Удержание плазмы магнитным полем

Удержание плазмы магнитным полем [13] [c.119]

Из двух методов наиболее изученным является метод использования магнитных полей для удержания плазмы. Заряженные частицы, из которых, состоит плазма, во время движения в магнитном поле подвергаются воздействию сил. Эти силы направлены не вдоль линий поля или линии движения частиц, а, скорее, перпендикулярно им [c.205]

Главная задача состоит в увеличении времени удержания плазмы, т. е. создании мощных магнитных полей, которые в состоянии удержать частицы внутри тора. Такие или почти такие магнитные поля могут быть созданы сверхпроводящими магнитами. [c.195]

В нашей стране еще в 50-е годы родилась идея магнитного удержания плазмы. При этом способе плазма помещается в мешок , сотканный из силовых линий мощнейшего магнитного поля, она висит в вакууме и ни с чем не соприкасается. [c.217]

Допустим теперь, что мы нашли способ нагрева плазмы до таких фантастических температур, но как удержать и стабилизировать термоядерную плазму хотя бы на время, необходимое для извлечения полезной энергии Звезды удерживают свою плазму силой своего собственного веса, и, в частности, такая сравнительно легкая звезда, как Солнце, имеет массу, в 332 000 раз превышающую массу Земли, а значит, и ее гравитационные силы намного больше земных. Очевидно, что в земных лабораториях невозможно получить подобные гравитационные силы для удержания термоядерной плазмы. К счастью, природа любезно предоставила другой, не менее эффективный способ хранения — диамагнетизм. Как известно, диамагнитное вещество выталкивается из более сильных областей магнитного поля по направлению к более слабым. Многие вещества, в том числе и такие, как стекло и вода, обладают некоторой степенью диамагнетизма даже в обычных условиях (правда, довольно незначительной). Наиболее ярко диамагнетизм проявляется, как ни странно, либо при самых низких, либо при самых высоких температурах. На самом деле этот факт вовсе не парадоксален, если обратиться к первопричине сильного диамагнетизма. Дело в том, что он является результатом крайне высокой электропроводности, приводящей к наличию сильных электрических токов, которые и создают магнитные поля, по своему действию противоположные внешнему магнитному полю. Правда, электропроводность металлов при температурах, близких к [c.107]

Есть еще один способ удержания высокотемпературной плазмы в магнитной бутылке , который мы подробно обсудили в предыдущем разделе. Если окружить высокотемпературную плазму сильным магнитным полем, то она, обладая свойством диамагнетизма, будет выталкиваться из более сильных внешних областей магнитного поля. Образец подобного закупоривания дают радиационные пояса Земли, в которых заряженные частицы движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, отражаясь обратно в пояса у северного и южного магнитных полюсов, где напряженность поля наиболее высокая. Магнитные полюса Земли являются [c.111]

Использование магнитных полей для удержания (термоизоляции) плазмы стало возможным потому, что она состоит из смеси ионов и электронов. Известно, что в однородном магнитном поле заряженная частица перемещается по винтовой линии, ось которой совпадает с направлением поля. Если силовые линии поля замкнуть, как это сделано, например, в тороидальных камерах путем намотки на тор проводников с током, создающим магнитное поле, то частицы смогут уходить из таких камер только двигаясь поперек магнитного поля. Такое движение в торе хотя и затруднено, но возможно из-за кривизны и неоднородности магнитного поля. Для устранения этой неустойчивости плазмы создают дополнительное магнитное поле таким образом, чтобы результирующие силовые линии образовывали винтовые спирали вдоль тора (на поверхности плазмы). Тогда поперечное смещение большинства частиц плазмы при их продольном движении по тору происходит с переменным направлением и в среднем равно нулю. [c.155]

