Устройство для получения и удержания плазмы в открытой магнитной системе Советский патент 1988 года по МПК G21B1/00 

Од

о

о

4

00

Изобретение относится к исследованиям по физике горячей, плазмы и проблеме УТС, в частности к использованию для удержания плазмы магнитных систем открытого типа. В этой области имеется потребность в адекватном плаз- менном объекте, которьш мог бы служить для моделирования реактора, а также для проведения разнообразных исследований по возникающим вопросам фундаментальной физики плазмы.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства.

10

чину около одного ионного ларморов- ского радиуса, вследствие чего развивается ионно-звуковая неустойчивость. Уход ионов из каспа при этом автоматически подстраивается под потери электронов путем образования электростатического потенциального барьера в кольцевой щели, в то время как уход ионов через осевые отверстия оказывается незначительным из-за возникновения там центробежного барьера. Функция распределения ионов в каспах имеет изотропный вид, поскольНа чертеже приведена схема предла- 15 У время их неадиабатического рассегаемого устройства (одна половина, вторая половина симметрична первой).

Устройство состоит из простой пробочной ловушки 1, касповой ячейки 2,

яния мало по сравнению с указанным выше временем жизни.

При сочетании в устройстве простой пробочной ловушки и каспов в одной

электродов 3, образующих стенки коль- 2о системе с общим магнитным потоком

касповые ячейки за счет большой глубины своей магнитной ямы сообщают МГД устойчивость плазме во всей системе, в том числе и в центральной 25 Секции, тем самым превращая эту секцию в хорошую ловушку, не добавляющую в систему иных потерь, кроме тех, которые есть в каспах. Конусные потери из центральной секции в такой системе перестают играть роль, поскольку в каспах, где плазма создается, функция распределения ионов поддерживается изотропной, следовательно, и в центральной секции тоже. Поэтому в плазме не будет и кинетических неус- тойчивостей, свойственных обычным пробочным ловушкам с пустым конусом потерь.

цевои магнитной щели, осевого отверстия 4, электродов 5 для электростатического запирания электронов, подачи 6 нейтрального газа, отсека 7 дифференциальной откачки, откачивающих устройств 8, источника 9 смещения для задания плазме желаемого потенциала, источника 10 отрицательного потенциала для питания запирающих электронов, плазменного объекта 11.

Центральная секция представляет длинную (т.е. с h D) простую пробочную ловушку, которая сама по себе не пригодна для удержания плазмы из- за развития в ней желобковой неустойчивости. Каждый концевой касп, снабженный системой электростатического запирания магнитных щелей, сам по себе позволяет создать и стационарно поддерживать в нем МГД устойчивую плазму с плотностью до 10 см и температурой компонент порядка 0,5 кэВ. Существенно, что .благодаря электростатическому запиранию в такой ячей- .ке намного снижена скорость потерь частиц, в результате чего поддержание плазмы с указанными параметрами осуществляется в ней с помощью простого электрического разряда, т.е. не требует специальной техники (кроме выпрямителя) и больших расходов энергии, как это свойственно касповой ячейке. Однако время жизни плазмы в электростатически запертом каспе относительно невелико ( 1 мс) из-за аномальной поперечной диффузии электронов, происходящей вблизи кольцевой щели, где характерный размер градиента плотности имеет вели

чину около одного ионного ларморов- ского радиуса, вследствие чего развивается ионно-звуковая неустойчивость. Уход ионов из каспа при этом автоматически подстраивается под потери электронов путем образования электростатического потенциального барьера в кольцевой щели, в то время как уход ионов через осевые отверстия оказывается незначительным из-за возникновения там центробежного барьера. Функция распределения ионов в каспах имеет изотропный вид, поскольяния мало по сравнению с указанным выше временем жизни.

При сочетании в устройстве простой пробочной ловушки и каспов в одной

о системе с общим магнитным потоком

0

касповые ячейки за счет большой глубины своей магнитной ямы сообщают МГД устойчивость плазме во всей системе, в том числе и в центральной 5 Секции, тем самым превращая эту секцию в хорошую ловушку, не добавляющую в систему иных потерь, кроме тех, которые есть в каспах. Конусные потери из центральной секции в такой системе перестают играть роль, поскольку в каспах, где плазма создается, функция распределения ионов поддерживается изотропной, следовательно, и в центральной секции тоже. Поэтому в плазме не будет и кинетических неус- тойчивостей, свойственных обычным пробочным ловушкам с пустым конусом потерь.

