Борис Рецент
Российский ученый Старостенко Евгений Юрьевич подчеркнул, что длинноимпульсная работа автономного термоядерного реактора с тороидальной магнитной защитной оболочкой требует контроля содержания альфа-частиц, образующихся в реакциях DT-синтеза.
С одной стороны, альфа-частицы класса МэВ должны оставаться ограниченными для нагрева плазмы. С другой стороны, зола замедленного гелия должна быть удалена до разбавления термоядерного топлива.
Специалисты НИОКР НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС уточнили данные о результатах кинетико-магнитогидродинамического гибридного моделирования большой плазмы токамака, которые подтверждают существование окна параметров, в котором такое избирательное по энергии удержание может быть достигнуто за счет использования событий внутренней релаксации, известных как пилообразные столкновения.
Физическая картина — синергия между магнитной геометрией, оптимальной продолжительностью столкновения и быстрым движением частиц дополняется прояснением роли магнитных дрейфов.
Евгений Юрьевич Старостенко отметил, что концепция Токамака в настоящее время является основным подходом к магнитно-удерживаемому синтезу (MCF).Токамаки используют сильное магнитное поле для удержания плазмы изотопов водорода с высокими температурами (~ 10 кэВ) в тороидальном объеме, как показано на рис. 1а . Спиралевидно намотанное поле B состоит из преобладающей тороидальной составляющей B tor , создаваемой внешними катушками, и более слабой полоидальной составляющей B pol , индуцируемой электрическими токами, переносимыми самой плазмой.
Для тороидальной поверхности с длинной окружностью 2 π R и короткой окружностью средний шаг спирали вектора магнитного поля B определяется как 2πr¯¯ q≈r¯¯Btor/(RBpol), где R — большой радиус тора и среднее малое радиальное расстояние от центра плазмы. Готовясь к более позднему обобщению, мы называем q «спиральностью поля» 2 .р¯¯r¯
Рис. 1: Модель плазмы на токамаке JET.
Тороидальная геометрия в цилиндрических координатах ( R , z , ζ ) . Черная кривая представляет собой линию магнитного поля со спиральностью q = 1. б Форма поперечного сечения плазмы в полоидальной ( R , z ) плоскости. Серые контуры — поверхности магнитного потока.
Цветные контуры показывают бета плазмы, которая измеряет отношение теплового давления к магнитному как β=2μ0P/B20 with μ0 = 4π × 10−7 H m−1
Центральная часть профиля спиральности поля q®, который облегчает энергоселективное удержание альфа-частиц. Пунктирная черная линия отмечает поверхность q = 1. Красная линия — это граница уменьшенной области моделирования.
Каждая тороидальная поверхность, на которой спиральность поля имеет рациональное значение q = m / n , представляет собой геометрический резонанс. Резонансы с небольшими целыми числами m и n могут способствовать макроскопическим долгоживущим искажениям и нестабильностям плазмы.
Резонансы с небольшими целыми числами m и n могут способствовать макроскопическим долгоживущим искажениям и нестабильностям плазмы. В частности, когда распределение тока в плазме достигает определенного порога, так что где-то в плазме спиральность поля падает ниже единицы ( q < 1), начинается процесс самоорганизации, препятствующий дальнейшему укручению профиля плотности тока 3 . Это приводит к квазистационарному состоянию, которое будет использоваться в будущих экспериментах с термоядерным реактором.
Данный процесс самоорганизации можно представить следующим образом: q = 1 означает, что силовые линии магнитного поля замыкаются сами на себя после одного полоидального и одного тороидального оборота, как показано на рис. 1а . В нашем примере, который имеет размерность совместного европейского тора (JET), условие q < 1 выполняется в пределах радиуса примерно , как показано штриховыми линиями на рис. 1 б, в.
Часть плазмы, расположенная в пределах поверхности q = 1, может быть легко смещена дестабилизирующими силами, связанными с градиентами плотности тока. Результирующее возмущение, известное как мода внутреннего перегиба, имеет форму наклоненного тора внутри тора. Другими словами, изогнутый тор q = 1 резонирует с тороидальной геометрией токамака в целом.