Существует два типа установок с тороидальными камерами, принципиально различающиеся по способу создания дополнительного магнитного поля стеллараторы и токамаки. В первых такое поле образуется токами во внешних проводниках, во вторых— током в самой плазме, направленным вдоль тора. В реальных установках для повышения надежности удержания и стабилизации плазмы, а также управления процессами, происходящими в ней, создаются и другие более слабые магнитные поля. [c.155]

По современным представлениям увеличить температуру и время удержания плазмы до необходимых значений можно, если увеличить размеры установки и напряженность магнитного поля. Однако не ясно, можно ли надеяться при этом на сохранение устойчивости плазмы и правомерна ли вообще экстраполяция закономерностей, обнаруженных на меньших установках. Кроме того, эффективность джоулева тепловыделения в плазме от тока, индуцируемого в ней и используемого для ее первоначального разогрева, падает с повышением температуры из-за уменьшения электрического сопротивления плазмы. И хотя плазма в токамаках представляет собой разреженный газ, для нагрева которого требуется не очень много энергии, нагреть плазму током можно практически только до температуры (1—2) кэВ. Поэтому следует определить пригодность различных способов дополнительного разогрева плазмы. [c.156]

Советскими учеными еще в 50-х годах была предложена идея удержания плазмы сильным магнитным полем, силовые линии которого направлены так, чтобы предотвратить контакт плазмы со стенками камеры реактора [4], разделив их вакуумным пространством. Дальнейшее развитие термоядерных исследований ведется во всем мире на базе этой кардинальной идеи. [c.257]

Магнитная термоизоляция и магнитное удержание плазмы основываются на эффекте взаимодействия движущейся заряженной частицы с магнитным полем под действием силы Лоренца (см. п. 6.4.1 книги 1). [c.538]

Амбиполярные ловушки — открытые системы с улучшенными характеристиками продольного удержания плазмы — представляют собой длинный цилиндр с продольным магнитным полем и двумя относительно небольшими ловушками по торцам (рис. 9.53). Термоядерная плазма создается [c.539]

Для удержания плазмы применяются магнитные ловушки и тороидальные разряды с продольным магнитным полем. В магнитных ловушках плазма удерживается внешним магнитным полем специфической (иногда довольно сложной) конфигурации. [c.229]

При удержании плазмы сильным магнитным полем ставится также задача термоизоляции плазмы. В действительности, как мы увидим ниже, поток энергии частиц плазмы в направлении поперек сильного магнитного поля, обусловленный неоднородностью температуры, уменьшается с ростом магнитного поля. [c.139]

Важным примером задачи о внутренней и внешней диффузии является задача об удержании плазмы в тороидальных магнитных ловушках. Диффундировать могут как сами магнитные линии, так и частицы поперек магнитного поля. Особый интерес представляет диффузия частиц с учетом их столкновений или внешнего шума. В зависимости от соотношения между шумом и динамикой частиц диффузия может быть либо одномерной (аналогично п. 5.56), либо типа резонансного каналирования ( 6.3). В п. 6.4а рассматриваются основные резонансные процессы в тороидальных магнитных ловушках. В п. 6.46 обсуждаются различные режимы внешней диффузии. Проведено сравнение случаев неподвижных и диффундирующих резонансов. В п. 6.4в приведен пример последнего случая, иллюстрирующий теорию, изложенную в п. 6.36. В п. 6.4г кратко обсуждается самосогласованная задача, когда определяющие движение частиц поля сами зависят от динамики частиц. [c.386]

Здесь Л, 7 —координаты вдоль и поперек силовой линии магнитного поля, около которой происходит движение точки (рис. 51) (эта линия выделяется условием сохранения импульса, сопряженного углу ), В гх) — значение напряженности поля на этой линии. Отбрасывая в гамильтониане добавок порядка е, получаем потенциальный ров примера 20. Условие ловушки (37) показывает, какие частицы оказываются запертыми в этом рве. На этом принципе удержания заряженных частиц основано конструирование ловушек для плазмы, которые назы- [c.218]

