Обратное поле щипка

Устройство удержания плазмы магнитным полем

Профиль q в обратном поле пинча

Полоидальное поле в обратном поле пинча

Пинч с обратным полем ( RFP ) — это устройство, используемое для получения и удержания плазмы , близкой к термоядерной . Это тороидальный пинч , который использует уникальную конфигурацию магнитного поля в качестве схемы для магнитного удержания плазмы, в первую очередь для изучения термоядерного синтеза с магнитным удержанием . Его магнитная геометрия несколько отличается от геометрии токамака . По мере того, как вы движетесь радиально, часть магнитного поля, указывающая тороидально, меняет свое направление, что приводит к появлению термина « обратное поле» . Эта конфигурация может поддерживаться при сравнительно более низких полях, чем у токамака с аналогичной плотностью мощности. Одним из недостатков этой конфигурации является то, что она имеет тенденцию быть более восприимчивой к нелинейным эффектам и турбулентности. Это делает ее полезной системой для изучения неидеальной (резистивной) магнитогидродинамики . RFP также используются при изучении астрофизической плазмы , которая имеет много общих черт.

Крупнейшим устройством Reverse Field Pinch, которое в настоящее время находится в эксплуатации, является RFX (R/a = 2/0,46) в Падуе , Италия . Другие включают MST (R/a = 1,5/0,5) в Соединенных Штатах, EXTRAP T2R (R/a = 1,24/0,18) в Швеции, RELAX (R/a = 0,51/0,25) в Японии и KTX (R/a = 1,4/0,4) в Китае.

Характеристики

В отличие от токамака , который имеет гораздо большее магнитное поле в тороидальном направлении, чем в полоидальном, RFP имеет сопоставимую напряженность поля в обоих направлениях (хотя знак тороидального поля меняется на противоположный). Более того, типичный RFP имеет напряженность поля примерно в половину или одну десятую от напряженности поля сопоставимого токамака. RFP также полагается на движущий ток в плазме для усиления поля от магнитов через эффект динамо.

Магнитная топология

Внутреннее поле в запросе предложений

Пинч с обратным полем работает в направлении состояния с минимальной энергией .

Линии магнитного поля свободно закручиваются вокруг центрального тора . Они закручиваются наружу. Вблизи края плазмы тороидальное магнитное поле меняет направление, и линии поля закручиваются в обратном направлении.

Внутренние поля больше полей у магнитов .

Запрос предложений в области исследований термоядерного синтеза: сравнение с другими конфигурациями ограничения

У данного предложения есть много особенностей, которые делают его многообещающей конфигурацией для потенциального термоядерного реактора.

Преимущества

1. Сверхпроводящие магниты:
   • RFP могут не нуждаться в сверхпроводящих магнитах , что обеспечивает значительное преимущество перед токамаками.
   • Сверхпроводящие магниты — хрупкие, дорогие устройства, которые необходимо защищать от нейтронной термоядерной среды.
2. Оболочка как магнитная катушка:
   • В некоторых экспериментах RFP, например, с симметричным тором Мэдисона , в качестве магнитной катушки используется плотно прилегающая оболочка.
   • Проведение тока через саму оболочку является привлекательным для конструкции реактора.
   • Твердая медная оболочка может оказаться более устойчивой к воздействию нейтронов высокой энергии по сравнению со сверхпроводящими магнитами.
3. Нестабильность поверхности:
   • RFP подвержены нестабильности поверхности, что требует использования плотно прилегающей оболочки.
4. Бета-лимит:
   • Для запросов предложений не существует установленного бета-лимита .
5. Возможность зажигания:
   • Существует вероятность, что обратное замыкание поля может обеспечить зажигание исключительно за счет омической мощности.
   • Это предполагает пропускание тока через плазму и выработку тепла за счет электрического сопротивления, а не за счет электронного циклотронного резонанса , что потенциально упрощает конструкцию реактора по сравнению с токамаками.
   • Однако его нельзя эксплуатировать в устойчивом режиме.

Недостатки

Несколько ключевых областей представляют проблемы в разработке реакторов RFP. Исследователи активно работают над решениями этих проблем:

• Механизмы привода тока: Текущие устройства RFP полагаются на метод, известный как привод омического тока, который имеет ограничения. Исследователи изучают альтернативные методы привода тока для повышения эффективности и контроля.
• Смягчение режима разрыва: плазма RFP подвержена режимам разрыва, которые могут негативно влиять на производительность. Разработка методов активного управления для этих режимов имеет решающее значение для достижения стабильного удержания плазмы.
• Оптимизация удержания плазмы: Текущие устройства RFP достигают более короткого времени удержания плазмы по сравнению с токамаками . Продолжаются исследования по оптимизации удержания плазмы в RFP, включая изучение влияния размера устройства с помощью таких проектов, как Madison Symmetric Torus (MST).
• Соображения по конструкции оболочки: Конструкция RFP требует размещения проводящей оболочки близко к плазме, что представляет инженерные проблемы для проектирования реактора. Исследования сосредоточены на оптимизации конфигурации оболочки для баланса производительности и практичности.
• Стратегии обслуживания систем управления плазмой: Определенные конструкции RFP используют сложные системы катушек для управления плазмой. Близость этих катушек к среде высокотемпературной плазмы требует разработки надежных стратегий обслуживания для обеспечения их долгосрочной функциональности.

Исследования физики плазмы

Reverse Field Pinch также интересен с точки зрения физики. Динамика RFP очень турбулентна. RFP также демонстрируют сильное плазменное динамо, подобное многим астрофизическим телам. Базовая плазменная наука является еще одним важным аспектом исследования Reverse Field Pinch.

Смотрите также

• Доминик Франк Эсканд

Внешние ссылки

• RFX: Эксперимент с обратным полем
• Измерение сверхтеплового потока электронов и температуры в эксперименте по пинчу с обращенным полем с помощью электростатического анализатора энергии электронов