Прохождение Плазменных Сгустков Через Поперечный Магнитный Барьер

Abstract

Инжекция плазменного сгустка в мультипольную ловушку может применяться для создания плазмы в объеме ловушки. Инжекция сгустка в ловушку типа токамак может рассматриваться как дополнительный ин-струмент управления процессом нагрева плазмы и для доставки топлива в центральную зону термоядерного реактора. В обоих случаях инжекция производится перпендикулярно магнитному полю ловушки. Теория, эксперимент и математическое моделирование показали, что глубина проникновения плазменного сгустка в поперечное магнитное поле пропорциональна энергии сгустка и обратно пропорциональна магнитному давлению и площади поперечного сечения сгустка. Полученные результаты дают возможность оценить параметры плазменного сгустка, при которых он будет захвачен в ловушку. Это позволило оптимизировать процесс захвата сгустка в ловушку. ВведениеСоздание высокотемпературной плазмы в мультиполь-ной магнитной ловушке [1] является ключевой пробле-мой при разработке таких ловушек. В МИРЭА этот процесс осуществлялся с помощью инжекции плазмен-ного сгустка в ловушку [2]. Эксперименты [3] показали, что температура ионов плазмы после захвата сгустка в ловушку примерно в 3 раза меньше, чем энергия иона в сгустке. Поэтому температуру ионов в ловушке на уровне 1000 eV можно получить, захватив в ловушку плазменный сгусток с энергией ионов 3000 eV. Процесс остановки такого сгустка в магнитном поле ловушки требует специального рассмотрения. Магнитное поле мультипольной магнитной ловушки можно рассматри-вать как магнитный барьер. Поэтому для осуществления захвата сгустка в ловушку необходимо исследовать про-цесс прохождения сгустка через поперечный магнитный барьер. Задачей настоящей работы является определение соотношения между параметрами магнитного барьера (величиной поперечного магнитного поля в барьере, протяженностью барьера) и параметрами плазменного сгустка (энергией, размерами), при которых сгусток остановится в барьере. Остановка плазменного сгустка в поперечном магнитном барьереПри прохождении плазменного сгустка через попереч-ное магнитное поле считается, что сгусток не должен проходить через поле, если магнитное давление больше, чем скоростной напор плазменного сгустка [4,5]:где B -величина магнитной индукции в барьере, µ 0 -магнитная постоянная, ρ -плотность плазмы в сгустке, V -скорость плазменного сгустка поперек направления магнитного поля. Однако эксперименты по изучению прохождения плазменных сгустков через магнитный барьер [4,5] показали, что остановка (отсеч-ка) сгустка магнитным полем наступала, если магнит-ное давление превышало скоростной напор сгустка по крайней мере на порядок. Оценка величины магнитного поля, которое необходимо для остановки сгустка в барьере по соотношению (1), значительно расходится с экспериментальными данными. Это можно объяснить тем, что (1) является соотношением между силами, а именно силы давления магнитного поля, действующей на сгусток, и силы, обусловленной скоростным напором сгустка. Равенство этих сил не означает, что скорость сгустка при прохождении барьера становится равной ну-лю. В настоящей работе п...

Comparative analysis of the equilibrium configurations and radiation transport in the Galatea traps 'Trimix' and 'Trimix-3M'

“…Такие ловушки называют также «Галатеями» в соответствии с работами [1][2][3]. К данному типу установок относятся ловушка «Диполь» с одним левитирующим проводником (см., например, [4][5][6][7][8][9][10][11][12]), токамакообразные «Левитроны» и «Сфератор» [13][14][15], мультипольные «Галатеи» с несколькими левитирующими кольцевыми проводниками [16][17][18], «Торнадо» [19][20][21], левитирующий октуполь [22], а также мультипольные ловушки «Тримикс» и «Тримикс-3М» с различным числом левитирующих проводников с током [1-3, [23][24][25][26][27][28][29][30][31][32].…”

“…Начиная с основополагающих работ по магнитному удержанию плазмы, включая ловушки-галатеи [33], современные экспериментальные исследования «Галатей» проводятся большей частью в ловушках дипольного типа [4][5][6][7][8][9][10][11][12], а также в мультипольных ловушках «Тримикс-3М» [23][24][25][26][27][28][29][30][31][32]. Для теоретических исследований стационарных равновесных магнитоплазменных конфигураций используется уравнение Грэда-Шафранова [34][35][36].…”

“…Отдельное внимание было уделено проблеме инжекции плазмы в ловушки-галатеи. Решение данной проблемы связано, в частности, с преодолением барьерного магнитного поля [32].…”

Ideal MHD stability computations of plasma in the Galatea trap 'Trimix'

“…Среди альтернативных систем с магнитным удержанием выделяются ловушки с погруженными в плазму токонесущими проводниками -«Галатеи» в соответствии с работами [1][2][3]. К данному типу установок относятся ловушка «Диполь» с одним левитирующим проводником, токамакообразные «Левитроны» и «Сфератор», мультипольные «Галатеи» с несколькими левитирующими кольцевыми проводниками, «Торнадо», левитирующий октуполь, а также мультипольные ловушки «Тримикс» и «Тримикс-3М» с различным числом проводников с током [4][5][6][7][8][9][10] (см. более подробную библиографию в [11]).…”