Kształtowanie plazmowe

Magnetycznie ograniczone plazmy termojądrowe , takie jak te generowane w tokamakach i stellaratorach , charakteryzują się typowym kształtem. Kształtowanie plazmy to badanie kształtu plazmy w takich urządzeniach i jest szczególnie ważne w przypadku urządzeń termojądrowych następnego etapu, takich jak ITER . Kształt ten warunkuje częściowo wydajność plazmy. Zwłaszcza tokamaki są osiowosymetrycznymi , dlatego też na podstawie przekroju poprzecznego można w pełni określić kształt plazmy .

Historia

Wczesne projekty reaktorów termojądrowych miały zwykle kołowe przekroje poprzeczne po prostu dlatego, że były łatwe do zaprojektowania i zrozumienia. Ogólnie rzecz biorąc, maszyny termojądrowe wykorzystujące układ toroidalny, takie jak tokamak i większość gwiazd , układają swoje pola magnetyczne w taki sposób, że jony i elektrony w plazmie poruszają się wokół torusa z dużymi prędkościami. Ponieważ jednak obwód ścieżki na zewnątrz obszaru plazmy jest dłuższy niż obwód ścieżki po wewnętrznej stronie, spowodowało to kilka efektów, które zakłóciły stabilność plazmy.

W latach sześćdziesiątych XX wieku stosowano wiele różnych metod, aby rozwiązać te problemy. Generalnie stosowali kombinację kilku pól magnetycznych, aby spowodować skręcenie pola magnetycznego wewnątrz urządzenia w spiralę. Jony i elektrony podążające tymi liniami przemieszczały się do wnętrza, a następnie na zewnątrz plazmy, mieszając ją i tłumiąc niektóre z najbardziej oczywistych niestabilności.

W latach 80. XX wieku dalsze badania w tym kierunku wykazały, że możliwy jest dalszy postęp dzięki zastosowaniu zewnętrznych cewek przewodzących prąd, dzięki czemu linie są nie tylko spiralne, ale także niesymetryczne. Doprowadziło to do serii eksperymentów z wykorzystaniem objętości osocza w kształcie litery C i D. .

Zwiększając prąd w jednej (lub większej liczbie) cewek kształtujących do wystarczająco wysokiego stopnia, można utworzyć jeden (lub więcej) „punktów X”. Punkt X definiuje się jako punkt w przestrzeni, w którym pole poloidalne ma zerową wielkość. Powierzchnia strumienia magnetycznego przecinająca się z punktem X nazywana jest separatrixą, a ponieważ wszystkie powierzchnie strumienia znajdujące się na zewnątrz tej powierzchni są nieograniczone, separatrix definiuje ostatnią zamkniętą powierzchnię strumienia (LCFS). Poprzednio LCFS ustalano poprzez wstawienie do plazmy ogranicznika materiału, który ustalał temperaturę i potencjał plazmy (między innymi) na poziomie ogranicznika. Plazma, która uciekła z LCFS, zrobiłaby to bez preferowanego kierunku, potencjalnie uszkadzając instrumenty. Dzięki ustaleniu punktu X i separacji krawędź plazmy zostaje oddzielona od ścian naczynia, a zużyte ciepło i cząstki plazmy są preferencyjnie kierowane w stronę znanego obszaru naczynia w pobliżu punktu X.

Przekrój

W prostym przypadku plazmy z symetrią góra-dół przekrój plazmy definiuje się za pomocą kombinacji

• wydłużenie plazmy , $nad a$ jest mniejszym promieniem plazmy i jest wysokością plazmy mierzoną od za ${\ displaystyle \ kappa = {$$}}$ płaszczyzna równikowa ,
• trójkątność plazmy , zdefiniowana jako pozioma odległość między głównym promieniem plazmy ${\ displaystyle \$ punktem X, $delta}$
• kąt między poziomą a ostatnią powierzchnią zamkniętego strumienia plazmy (LCFS) po stronie niskiego pola,
• kąt między poziomą a ostatnią powierzchnią zamkniętego strumienia plazmy (LCFS) po stronie wysokiego pola.

Ogólnie rzecz biorąc (brak symetrii góra-dół) może występować trójkątność górna i trójkątność dolna.

Tokamaki mogą mieć ujemną trójkątność.

Zobacz też

• Lista artykułów o osoczu (fizyka).

Linki zewnętrzne

• Trójkątność - ze schematem i źródłem
• Elliptyczność - ze schematem i źródłem