Способ стабилизации высокотемпературной плазмы в осесимметричной амбиполярной ловушке

Способ стабилизации высокотемпературной плазмы в осесимметричной амбиполярной ловушке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области техники, связанной с проблемой создания управляемого термоядерного реактора . Целью изобретения является уменьшение энергетических затрат на создание стабилизирующего якоря, созданного на основе встречных магнитных полей. Для достижения указанной цели область встречных магнитных полей заполняют не горячими ионами,как ранее, а горячими электронами (температура электронов больше температуры ионов) до нуля магнитного поля. На выходе из области встречных магнитных полей могут создаваться дополнительные пробочные магнитные поля, которые позволяют использовать изобретение в реакторных приложениях. Способ может быть использован для стабилизации других, неамбиполярных, открытых систем. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 1 табл. (Л

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 (21 В 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY С8ИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3928352/24-25 (22) 15.07.85 (46) 07.08.87. -Бюл. У 29 (72) В.В.Арсении и А.А.Сковорода (53) 533.9 (088.8) (56) Димов Г.И,Успехи физических наук, 1980, с.Г31, 723., Димов Г.И. Препринт ИЯФ СО

АН СССР, Новосибирск, 1982, с,82-150, (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ В ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ,АМБИПОЛЯРНОЙ ЛОВУШКЕ (57) Изобретение относится к области техники, связанной с проблемой создания управляемого термоядерного реактора. Целью изобретения является уменьшение энергетических затрат на создание стабилизирующего якоря, созданного на основе встречных магнитных полей, Для достижения указанной цели область встречных магнитных полей заполняют не горячими ионами,как ранее, а горячими электронами (температура электронов больше температуры ионов) до нуля магнитного поля, На выходе иэ области встречных магнитных полей могут создаваться дополнительные пробочные магнитные поля, которые позволяют использовать изобретение в реакторных приложениях. Способ может быть использован для стабилизации других, неамбиполярных, откры- с тых систем. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 1 табл..1328847

Изобретение относится к области физики плазмы, н частности к проблеме создания управляемого термоядерного реактора.

Целью изобретения является уменьшение энергетических затрат на создание стабилизирующих МГД-якорей для амбиполярных ловушек.

На фиг,1 показана схема осуществления способа; на фиг,2 — распределение давления Р по длине силовой линии 1.

Ловушка включает в себя катушки 1 (образуют область встречных пробок), !5 катушки 2 (образуют дополнительные пробочные поля), силовые линии 3> область. встречных пробок 4, дополнительные пробочные поля 5. Координата

1 обозначает положение минимума магнитного поля на силовой линии. Координаты гщ и У.м соответствуют положению пробок на осях во встречных пробочных полях, 1, — положению максимального давления Р„, 1м — размеру 25 области неадиабатичности. Профиль дав ления характеризуется наличием спада к центру и пробкам. Величина допустимого спада определяется двумя условиями: на МГД-устойчиность и на неис 30 кажение вакуумного магнитного поля.

Второе условие можно записать в виде.

1 dP

1/16 P — — — -- (с 1, где х = 1/1 х dx о

Рм P (х), котоРое пРи !3 (1 легко выполняется ° Анализ первого условия более сложен, но нозможность значительного уменьшения давления к центру очевидна, Для количественных оценок используются значения давления в центре p, равного О,lp „, Ц

Энергозатраты на МГД-стабилизацию плазмы определяют затратами энергии на компенсацию утечки энергии из объема неадиабатичности. 45

Приведем соотношение для оценки объема неадиабатичности, времени вытекания плазмы из об.пасти неадиабатичности и мощности потерь. Объем неадиабатичности можно оценить по < формуле

2i 1, 3 а

V = — — — -" — 1п(3!Зг Z /1 ) зГз м м н

Размер неадиабатичности

1„= 4,5 (1,р ) " где 0 — электронный ларморовский å радиус в точке 1,, Время нытекания плазмы r = r /.1Т /М, где М вЂ” масса иона. Мощность потерь из области неадиабатичности Рц = п,1 Ч„ /r, где

n, — плотность плазмы в центре.

