Способ удержания термоядерной плазмы в замкнутой магнитной ловушке Советский патент 1983 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к областитехники, связанной с проблемой создания управляемого термоядерного реактора. Известны способы удержания высокотемпературной плазмы, основанные на использовании магнитной термоизоляции/ осуществляемой в замкнутых магнитных конфигурациях за счет вращательного преобразования магнитных с ловых линий{токамаки, cтaллapaтopы)ГlJ Однако в этих системах условия равновесия и устойчивости плазмы выполняются, лишь если ее давление Р значительно м еньше магнитного давления , так что/j 8 JTP/jB fc и для удержания плазмы требуются сильные магнитные поля. Тороидальная форма указанных конфигураци приводит к тому, что внутренние области тора с наиболее сильным полем используются неэффективно. Существуют также большие технологические трудности, связанные с проблемой ра мещения сменного бланкеха,диверторов систем нагрева плазмы и инжекции. Эти трудности можно значительно уменьшить, если создать замкнутую магнитную ловушку, включающую достаточно длинные прямолинейные участ ки с однородным магнитным полем, на которых было бы удобно разместить бланкет, дивертор, системы нагрева и инжекции, и другие вспомогательные и диагностические устройства Наиболее близок к предлагаемому способ удержания плазмы в замкнутой магнитной ловушке (стелларатор С ) . содержащей два прямолинейных участ.ка с однородным магнитным полем, концы которых замыкаются двумя торо идальными участками с винтовыми обмотками, создающими вращательное преобразование для обеспечения равновесия плазмы 2, Однако известный способ не позволяет удерживать плазму достаточно высокого давления при большой длине прямых участков, так как тороидаль ные участки плазмы не являются сами по себе равновесными, и максимально допустимое давление плазмы падает при увеличении длины прямых участков. Целью изобретения является созда ние замкнутой магнитной ловушки с как можно более длинными прямолинейными участками, в которой максимально допустимое давление плазмы могло бы ..быть существенно выше, чем в известной ловушке. Для достижения указанной цели со гласно способу удержания термоядерной плазмы в замкнутой магнитной ловушке, в которой имеются длинные участки однородного поля, соединенные замыкающими участками с вращательньйл преобразованием, подбираю конфигурацию магнитного пиля в заыкающих участках так, чтобы в них тдельно выполнялись условия равноесия пла-змы т.е. чтобы токи разеления зарядов в плазме, связаные с неоднородностью магнитного оля в Ътих участках, замыкались в ределах каждого участка, а именно ыполнялось условие Ш 1л(51«зШ1 5-о. () J В (S ) -иг . где 5 - длина дуги магнитной оси замыкающего участка, отсчитывая от его середины/ L, - длина этого участка; Ц(5)- кривизна оси; В(S|- напряженность магнитйого поля на оси; С(5)- текущий угол вращательного преобразования магнитных силовых линий. В замыкающих участках может быть использовано магнитное поле, создаваемое тремя полутораидальными соленоидами, развернутыми на угол 120 по отношению друг к другу. Физический смысл условия ( 1J состоит в том, что силовые линии магнитного поля на концах замыкающего участка остаются параллельными осевой линии прямолинейного участка и при наличии плазмы. Вследствие этого они могут быть непосредственно состыкованы с прямолинейными силовыми линиями участка однородного поля произвольной длины. Эквивалентная интерпретация условия (1 ) состоит в том, что внутренние диамагнитные токи разделения зарядов, обусловленные кривизной и неоднородностью поля в торцовых участках, замыкаются и компенсируются внутри самих этих участков, не распространя-ясь в примыкающие прямолинейные участки. Тороидальные участки известного стелларатора С не обладают этими специфическими свойствами, поэтому в нем максимально допустимое давление плазмы падает при увеличении длины прямых участков, тогда как согласно предлагаемому способу удержания ононе зависит от их длины. Как показывают расчеты, в прос- , тейшем случае замыкающего участка с однородным полем и круглым сечением магнитных поверхностей это давление определяется формулой a7rP/B - ;3 |.5in(o( L/2 Z j K(5|59ino( (S)c3Si (2) Ч/2 5 ci{9| j X{5)6t5 Р - среднее по сечению давление плазмы; У.(5)- кручение магнитной оси/ D - диаметр соленоида (кожуха) ; оСр - полный угол вращательного преобразования на всем обходе оси системы Необходимое условие {1) может выполняться для достаточно широког класса геометрических конфигураций торцов. На чертеже представлена замкнутая магнитная ловушка. Ловушка состоит из двух прямоли нейных участков 1, замыкающих учас ков, каждый из которых составлен и трех одинаковых полуторов 2 (соленой дон I, наклоненных под углом 120 др к другу. Параметр & для такого варианта составляет 5%. На прямых участках магнитное поле целесообразно сделать меньше, чем в замыкающих за счет переходной области 3. При этом параметр р) и полезный объем плазмы увеличиваются. Устойчивость .плазмы в предлагаемых типах магнит ных ловушек может быть обеспечена известныгли методами за счет дополнительных проводников со стабилизирующими токами, магнитное поле которых создает в системе магнитную яму и шир (перекрещенность магнитных силовых линий ). .. Предлагаемый способ удержания плазмы осуществляется, например, следующей последовательностью приемов. В магнитной ловушке создается магнитное поле 2,5-3 Тл в прямолинейных участках. За счет высокочастотной ионизации, газа (дейтерий, смесь дейтерия с тритием или с помощью продольного тока создается плазма с температурой 100 200 эВ при плотности п s, . Последующий нагрев ионов до температуры Ti 10 кэВ осуществляется в.ч. методами (;ионногибридный, циклотронный резонансы J или инжекцией быстрых нейтральных частиц. После зажигания термоядерной реакции стационарный режим осуществляется за счет инжекции топлива (Д-Т смесь К Изобретение позволяет создавать замкнутые магнитные ловушки, обеспечивающие устойчивое удержание высокотемпературной плазмы при меньших значениях магнитного поля по сравнению с токг1маками и стеллараторами. Наличие длинных участков с однородными магнитными полями позволяет существенно увеличить выход термоядерной энергии, не нарушая условий авновесия и устойчивости плазмы, также использовать эти участки для создания более простых -бланкеров, иверторов, систем нагрева плазмы, нжекции топлива и других устройств, еобходимых для работы стационарного ермоядерного реактора.

СПОСОБ УДЕРЖАНИЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ ПЛАЗМЫ В ЗАМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЛОВУШКЕ , в которой имеются участки однородного поля, соединенные с . замыкающими участками с вращательным преобразованием, отличающийс я тем, что, с целью обеспечения устойчивого удержания SHCOKOTeMnepa- турной плазмы с термоядерными njipaметрами независимо от длины участков однородного поля, конфигурацию магнитного поля в замыкающих участках подбирают так, чтобы в пределах каждого участка выполнялось условие i К