроном», но это название не прижилось.
