СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЗАМКНУТЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Советский патент 1996 года по МПК H05H1/12 

Изобретение относится к способам создания магнитных полей с заданной структурой и может быть применено при создании ловушек заряженных частиц или плазмы.

Известен ряд способов создания замкнутых магнитных полей с помощью токов, текущих по металлическим проводкам.

Простое аксиально-симметричное тороидальное поле может быть создано током, протекающим по катушке, равномерно навитой на поверхность круглого тороида. Это поле является замкнутым, но не отвечает всем остальным требованиям, вследствие чего не может служить для длительного удержания частиц или плазмы.

Так называемое стеллараторное поле создается или с помощью тороидальной обмотки, деформированной в восьмерку, или тороидальной обмотки и 2n проводников с попарно противоположными токами, обходящими тор по винтовым линиям.

Однако в этих системах могут существовать лишь приближенные, адиабатические магнитные поверхности в узком диапазоне параметров: B_I/B_II<1 и r/R<1, где B_I составляющая поля в поперечном сечении тора, B_II составляющая поля кольцевой магнитной оси, r малый радиус тора и R радиус кольцевой магнитной оси. Таким образом, поля, создаваемые с помощью винтовых обмоток, замкнутые.

Данный способ позволяет создать замкнутые магнитные поля, обладающие точной сепаратрисой (граничной магнитной поверхностью, на которой нормальная к ней составляющая всюду тождественно равна нулю), и обеспечивает возможность варьирования других характеристик структуры создаваемого поля.

По предлагаемому способу замкнутое магнитное поле создается двумя геометрическими подобными токами произвольной формы, лежащими на двух воображаемых концентрических сферах. Направления токов противоположны, а величины относятся как , где r_вн. и I_вн. радиус внутренней сферы и ток, лежащий на ней, r_нар. и I_нар. то же, для наружной сферы. Сепаратриса представляет собой сферу радиусом . Поскольку никаких условий на форму токов, лежащих на сферах, не накладывается, можно, сохраняя существование, форму и размеры сепаратрисы задавать другие характеристики структуры поля, выбирая соответствующую форму этих токов. Кроме того, в систему может быть введен прямой ток, совпадающий с любым из диаметров сфер, поскольку поле такого тока радиальной составляющей не имеет и, следовательно, сферической сепаратрисы не меняет.

Обоснованием предлагаемого способа является полученное в аналитической форме решение об инверсии тока, относительно сферической проводящей поверхности. Физический результат состоит в установлении того факта, что поле, такое же, какое возникает внутри полой проводящей сферы радиусом r_o, в момент включения тока (t 0), произвольным образом распределенного на воображаемой сфере с r_вн. и r_o (концентричной с проводящей сферой), может быть создано с помощью двух токов, второй из которых, "изображающий" первый, должен быть ему геометрически подобен, уложен на сферу с r_нар=r2o

/r_вн, равен I_нар. I_вн.•r_вн./r_o и направлен противоположно. В момент t 0 составляющая напряженности поля, нормальная к проводящей поверхности, всюду на ней равна нулю (внутри проводника в момент t 0 H 0). Это означает, что в рассмотренном случае поле, созданное двумя токами, обладает сферической сепаратрисой радиусом r_o (бывшая сферическая проводящая поверхность).

1. Способ создания замкнутых магнитных полей для удержания заряженных частиц или плазмы путем формирования системы электрических проводников и пропускания по ним тока, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности удержания, систему электрических проводников формируют в виде двух наборов проводников постоянного сечения, расположенных на поверхностях концентрических сфер геометрически подобно один другому, и пропускают по наборам проводников токи взаимно противоположного направления и величин, обратно пропорциональных квадратным корням из радиусов соответствующих сфер.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что систему электрических проводников формируют с дополнительным диаметральным проводником с током.

1. Способ создания замкнутых магнитных полей для удержания заряженных частиц или плазмы путем формирования системы электрических проводников и пропускания по ним тока, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности удержания, систему электрических проводников формируют в виде двух наборов проводников постоянного сечения, расположенных на поверхностях концентрических сфер геометрически подобно один другому, и пропускают по наборам проводников токи взаимно противоположного направления и величин, обратно пропорциональных квадратным корням из радиусов соответствующих сфер. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что систему электрических проводников формируют с дополнительным диаметральным проводником с током.