Пинч с перевернутым полем - Reversed field pinch

Профиль q в пинче с обращенным полем

Полоидальное поле в пинче с обращенным полем

А пинч с обращенным полем (RFP) - устройство, используемое для производства и удержания околотермоядерных плазма. Это тороидальный зажим который использует уникальную конфигурацию магнитного поля как схему магнитного удержания плазмы, в первую очередь для изучения термоядерный синтез с магнитным удержанием. Его магнитная геометрия несколько отличается от более распространенных токамак. При движении в радиальном направлении часть магнитного поля, направленная тороидально, меняет свое направление на противоположное, в результате чего возникает термин перевернутое поле. Эта конфигурация может выдерживать сравнительно более низкие поля, чем у токамака аналогичной плотности мощности. Одним из недостатков этой конфигурации является то, что она более восприимчива к нелинейным эффектам и турбулентности. Это делает его полезной системой для изучения неидеальных (резистивных) магнитогидродинамика. RFP также используются при изучении астрофизическая плазма, которые имеют много общих черт.

Самым крупным устройством реверсивного зажима поля в настоящее время является RFX (R / a = 2 / 0,46) дюйм Падуя, Италия. Другие включают MST (R / a = 1,5 / 0,5) в США, EXTRAP T2R (R / a = 1,24 / 0,18) в Швеции, RELAX (R = 0,51 / 0,25) в Японии и KTX (R / a = 1,4 / 0,4) в Китае.

Характеристики

в отличие от Токамак, который имеет гораздо большее магнитное поле в тороидальном направлении, чем в полоидальном, RFP имеет сравнимую напряженность поля в обоих направлениях (хотя знак тороидального поля меняется на противоположный). Более того, типичный RFP имеет напряженность поля примерно от половины до одной десятой, чем у сопоставимого токамака. RFP также полагается на управляющий ток в плазме, чтобы усилить поле от магнитов за счет эффекта динамо.

Магнитная топология

Внутреннее поле в RFP

Пинч с обращенным полем работает в направлении состояния минимум энергии.

Силовые линии магнитного поля свободно наматываются вокруг центра. тор. Они свертываются наружу. Вблизи края плазмы тороидальное магнитное поле меняет направление, и силовые линии изгибаются в обратном направлении.

Внутренние поля больше, чем поля на магниты.

RFP в Fusion Research: сравнение с другими конфигурациями локализации

RFP имеет множество особенностей, которые делают его многообещающей конфигурацией для потенциального термоядерного реактора.

Преимущества

Из-за более низких общих полей реактор RFP может не нуждаться в сверхпроводящих магнитах. Это большое преимущество перед токамаками, поскольку сверхпроводящие магниты хрупкие и дорогие, и поэтому их необходимо защищать от среды термоядерного синтеза, богатой нейтронами. RFP чувствительны к нестабильности поверхности и поэтому требуют плотно прилегающей оболочки. Некоторые эксперименты (например, Симметричный тор Мэдисона ) используют свою плотно прилегающую оболочку в качестве магнитной катушки, пропуская ток через саму оболочку. Это привлекательно с точки зрения реактора, поскольку твердая медная оболочка (например) будет довольно устойчивой к нейтронам высоких энергий по сравнению со сверхпроводящими магнитами. Также нет установленных предел бета для запросов предложений. Существует вероятность того, что пинч с перевернутым полем может вызвать зажигание только с омическая мощность (пропуская ток через плазму и генерируя тепло за счет электрического сопротивления, а не через электронный циклотронный резонанс нагрев), который был бы намного проще, чем конструкции токамака, хотя он не мог работать в установившемся режиме.

Недостатки

Как правило, RFP требует подачи большого количества тока, и, хотя многообещающие эксперименты продолжаются, не существует установленного метода замены тока с омическим приводом, который в основном ограничен параметрами машины. RFP также склонны к режимы разрыва которые приводят к перекрывающимся магнитным островкам и, следовательно, к быстрому переносу от ядра плазмы к краю. Эти проблемы являются областью активных исследований в сообществе RFP.

Удержание плазмы в лучших RFP только примерно на 1% лучше, чем в лучших токамаках. Одна из причин этого в том, что все существующие RFP относительно небольшие. MST был больше, чем любое предыдущее устройство RFP, и поэтому он проверил эту важную проблему размера.[1]. Считается, что RFP требует оболочки с высоким электрическая проводимость очень близко к границе плазмы. Это требование - досадное осложнение для реактора. В Симметричный тор Мэдисона был разработан, чтобы проверить это предположение и узнать, насколько хорошим должен быть проводник и насколько близко к плазме он должен быть размещен. В RFX толстая оболочка была заменена активной системой из 192 катушек, которые покрывают весь тор своей седловидной формой и реагируют на магнитный толчок плазмы. С помощью этой системы также возможно активное управление режимами плазмы.

Исследования физики плазмы

Пинч с перевернутым полем интересен также с точки зрения физики. Динамика RFP очень бурная. RFP также демонстрируют сильную плазменное динамо, как и многие астрофизические тела. Фундаментальная наука о плазме является еще одним важным аспектом исследования перевернутого поля.