Стеллараторы

* В некоторых случаях приводится радиус камеры а не радиус плазмы.

** Поздние версии были кольцевыми и у окончательной версии было l=3 винтовое закручивание.

***Данные с В-2 были представлены на Женевской конференции.

Кадомцев и Брагинский в Москве предлагали различные тороидальные системы со стелларатороподобными свойствами. Вместо придания кривизны силовым линиям они запланировали для впащающихся частиц дрейф вокруг магнитной оси, который должен был обеспечить схожее одночастичное удержание. Это должно было достигаться модулированием величины поля в узкой области кольцеобразного тороида, так что поле там должно было стать подобно серии магнитных зеркал. Во время прохождения через эти зеркала, частица должна была испытывать воздействие переменных криволинейных дрейфов в азимутальном направлении, но из-за того, что их продольная скорость также будет модулироваться они будут проводить больше времени в поле максиума, чем миниума и как эффект второго порядка они будут двигаться по винтообразной орбите. (Спитцер рассматривал подобные “гребешки” в криволинейной области кольца, но выбрал винтовое закручивание.)

В своей книге Арцимович хвалит Спитцера за изобретение концепции вращательного преобразования, но это уже было понято в 1955 г., что в торе в виде восьмерки частицы со значительной продольной скоростью не страдают от тороидального дрейфа т.к. вклады двух различных криволинейных областей компенсируются. Арцимович ссылается на это вставляя набросок тора в виде восьмерки в свой препринт для Женевской конференции. Но после конфронтации между делегациями СССР и Соединенных Штатов, эта фигура и параграф связанный с ней были удалены из протокола конференции, оставляя свой след только в вопросах Спитцера и в параллельных публикациях протокола Женевской конференции [1].

Бомовская диффузия или нет?

На момент Женевской конференции стеллараторы были единственными замкнутыми системами для которых было возможно создать стационарное функционирование, и это делало их одними из самых серьезных кандидатов на роль будущего реактора. Было беспокойство о максимальном значении β согласующимся с равновесием и стабильностью, но теоретические модели были довольно грубыми и оставляли простор для оптимизма. “Попробуем и посмотрим” – было лучшее, что экспериментаторы могли сделать для получения стационарной плазмы, свободной от турбулентных флуктуаций. Спитцер подозревал, что существует спонтанный аномальный механизм потерь частиц, “откачка” (“pump-out”) – как он известен сейчас, возможно соответствующий эмпирическим формулам Бома:

,где DB – Бомовский коэффициент диффузии, τB – Бомовское диффузионное время, и диффузионная длинна соответствует a/2.4 [1]. И если реализуется этот случай, то возникал следующий вопрос – является ли в действительности это следствием дифузионно - подобного механизма, вызванного какой - то неустойчивостью или отсутствия равновесия. Равновесие было под вопросом, т.к. не существовало математического доказательства того, что стелларатор удерживает отдельные частицы на замкнутых дрейфовых поверхностях. В качестве нустойчивостей, в плазме в основном создаваемой омическим нагревом, “токо - управляемые” моды (current-driven modes) нескольких типов, перечисленных в Женеве Ленертом (Lehnert) и впоследствии кратко обьясненные Кадомцевым и Недоспасовым, а также Го (Hoh) и Ленертом (Lehnert) являлись первыми кандидатами [1]. Но теория также предсказывала “универсальные” моды, вызванные градиентами температуры и концентрации, которые должны войти в картину, если такая откачка существует в безтоковой плазме.

После Женевской конференции Принстон больше не удерживал монополию на стеллараторные эксперементы. В Принстонской лаборатории была построена целая серия устройств, причем Etude и B3 продолжали функционировать, и был сооружен новый большой С-стелларатор, который начал свою работу в 1961 г. Гархинг в Германии и институт им. Лебедева в Москве были следующими после Принстона, где были построены стеллараторы [1]. Вскоре их примеру последовали и несколько других лабораторий. Все перенимали l=2 и l=3 винтовые поля, создаваемые 2l винтовыми катушками, несущими токи в противоположных направлениях; l является периодичностью для магнитных поверхностей в полоидальном направлении (заходность). Возможным преимуществом l=3 является то, что поле проникает не так глубоко, таким образом создавая шир во вращательном преобразовании, который способствует стабилизации мод обменного типа (interchange-like modes). Но шир приводит к тому, что преобразование проходящие через рациональные магнитные поверхности дает развиваться магнитным островам. Более того, l=3 не создает преобразования рядом с магнитной осью. С другой стороны l=2 поле проникает глубже и создает практически постоянное вращательное преобразование. Оно может быть подстроено так, чтобы избежать наиболее опасных рациональных значений q, соответствующих малым m и n, при q=m/n. В Гархинге выбрали l=3 для их первого стелларатора Wendelstein 1-A, но для последующих устройств, начиная с W1-B использовали l=2, как и множество других лабораторий.

Другие статьи по теме

Альтернативная энергетика
«Пусть не напрасно греет и светит солнце. Пусть не напрасно течет вода и бьют волны о берег. Надо отнять у них дары природы и покорить их, Связав по своему желанию» Данте Алигьери (1265-1321) О, как был прав это ...

Проектирование конического редуктора
Цель курсового проектирования – систематизировать, закрепить, расширить теоретические знания, а также развить расчетно-графические навыки студентов. Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая про ...