Многощелевая магнитная ловушка Советский патент 1986 года по МПК H05H1/16 

1

Изобретение относится к физике плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано для создания и удержания высокотемпературной плазмы,

Известна электромагнитная ловушка, удерживающее магнитное поле которой образовано двумя встречновключенными соленоидами, а магнитные вдели закрыты заряженными электродами. Инжектированные в ловушку электроны ионизируют рабочий газ в ловушке, создают и ее центре отрицательньй объемный заряд, электричекое поле которого ускоряет образованные ионизацией газа ионы к центру ловушки и препятствует их выходу поперек магнитного поля. Однако в однощелевых электромагнитных ловушках лишь малая область внутри объема удержания свободна от магнитного поля, и ионы, ускоряясь к центру,захватываются, магнитным полем и не успевают набрать максимально возможную энергию. Это заметно ограничивает среднюю энергию ионов (до величины 50 эВ при запирающем магнитные щели потенциале U -4 кВ) в электромагнитной ловушке

Наиболее близкой к предложенной ловушке является многощелевая электромагнитная ловушка, состоящая из вакуумной камеры с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерно охватьгоающими объем удержания плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образуя магнитные щели, в которых размещены электрода.

Удерживающее магнитное поле создают пропусканием встречно направленных параллельных токов по четному числу проводников, расположенных по образующим- цилиндрической или тороидальной поверхности либо коаксиально ей. Такие многощелевые ловушки имеют, сравнительно с однощелевой, больший объем удержания плазмы, т,е, область, свободную от магнитного поля, что позволяет ускоренному полем иону набрать энергию, соответствующую разности потенциалов центра плазмы и места образования иона, Однако на величине, приобретаемой ионом энергии, существенно сказывается пространственное распред ение ускоряющего ионы потенциала в объеме удержания

53422

и за его границами, Отрицательньй потенциал, установившийся в центре ловушки, плавно спадает к периферии причем основной спад его (около 80%)

5 приходится на область, лежащую вне объема удержания и простирающуюся до ближайшей защемленной поверхности.

Таким образом, несмотря на существование обширной области внутри объема удержания, свободной от магнитного поля, величина средней энергии ионов не достигает максимально возможной величины, что связано с распространением потенциала, ускоряющего ионы, и область, лежащую вне объема удержания.

Целью изобретения является увеличение средней энергии ионов в

20 электромагнитной ловушке,

Это достигается тем, что в электромагнитной ловушке, содержащей вакуумную камеру с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерно

25 охватывающими объем удержания плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образуя магнитные щели, в которых размещены электроды, каждый из проводников снабжен заземленным экра- , ном, поверхность которого совпадает с граничной магнитной поверхностью, причем края соседних экранов закреплены в щелях между проводниками по

, разные стороны медианных плоскостей щелей.

На фиг, 1 изображена предлагаемая электромагнитная ловушка для удержания и нагрева плазмы с акси Q альной симметрией, продольное сечение; на фиг, 2 - то же, с транзитивной симметрией, поперечное сечение.

В. вакуумной камере 1 расположены встречно подключенные к источнику тока проводники 2, равномерно охватьшающие объем удержания плазмы, Между проводниками, с внешней стороны ограниченного ими объема, расположены электроды 3, закрьшающие магнитные щели ловушки. Каждый из проводников 2 снабжен заземленным экраном 4 гиперболической формы, .соответствующей форме магнитных поверхностей, причем края соседних экранов закреплены в щелях между проводниками по разные стороны медианных плоскостей щелей. Устройство работает следующим образом. После достижения необходимого вакуума в вакуумной камере 1 по про водникам 2 пропускают токи для создания удерживающего магнитного поля Причем направления токов в любых двух соседних проводниках противоположны. На электроды 3 подают высокий отрицательный потенциал. После включения,инжектора электронов (не показан) инжектируемые электроны накапливаются в ловушке, образуя в центре ее высокий, относительно расположенных вблизи границы плазмы заземленных экранов 4, отрицательны потенциал. Ионы, появлякмциеся в результате ионизации рабочего газа, ускоряются этим потенциалом в центральную область объемгГ удержания. Граница плазмы определяется краней .магнитной поверхностью, еще hepeceкающей заземленньй экран. Устройств 24 будет работать наиболее эффективно, если внешняя поверхность экрана будет вся совпадать с выбранной магнитной поверхностью, которая в этом случае и будет граничной, т.е. определяющей границу плазмы. Размещение защемленного экрана вблизи границы удержания, плазмы, позволяет создать разность потенциалов между центральной и периферийной областью удерживаемой в ловушке плазмы порядка 1000 В вместо зарегистрированных сейчас экспериментально 200 250 В. Это в свою очередь приведет к более эффективному ускорению ионов, образованных в процессе ионизации и, следовательно, возрас- танию их средней энергии. При разных пространственных распределениях плотности электронов и потенциала в плазме величина средней энергии ионов будет достигать 150-250 эВ, т.е. в 3-5 раз больше по сравнению с прототипом.

МНОГОЩЕЛЕВАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТРАЯ ЛОВУШКА, состоящая из вакуумной |самеры с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерно охватывающими объем удержания плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образуя магнитные щели, в которых размещены электроды, отличающаяся тем, что, с целью повышения средней энергии ионов, каждый из проводников снабжен заземленным экраном, поверхность которого совпадает -с . граничной магнитной поверхностью, причем края соседних экранов закреплены в щелях между проводниками по разные стороны медианных плоскостей щелей.