Положительная роль самой центральной секции помимо того, что именно здесь находится главная часть плазменного объекта, состоит прежде всего в том, что благодаря своему большому по сравнению с каспами объему (порядка 10 раз) она в такой же мере увеличивает общее время жизни пла; мы в системе по сравнению с названным ранее касповым временем. Однако в полной мере это достижимо лишь при условии, что все образование плазмы из нейтрального газа (в предположении стационарного режима) будет производиться только в концевых ячейках. Это необходимо для поддержания там изотропного распределения ионов, а также для предотвращения значительного воздействия газа на плазму в центральной секции. Поэтому в устройстве подпитка газом производится лишь в

5

0

5

0

5

каспах, в промежутках между ними и центральной секцией помещены развя- зьшающие отсеки дифференциальной откачки, а в самой центра льной секции помещены мощные газопоглотители - геттеры, криопанели.

Плазме может быть сообщен потенциал любого знака и величины, что увеной системе, состоящее из простой пробочной ловушки, МГД-якорей системы откачки и источников газовой подпитки, отличающееся тем, что, с целью упрощений устройства, электростатически запертые кас- пы размещены на концах пробочной ловушки так, что магнитный поток.

Изобретение относится к исследованиям по физике горячей плазмы и проблеме УТС. Целью изобретения является упрощение конструкции. В устройство входят простая пробочная ловушка, касповые ячейки, электроды, образующие стенки кольцевых магнитных щелей, электроды для электростатического запирания электронов, отсеки дифференциальной откачки, источник смещения для задания плазме желаемого потенциала, источник отрицательного потенциала для питания запирающих электродов. В устройстве электростатически запертые касповые ячейки размещены на концах пробочной ловушки, объем которой примерно в сто раз пре- Bbmaef объем каспа. При этом источники газовой подпитки размещены в кас- повых ячейках, а в пробочной ловушке размещены средства интенсивной откачки. Стенки магнитных щелей изолированы и подключены к земле через источник произвольного смещения, источник отрицательного запирающего потенциала включен между стенками магнитных щелей и запирающими электродами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. i (Л

личивает возможности применения объ- Q проходящий через ловушку и через екта. При этом используется то об- ближайшие к ней половины кольцевых стоятельство, что потенциал плазмы в каспе с электростатическим запиранием принимает промежуточное значение между потенциалом стенок щели и по- 15 тенциалом запирающих электродов. Если стенки щели выполнены в виде изолищелей каспов, является общим.

увеличения времени жизни плазмы, объем пробочной ловушки выбран в 10 раз превьшгающим объем каспа, и точники газовой подпитки плазмы помещены только в каспах,между каспа- ми и пробочной ловушкой дополнитель но введены элементы системы откачки выполненные в виде отсеков дифферен циальной откачки, а в саму пробоч- 25 ную ловушку помещены откачивающие средства.

рованных электродов и, подключены к земле через источник произвольного смещения, а источник отрицательного 2о потенциала для запирающих электродов подключен, как указано на чертеже, то плазме каспа можно сообщить .произ- вольньй потенциал. Этот потенциал распространяется вдоль магнитного поля на всю плазму системы, включая и центральную секцию.

Устройство позволяет получить длинный прямолинейный объект из спокойной, МГД и кинетически устойчивой плазмы с близкими к равновесию распределениями ионов и электронов при температуре, приближающейся к килоэлектронвольту и плотности порядка , имеющей большой объем и

увеличения времени жизни плазмы, объем пробочной ловушки выбран в 10 раз превьшгающим объем каспа, источники газовой подпитки плазмы помещены только в каспах,между каспа- ми и пробочной ловушкой дополнительно введены элементы системы откачки, выполненные в виде отсеков дифференциальной откачки, а в саму пробоч- 25 ную ловушку помещены откачивающие средства.

30

извольно регулируемый потенциал. Формула изобретения

щелей каспов, является общим.

проходящий через ловушку и через ближайшие к ней половины кольцевых

проходящий через ловушку и через ближайшие к ней половины кольцевых

увеличения времени жизни плазмы, объем пробочной ловушки выбран в 10 раз превьшгающим объем каспа, источники газовой подпитки плазмы помещены только в каспах,между каспа- ми и пробочной ловушкой дополнительно введены элементы системы откачки, выполненные в виде отсеков дифференциальной откачки, а в саму пробоч- ную ловушку помещены откачивающие средства.

3. Устройство по П.1, о т л и - чающееся тем, что, с целью расширения.области применения путем обеспечения возможности сообщать плазменному объекту потенциал произвольного знака и величины, стенки магнитных щелей изолированы и подключены к земле через источник произвольного смещения, а источник отрицательного запирающего потенциала включен между стенками магнитных щелей и запирающими электродами.