Магнитно-удерживаемая термоядерная плазма , например, генерируемая в токамаках и стеллараторах, характеризуется типичной формой. Формирование плазмы — это изучение формы плазмы в таких устройствах, и оно особенно важно для устройств термоядерного синтеза следующего шага, таких как ИТЭР . Эта форма частично обуславливает производительность плазмы. Токамаки, в частности, являются осесимметричными устройствами, и поэтому можно полностью определить форму плазмы по ее поперечному сечению .
Ранние конструкции термоядерных реакторов имели тенденцию иметь круглое поперечное сечение просто потому, что их было легко проектировать и понимать. Как правило, термоядерные машины, использующие тороидальную компоновку, такие как токамак и большинство стеллараторов , организуют свои магнитные поля таким образом, чтобы ионы и электроны в плазме двигались вокруг тора с высокими скоростями. Однако, поскольку окружность пути снаружи плазменной области длиннее, чем внутри, это вызывало несколько эффектов, которые нарушали стабильность плазмы.
В 1960-х годах для решения этих проблем было использовано несколько различных методов. Обычно они использовали комбинацию нескольких магнитных полей, чтобы заставить чистое магнитное поле внутри устройства скручиваться в спираль. Ионы и электроны, следующие по этим линиям, обнаруживали, что перемещаются внутрь, а затем наружу плазмы, перемешивая ее и подавляя некоторые из наиболее очевидных нестабильностей.
В 1980-х годах дальнейшие исследования в этом направлении продемонстрировали, что дальнейшие достижения возможны при использовании внешних токопроводящих катушек, чтобы сделать линии не только спиральными, но и несимметричными. Это привело к серии экспериментов с использованием плазменных объемов C и D-образной формы. [ необходима цитата ] .
Увеличивая ток в одной (или нескольких) формирующих катушках до достаточно высокой степени, можно создать одну (или несколько) «точек X». Точка X 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 устанавливалась путем вставки материального ограничителя в плазму, который фиксировал температуру и потенциал плазмы (среди других величин) равными таковым у ограничителя. Плазма, которая выходила из LCFS, делала это без предпочтительного направления, что потенциально могло повредить приборы. Устанавливая точку X и сепаратрису, плазменный край отделяется от стенок сосуда, а отработанное тепло и плазменные частицы предпочтительно отводятся в известную область сосуда вблизи точки X.
В простом случае плазмы с симметрией «вверх-вниз» поперечное сечение плазмы определяется с помощью комбинации четырех параметров: [ необходима ссылка ]
В общем случае (без симметрии вверх-вниз) может быть верхняя и нижняя треугольность. [1]
Токамаки могут иметь отрицательную треугольность. [2] [3]