Электрические двигатели являются в настоящее время наиболее перспективными для осуш,ествления длительных полетов в пределах Солнечной системы. Они могут применяться для корректировки орбиты спутников Земли и в ряде других случаев. Среди электрических двигателей на первое место могут быть поставлены плазменные двигатели, в которых реактивная тяга создается потоком плазмы. Энергия сообщается плазме нагреванием (за счет джоу-лева нагрева плазмы протекающим через нее током) или ускорением плазмы магнитным полем. Магнитное поле в плазменных магнитогидродинамических двигателях (МГД) не только служит для ускорения плазмы, но и предотвращает ее соприкосновение со стенками камеры и выходного сопла. Так как длительное удержание плазмы магнитным полем осуществить трудно, то плазменные двигатели работают в импульсном режиме. [c.228]

В системах с плазменными шнурами определяющую роль в удержании плазмы играет самостягивание плазмы магнитным полем протекающего по ней тока. Этот эффект носит название пинч-эффект (эффект сжатия). Остановимся на нем несколько подробнее. При пропускании через плазму мощных импульсов электрического тока благодаря сжатию вещества электродинамическими силами должен образоваться плазменный Столб, оторванный от стенок разрядной трубки. В таком процессе электрический ток выполняет несколько функций в начальной стадии создает плазму благодаря процессу ионизации с помощью электродинамических сил удерживает плазму в сжатом состоянии за счет выделения джоулева тепла нагревает плазму до высокой температуры. [c.229]

При низких плотностях главной трудностью является достижение нужного времени удержания (порядка секунды). Очевидно, что никакие стенки из вещества здесь не годятся. При соприкосновении со стенками плазма мгновенно охладится и вдобавок испарит стенку. Единственным известным методом длительного удержания высокотемпературной плазмы является ее термоизоляция магнитным полем. Идея такого удержания была высказана в нашей стране в 1950 г. (И. Е. Тамм и др.) и в США в 1951 г. (Л. Спитцер). В основу этой идеи положен уже упоминавшийся пинч-эффект, т. е. поперечное сжатие плазмы при прохождении через нее электрического тока. Вполне достижимы такие токи, при которых силы сжатия достаточны для преодоления давления плазмы и тем самым для отжатия ее от стенок. Соприкосновения плазмы с торцевыми электродами можно Избежать, если сделать рабочий объем замкнутым, например, в форме тора. [c.591]

Системы удержания плазмы должны обеспечить устойчивое равновесие плазменного образования в течение времени Гвр, необходимого для выполнения условия Лоусона. По времени Свр термоядерные энергетичеекие уетановки делят на квазистационарные и импульсные. В квазистационарных установках плазма удерживается магнитными полями. При этом давление рм, создаваемое магнитным полем, должно быть больше кинетического давления рг плазмы, т. е. [c.282]

Пока основные работы ведутся на установках Токамак (тороидальная камера в магнитном поле), предложенных советскими учеными. В тороидальной камере создается плазма из впрыснутого газообразного дейтерия при сравнительно невысоком давлении. Эта камера одета на ярмо трансформатора, и в ней индуктируется кольцевой ток, который, ионизуя дейтерий, образует плазму и удерживает ее от соприкосновения со стенками с по-лющью собственного магнитного поля. Удержание плазмы обеспечивается тем, что силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно току и охватывают плазменный виток. Кроме того, ток, протекая по плазме, нагревает ее. Однако сам по себе такой плазменный виток с электрическим током неустойчив. Для придания ему устойчивости на поверхность камеры надеваются катушки, создающие большое магнитное поле, напряженность которого во много раз превышает напряженность поля, создаваемого током, а силовые линии параллельны току в плазме. Это магнитное поле придает жесткость всему плазменному шнуру с протекающим по нему током. Недавно введена в строй экспериментальная термоядерная установка Токамак-10 , завершающая долговременную программу разработок и исследований, проводимую в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова [31]. На подобных установках достигнута температура электронов порядка 20—30 млн. К и температура ионов около 7 млн. К при концентрации плазмы (3—5)-101 см со временем удержания в течение 0,01—0,02 с. [c.165]

