Способ стабилизации высокотемпературной плазмы в осесимметричной амбиполярной ловушке Советский патент 1987 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к области физики плазмы, в 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 осущест- ю вления способа; на фиг.2 - распределение давления Р по длине силовой линии 1.

Ловушка включает в себя катушки 1 (образуют область встречных пробок), is катушки 2 (образуют дополнительные пробочные поля), силовые линии 3, область, встречных пробок 4, дополнительные пробочные поля 5. Координата 1 обозначает положение минимума маг- 20 нитного поля на силовой линии. Координаты -г J и 7, соответствуют положению пробок на осях во встречных пробочных полях, Ij, - положению максимального давления Р„, 1 размеру 25 области неадиабатичности. Профиль дав- ления характеризуется наличием спада к центру и пробкам. Величина допустимого спада определяется двумя условиями: на МГД-устойчивость и на неис - ЗО кажёние вакуумного магнитного поля. Второе условие можно записать в виде1/16 3- -™ - 1, где X 1/1„,

Р ° Р м Р которое при /3 « 1 легко выполняется. Анализ первого условия более слр жен, но возможность значительного .уменьшения давления к центру очевидна. Для количественньр оценок используются значения давления 40 в центре Р , равного 0,1Р.

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 области неадиабатичности и мощности потерь. Объем неадиабатичности можно оценить по gg формуле

V, 1п(3{3/, IJIJ,

зТТ

Размер неадиабатичности

35

55

Ч

где jO 4,5 ()

(/2

электронный ларморовскии

радиус в точке l, , Время вытекания

плазмы г г , где М - масса иона. Мощность потерь из области неадиабатичности Рц ПоТрУц/г,

гдеплотность плазмы в центре.

s 5 О

0

5

g

5

5

Мощность потерь 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 в 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 , Имеется целый ряд эффектов, которые могут существенно снизить величину 1,.

В разработанных проектах реакторов температура электронов существенно превышает указанные 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 в этой области, на выходе из области встречных полей создают дополнительные пробочные магнитные поля. Они заполняются плазмой, которая обеспечивает амбиполяр- ный потенциальный барьер для неадиа- батичных частиц в центре каспа.Энергетические затраты на поддержание плазмы в них незначительны. Действительно, чтобы обеспечить амбиполярное удержание неадиабатических частиц, давление плазмы в этих дополнительных пробочных полях должно бь1ть порядка нескольких единиц Р . 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 неа-. диабатической области. Поскольку магнитное поле в ловушках значительно больше, чем магнитное поле на внешней силовой линии каспа, то величина f в них существенно ниже, чем в рабочей области каспа. При этом, если длины магнитных ловушек не слишкой малы (например, сравнимы с разме рами каспа), плазма в дополнительных ловушках не влияет на устойчивость системы как целого.

Изобретение позволяет обеспечивать устойчивое-удержание высокотемпературной плазмы при значительно более простой системе якорей и при милых на уровне нескольких сотен кВт) энергетических затрат на них.

Формула изобретения

1. Способ стабилизации высокотемературной плазмы в осесимметричной амбиполярной ловушке с помощью

Магнитное поле в точке максимального давления, Т

Размер области неадиаба- тичности, м

Максимальное давление плазмы, эВсм

-3

Плотность плазмы в центре,см

Температура электронов в центре, кэВ

Мощность потерь из неадиабатической области, кВт 12

Мощность потерь из адиарати- ческой области, кВт 20

288474

встречных магнитных полей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергетических затрат;, область встречных магнитных полей заполняют горячими электронами до нуля магнитного поля.

2. Способ по п.1, отличающий с я тем, что на выходе из об10 ласти встречных магнитных Полей создают дополнительные пробочные магнитные поля, образующие ловушки, которые заполняют плазмой, обеспечивающей амбиполярный потенциальный барьер

15 для неадиабатичных частиц в центре области встречных магнитных полей.

1 ,02 1 0,018 0,04

10

16

2,5-10

12

З Ю

8,3

2000

14000

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

JL

Редактор Н.Лазаренко

Составитель В.Чуянов Техред А.Кравчук

Заказ 3491/52Тираж 394Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб,, д.4/5

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

Корректор В. Бутяга