Электромагнитная ловушка для получения и удержания высокотемпературной плазмы

Электромагнитная ловушка для получения и удержания высокотемпературной плазмы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3(51) 4 21 В 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ..

К ABTOPCKOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

„г 2 (+„ -г„ где и

Р„, число пар проводников; соответственно, меньший и больший радиусы цилиндрических поверхностей, на которых расположены проводники, см; сила тока в проводниках, А; минимально допустимая энергия электронов в ловушке, эВ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3343796/1 8-25 (22) 06.10.81 (46) 30.12.83. Бюл. 9 48 (72). Н.Н.Саппа. (53) 533.9 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 602067, кл. Н 05 Н 1/00, 1975.

2. Лаврентьев О.A. и др.. "Бесси-. ловые системы с цилиндрической магнитной стенкой для удержания высокой температурной плазмы". "Украинский физический журнал", т.23/1978/, )) 3, стр. 418-422 )прототип !. (54)(57) ЭЛЕКТРОМАГHHTHAR ЛОВУШКА

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И УДЕРЖАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ, содержащая запирающие электроды и четное количество проводников, поровну распределенных по образующим. двух соосных ловушке цилиндрических поверхностей, причем соседние проводники, расположенные на разных поверхностях смещены относительно друг друга на одинаковый угол, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения средней энергии плазмы в ловушке путем удаления .из плазмы в ловушке медленных электронов, в нее введены расположенные за ближайшими к оси ловушки проводниками ленточные коллекторы, расстояния краев которых i" от оси ловушки определены из уравнения магнитной поверхности

Штермера:

1025262

Изобретение относится к физике плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза.

Известна электромагнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы, содержащая размещенные в тор- 5 цовых частях вакуумной камеры соосные соленоиды, запирающие электроды и четное количество проводников, расположенных по образующим цилиндрической поверхности соосно соленои- 10 дам (1).

Недостатком известного устройства являются большие потери плазмы через магнитные щели.

Наиболее близкой к изобретению 15 по технической сущности является электромагнитная ловушка для получения и удержания высокотемпературной плазмы, содержащая размещенные в торцовых частях вакуумной камеры соосные соленоиды, запирающие электроды и четное количество проводников, поровну распределенных по образующим двух соосных ловушке цилиндрических поверхнос25 тей, причем соседние проводники, расположенные на разных поверх— ностях, смещены относительно друг друга на одинаковый угол. По проводникам находящимся на разных циГ

30 линдрических поверхностях, пропускают встречно-параллельные токи, создающие слабое поперечное магнитное поле в пространстве между проводниками, силовые линии которого огибают токонесущие проводники и замыкают объем удерживаемой плазмы. Благодаря этому в ловушке снижается утечка плазмы из объема..удержания. Слабое поперечное магнитное поле в пространстве между проводни- 40 ками не оказывает влияния на движение быстрых электронов, но вынуждает медленные .электроны ионизации процессировать вдоль силовых линий магнитного поля, в результате чего 45 медленные электроны накапливаются между проводниками, создавая дополнительный объемный заряд .Г27.

Недостатком такой электромагнитной ловушки является малая средняя энергия плазмы, обусловленная тем, что образовавшиеся в процессе ионизации плазмы медленные электроны создают в пространстве между проводниками дополнительный отрицательный объемный заряд, который уменьшает эффективную энергию инжекции электронов в ловушку и, следовательно, среднюю энергию плазмы.

Целью изобретения является повышение средней энергии плазмы в 60 ловушке путем удаления из нее медленных электронов.

Это достигается тем, что в электромагнитную ловушку, содержащую размещенные в торцовых частях ва- 5 куумной камеры соосные соленоиды, запирающие электроды и четное количество проводников, поровну распределенных по образующим двух соосных ловушке цилиндрических поверхностей, причем соседние проводники, расположенные на разных поверхностях, смещены относительно друг друга на одинаковый угол, введены расположенные за ближайшими к оси ловушки проводниками ленточные коллекторы, расстояние краев r которых от оси ловушки определены из уравнения магнитной поверхности Штермера

2(Я)(2) где п — число пар проводников;

Я, Р— соответственно меньший и

1 больший радиусы цилиндрических поверхностей, на которых расположены проводники см

3 — сила тока в проводниках,A;

E — минимально допустимая энергия электронов в ловушке, эВ.

Размещение ленточных коллекторов за проводниками, которые расположены ближе к оси ловушки, позволяет собирать медленные электроны, двигающиеся вдоль силовых линий магнитного поля, на коллекторах и выводить электроны из объема ловушки.

Ширина коллектора (расстояние краев от оси ловушки ), определенная из уравнения магнитной поверхности позволяет собрать все медленные электроны, энергия которых меньше минимально допустимой энергии электронов в ловушке Е

На фиг. 1 представлена ловушка, продольный разрез, на фиг. 2 то же, поперечный разрез.

Электромагнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы содержит соленоиды 1, запирающие электроды 2, проводники 3 и ленточные коллекторы 4.

Соленоиды 1 расположены в торцовых частях вакуумной камеры (на чертеже не показана ). Проводники 3 поровну распределены по образующим двух соосных ловушке цилиндрических поверхностей с радиусами Р„ и

R< причем R< (йт

Соседние проводники, расположенные на поверхностях разных радиусов, смещены относительно друг друга нъ одинаковый угол (на чертеже не показан). Ленточные коллекторы 4 установлены за проводниками 3, расположенными по образующим ближайшей к оси ловушки цилиндрической поверхности с радиусом к„.

1025262

;т =т.- "— (ф -дф).

25.

Фиа2

BHHHPH Заказ 10567/9 Тираж 427 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород,ул. Проектная, 4

Расстояния r концов коллектора от оси ловушки определены из уравнения поверхности Штермера (11.

Предлагаемая электромагнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы работает следующим образом.

По достижении необходимого вакуума в ловушке к запирающим электродам 2 прикладывают отрицательный потенциал. Соленоиды 1 встречно подключают к источнику питания. По проводникам 3, расположенным на . разном расстоянии оТ оси ловушки, пропускают равные и противоположно направленные токи, создающие в области магнитных щелей слабое поперечное поле (магнитную стенку), силовые линии 5 которого огибают проводники и замыкаются вокруг рабочего объема ловушки.

После этого в электромагнитную ловушку напускают рабочий газ и инжектируют поток быстрых электронов ° В результате ионизации рабочего газа образуются ионы и медленные электроны ионизации. Быстрые электроны свободно прохбдят в магнитные щели и отражаются обратно в ловушку запирающими электродами 2.

Медленные электроны, энергия которых 6 меньше минимально допус- тимой энергии электронов в ловушке, захватываются поперечным магнитным полем и, двигаясь вдоль силовых линий 5, попадают на коллектор 4.

Следовательно, предлагаемая ло-, 5 вушка позволяет повысить среднюю энергию плазмы, так как обеспечивает удаление медленных электронов плазмы и тем саввам практически устраняет провисание потенциала между

10 проводниками, которое снижает среднюю эффективную энергию инжекции электронов.

Величина провисания потенциала Ф, зависящеro от наличия медленных электронов в пространстве между проводниками (в магнитных щелях ), бывает порядка 1/2 и больше чем ускоряющий электроны потенциал анод— катодного пространства ф „. Для простого случая равенства средних электронных и ионных температур

Для прототипа эта величина порядка 625 эВ. При использовании предлагаемого устройства йф может быть очень малой величиной, и Т при этом возрастает примерно в два раза.