Для регулирования температуры внешней поверхности можно использовать методы электрического или магнитного воздействия на плазму, обтекающую защищаемую поверхность. Магнитногидродинамический способ требует создания поля сил в ионизированной плазме, обтекающей тело (проблема аналогична задаче удержания плазмы при управляемой термоядерной реакции). Магнитное иоле, воздействуя на слой сжатого газа, в состав которого входят, кроме нейтральных молекул и атомов, электрически заряженные ионы и электроны, увеличивает расстояние между ударной волной и поверхностью тела. Это приводит к росту пограничного слоя, а следовательно, к уменьшению градиентов скорости и температуры. [c.22]

Неоклассические П. п. в неоднородном магнитном поле. Все диагональные коэф. переноса поперёк В спадают с ростом В как В . На этом основано удержание плазмы в магнитных лоершках. Однако из-за кри- [c.571]

РАВНОВЕСИЕ ПЛАЗМЫ в магнитном поле — состояние плазмы, в к-ром сила газокинетич. давления, действующая на любой элемент её объёма, уравновешивается силой Ампера одно из необходимых условий магн. удержания плазмы. В случае скалярного (изотропного) давления плазмы р(г) в пренебрежении силой тяжести условие равновесия имеет вид [c.195]

Применение. С. у. служат гл. обр. для нагрева плазмы, создания с помощью полей пучка магнитных ловушек и для сжатия микромишеней в системах УТС с инерциальным удержанием плазмы. Кроме того, пучки, создаваемые С. у., используются для генерации сверхмощных импульсов СВЧ-колебаний в диапазоне от субмиллиметровых до дециметровых волн, для накачки химических лазеров и газовых лазеров высокого давления, в коллективных методах ускорения ионов и т. д. [c.505]

Основные системы термоядерной электростанции с реактором-токамаком и их взаимосвязь показаны на рис. 9.56. Она включает в себя разрядную камеру I, в которой осуществляется нагрев плазмы и реакция синтеза сверхпроводящую электромагнитную систему 2, обеспечивающую образование плазмы с помощью вихревого электрического поля, удержание этой плазмы в вакуумном объеме, теплоизоляцию ее от стенок, а также создающую ди-верторную конфигурацию магнитного поля блан-кет 3, окружающий вакуумную камеру и состоящий из вакуумной стенки (За) и зон преобразования нейтронной энергии в теплоту (36), воспроизводства ядерного топлива (Зв) и радиационной защиты (Зг) систему питания сверхпроводящих электромагнитных обмоток 4 систему 5 извлечения трития (5а), подготовки (56) и инжекции (Je) вещества вакуумную систему 6, поддерживающую необходимый вакуум в вакуумной камере (ба), инжекторах (66) и криостатах сверхпроводящих электромагнитных обмоток (бв) криогенную систему 7, обеспечивающую необходимым количеством хладагента сверхпроводящие электромагнитные системы, криопанели инжекторов нейтральных атомов в вакуумные системы, а также другие устройства, работающие при криогенных температурах систему инжекции нейтральных атомов 8, осуществляющую нагрев плазмы до температуры 12 кэВ (по условиям зажигания) систему преобразования теплоты в электрическую энергию 9, включая тепловые аккумуляторы (9а), парогенераторы (96), турбины (9в), электрогенератор (9г) и другое оборудование систему /О загрузки ( 0а) и извлечения (106) топлива систему управления, контроля, защиты II, [c.542]