Мощность потерь Р из адиабатической области встречных пробок оценивается по кулоновскому времени рассеяния электронов в конус потерь.

Оценка необходимого уровня энергетических затрат для двух конкретных примеров встречных пробок,образованных двумя парами круглых катушек, приведена н таблице. Первый вариант характерен для экспериментальной практики, второй — для реакторных приложений, Приведенные оценки мощности надо рассматривать как максимальные. Это связано, в первую очередь, с выбором размера области неадиабатичности 1 . Имеется целый ряд эффектон, которые могут существенно снизить величину 1„.

В разработанных проектах реакторов температура электронов существенно превышает укаэанные в таблице, так что потери из области неадиаба тичности превышают потери из адиабатической области, Для уменьшения потерь частиц из неадиабатической области каспа и во избежание высокой плотности мощности, затрачиваемой на поддержание плазмы н этой области, на выходе из области встречных полей создают дополнительные пробочные магнитные поля. Они заполняются плазмой, которая обеспечивает амбиполярный потенциальный барьер для неадиабатичных частиц в центре каспа.Энергетические затраты на поддержание плазмы н них незначительны. Действительно, чтобы обеспечить амбиполярное удержание неадиабатических частиц, давление плазмы в этих дополнительных пробочных полях должно быть порядка нескольких единиц P . Объем дополнительных ловушек меньше или сравним с объемом всего каспа и, благодаря большому кулоновскому времени жизни плазмы„ энергетические затраты на них незначительны и распределены на объем, много больший объема неадиабатической области. Поскольку магнитное поле н ловушках значительно больше, чем магнитное поле на внешней силовой линии каспа, то величина 1э в них существенно ниже, чем в рабочей области каспа. При этом, если длины магнитных ловушек не слиш, 1328847

Показатели по варианту

1 2

Магнитный поток в плазме,Вб

0,5

0 05

0,2

Положение пробки по оси r,м

0,6

1,65

Магнитное поле в пробке по оси r Т

5,8

Положение пробки по оси Е,м

0,3

0,85

6,2

0,07 0,21

Магнитное поле в точке максимального давления, Т

1,02 1

0,018 0,04

1б

1 10

3 10

2,5-10

3 10

-9

Плотность плазмы в центре,см

3,3 8,3

Мощность потерь из неадиабатической области, кВт

2000

Мощность потерь из адиафатической области, кВт 20

14000 кой малы (например, сравнимы с размерами каспа), плазма в дополнительных ловушках не влияет на устойчивость системы как целого °

Изобретение позволяет обеспечивать устойчивое удержание высокотемпературной плазмьi при значительно более простой системе якорей и при малых (на уровне нескольких сотен кВт) энергетических затрат на них.

Формула изобретения

l. Способ стабилизации высокотемпературной плазмы в осесимметричной амбиполярной ловушке с помощью

Характеристика процесса

Запас устойчивости, м

Магнитное поле в пробке по оси 2, Т

Положение максимального давления, м

Размер области неадиабатичности, м

Максимальное давление

-э плазмы, эВ.см

Температура электронов в центре, кэВ встречных магнитных нолей, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения энергетических затра, область встречных магнитных полей заполняют горячими электронами до нуля магнитного поля.

2 ° Способ по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что на выходе из области встречных магнитных полей создают дополнительные пробочные магнитные поля, образующие ловушки, которые заполняют плазмой, обеспечивающей амбиполярный потенциальный барьер для неадиабатичных частиц в центре области встречных магнитных полей.

1328847 у

Составитель В.Чуянов

Техред A.Êðàâ÷óê Корректор В. Бутяга

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 3491/52 Тираж 394 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4