Стеллараторы

Токи в этих катушках становятся в некоторой степени взаимозаменяемыми. Поэтому схема торсатрона предложенная на Новосибирской конференции Гордоном (Gourdon) из Фонтеная-на-Розах (Fontenay-aux-Roses), обходится без катушек тороидального поля и обладает сонапрвлеными винтовыми токами, текущими в системе l винтовых катушек и для создания вращательного преобразования и для создания тороидального поля. Можно еще отметить, что торсатроны были также независимо предложены Алексиным из Харькова в 1961 г [1]. Базовая конфигурация торсатрона содержит катушки полоидального поля для компенсации вертикального поля, создаваемого винтовыми катушками. Для создания предельного торсатрона, только с винтовыми катушками нужно использовать специфический закон закручивания – т.е. такой способ при котором угол изгиба должен меняться в полоидальном сечении (винтовые катушки с малым углом закрутки внутри или снаружи создают эффект расположе6ния катушек полоидального поля внутри или снаружи соответственно). Торсатрон теряет некоторую гибкость классического стелларатора, зато сильно выигрывает в инженерной простате конструкции.

Новые стеллараторы были разработаны для исследования новых конфигураций. Схема торсатрона была использована в различных формах в Харькове, Калхэме и Нагойе. Она также была адоптирована в Киото, как естественное развитие гелиотронной конфигурации. Гелиотрон-Е (Heliotron-E), который начал работу в 1980 г. обеспечил твердую экспериментальную основу для торсатронной линии исследований и привел к созданию Compact Helical System (CHS) в Нагойе и позже к Large Helical Device (LHD) в Токио. В СССР в институте им. Лебедева в 1972 г. была запущена установка L-2 - l=2 стелларатор с необыкновенно острой, малоугловой винтовой закруткой (m=14) дающей довольно большой шир по сравнениюс другими l=2 стеллараторами. В Харькове после работы с маленькими торсатронами Сатурн и Винт и с установками Ураган 1 и 2 был запланирован запуск l=3 торсатрона Ураган 3 в 1982 г [1].

С ростом величины поля и размеров стеллараторов, взаимодействие винтовых катушек друг с другом и с плазмой становилось все более сложным для конструирования. Вращательное преобразование, однако, могло быть создано или плоскими катушками сдвинутыми относительно магнитной оси или неплоскими ”искривленными” (warped) катушками – “Wobig coils”.

Возможность изгибания магнитной оси вокруг тороидальной оси давала большую степень свободы. Предельным примером такого гелиака (heliac) являлся TJ-II в CIEMAT в Мадриде, у которого был проводник в форме кольца вдоль тороидальной оси для дополнительной гибкости в настройке конфигурации поля [1].

После изучения классического стелларатора W7-A, в Гархинге обратились к разработке концепции модульных катушек для будущих установок и развитию сложных вычислительных технологий, которые позволили им сначала указать оптимизированную форму поля для соответствующих им свойств плазмы и затем разработать катушки, которве должны создавать требуемое поле.

Этот подход, инициированный Арнольфом Шлюттером (Arnulf Shlütter), произвел революцию в разработке стеллараторов. Создавая поле приблтженно соответствующее Паломбовскому (Palumbo’s) изодинамическому свойству (величина магнитного поля должна быть постоянной на магнитной поверхности или вдоль линий поля), они могли значительно снизить вторичные (Пфирш-Шлюттеровские) токи (продольные токи уравновешивающие поперечное разделение зарядов), возникающие из-за полоидального изменения и в тоже время сузить величину банановых орбит ответственных за неоклассический перенос. Также минимизируя bootstrap ток они добились сильного уменьшения продольных токов, которые так вредили конфигурациям ранних стеллараторов. В свете их успешных начальных экспериментах на Wendelstein, они проводили оптимизацию для поля с малым широм для того, чтобы избежать сильных резанансов, полагаясь на глубину магнитной потенциальной ямы для стабилизации. В качестве первого шага они начали разрабатывать “Улучшенный Стелларатор” (“Advanced Stellarator”) W7-AS как улучшение W7-A [1].

Стеллараторные исследования даже вернулись в США, где исследования по термоядерному синтезу интенсивно развивались в 1970-х г. и несколько институтов даже инициализировали новые программы. Университет Висконсина (The University of Wisconsin) в Мэдисоне начал свою экспериментальную программу в 1970-х гг. приняв участие в исследованиях на Proto-Сleo в Калхэме и также включив разработку стелларатора с модульными катушками для будущего реактора синтеза в свою программу. Объединенная группа Лос-Аламос-Принстон также изучала предложенные модульные катушки, в то время как Массачусетский Технологический институт (MIT), Окридж (Oak Ridge) и Харьков проводили свои программы исследований для реактора, основываясь на торсатроне. И Мэдисон и Окридж предлагали создание больших экспериментальных установок и в итоге Окридж получил финансирование для создания Advanced Toroidal Facility (ATF) [1]. Эта установка была разработана для оптимизации β в так называемом втором стабильном режиме, в котором предсказывалось, что плазма так изменяет магнитное поле, что создает свою собственную магнитную яму. Следующий параметер к которому, особенно в США, разработка реактора была очень чувствительна это его размеры и в этом отношении торсатрон позволял создать более компактный тор с меньшим аспектным отношением, чем существующие, более вытянутые стеллараторы. Поэтому, еще во время постройки ATF c аспектным отношением А=8 в Окридже разрабатывался проект ATF-II с А=4, хотя он так и не был реализован.

Другие статьи по теме

Технология ремонта компрессионных холодильников Минск-16
В настоящее время в нашей стране разработаны и поступают на экспорт более 100 наименований электромашин и приборов. В условиях рыночной экономики основными направлениями в развитии электробытовых приборов на отечественных предпри ...

Надежность машин станки, промышленные роботы
Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации. Уровень надежности в значительной степени определяет ...