Методы инициирования и поддержания горения плазмы. Зажигание плазмы в реакторе ДЕМО обеспечивается при времени удержания энергии Zg = 2 с. Такое время может быть обеспечено либо методом инжекции быстрых атомов, либо методом электронно-циклотронного резонанса, либо комбинацией обоих методов. При разбавлении продуктами горения и другими частицами плазма теряет энергию за счет излучения. Поэтому концентрация примесей в плазме ограничивается и поддерживается с помощью диверторной системы — устройства, предназначенного для вывода заряженных частиц (продуктов реакции) из объема плазменного шнура с помощью магнитных полей специальной конфигурации — сепаратрис. [c.544]

Тогда согласно условию равновесия плазмы (33.10) в направлении нарастания магнитного 1юля спадает давление плазмы, а нри однородной температуре спадает плотность плазмы. Поэтому имеется возможность удержания плазмы с помощью магнитного поля. [c.121]

После длительного периода господства неустойчивостей в решении проблемы устойчивости достигнуты существенные успехи. Так, удалось путем создания должной конфигурации внеигних магнитных нолей преодолеть пек-рые типы крупномасштабной (магнитогидродинамической) неустойчивости нлазмы конвективную (желобковую) неустойчивость в магнитной ловушке с комбинированными нолями и винтовую неустойчивость шнура в тороидальном разряде с сильным продольным магнитным полем, а также в системе с т. п. динамич. (высокочастотной) стабилизацией. Разрабатывается новый метод т.п. турбулентного нагрепа нлазмы (турбулентность развивается из мелкомасштабной, кинетич. неустойчивости). Т. о., нек-рые тины неустойчивости плазмы даже поддаются рациональному исиользованию. В итоге, напр., время удержания плазмы с темн-рой ионов неск. клв в ловушке с комбинированными полями доходит до неск. десятков мсек (правда, пока при плотности плазмы всего см ), в тороидальных системах [c.180]

МАГНИТНЫЕ ЛОВУШКИ — такие экспериментальные устройства, к-рые могут служить для удержания плазмы или отдельных заряженных частиц в ограниченном объеме с помощью внешних магнитных полей. Возможность такого удержания обусловлена тем, что плазма, как упругая среда, обладающая диамагнитными свойствами, испытывает со стороны магнитного ноля давление, равное разности электро-динамич. давлений снаружи и внутри плазмы. Эта разность может уравновешивать собственное газоки-нетич. давление плазмы р согласно условию р = = Vs Л (Я — H i), где Яц и Hl —- напряженности магнитиого поля вне плазмы и внутри нее. Т. о., в М. л. определяющую роль играют внешние магнитные ноля, в иротивоиоложность тому, что имеет [c.80]

С ТОКОМ. В таком поле частицы дрейфуют поперек магнитных линий, поэтому оно не может служить для удержания плазмы. Добавление азимутального тока приводит к появлению второй компоненты поля, так называемого полоидального поля (рис. 6.20). Магнитные линии результирующего поля лежат на торе и напоминают фазовые траектории интегрируемой динамической системы на рис. 3.1, а. [c.387]

В первых проектах удержания плазмы считалось, что если магнитное поле достаточно сильное, то она может двигаться только вдоль силовых линий, т.е. является одномерной. При этом считалось, что плазму можно легко изолировать от стенок, так как согласно ютассическим представлениям коэффициент диффузии пропорционален ВГ . Казалось, что созданием достаточно сильных магнитных полей можно легко добиться требуемых условий для удержания плазмы ввиду быстрого уменьшения потерь с ростом В. Однако в конце 50-х годов было выяснено, что плазма может двигаться и поперек магнитного поля из-за спонтанной генерации разности потенциала между силовыми линиями магнитного поля. Это приводит к поперечному дрейфу плазмы в скрещенных полях со скоростью = ф В и конвективному переносу тепла и частиц. [c.128]

Одно из важных применений сверхщюводимости в технике — это создание магнитных полей, необходимых для удержания плазмы в устройствах управляемого термоядерного синтеза. [c.99]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...