Стелларатор
-
История стелларатора
- Стелларатор удерживает плазму с помощью внешних магнитов
- Изобретен Лайманом Спитцером в 1951 году
- Модель А продемонстрировала удержание плазмы в 1953 году
-
Проблемы и развитие
- Стеллараторы имели низкую производительность и теряли плазму
- В 1960-х годах интерес к стеллараторам угас
- Публикация информации о токамаке в 1968 году привлекла внимание к этому устройству
-
Современные исследования
- С 1990-х годов интерес к стеллараторам возрос
- Новые методы конструирования улучшили производительность
- Примеры современных устройств: Wendelstein 7-X, HSX, Большое спиральное устройство
-
Концепция стелларатора
- Спитцер изменил геометрию тора, чтобы снизить скорость дрейфа плазмы
- Магнитное удержание основано на соленоидальных катушках и вращательном преобразовании
-
Финансирование и развитие
- Спитцер получил финансирование от AEC в размере 50 000 долларов
- Джим Так также предложил концепцию пинча, но не получил финансирования
- Принстонская программа была создана 1 июля 1951 года
-
Проект Маттерхорн
- Спитцер предложил название «Проект Маттерхорн» из-за сложности работы.
- Созданы секции S и B для работы над стелларатором и бомбой.
- Проект расположен в кампусе Принстона в Форрестоле.
-
Ранние устройства
- Спитцер начал работу с Джеймсом Ван Алленом.
- Модель А продемонстрировала улучшенную изоляцию.
- Модель B имела проблемы с магнитами и рентгеновским излучением.
- B-1 использовал омический нагрев, но примеси вызывали сильное рентгеновское излучение.
- B-2 использовал импульсное питание и магнитную накачку, но не достиг значительных результатов.
- B-64 и B-65 использовали новые схемы для улучшения стабильности.
- B-3 и B-66 столкнулись с проблемой «откачки».
-
Модель C
- Модель C была построена в 1958-1961 годах.
- Достигла температуры электронов в 400 эВ в 1969 году.
- Использовались новые системы нагрева, включая инжекцию нейтрального пучка.
-
Другие подходы
- Появились новые конструкции стеллараторов, такие как торсатрон и гелиотрон.
- Модульные катушки стали основной частью исследований.
-
Паника в токамаке
- В 1968 году СССР опубликовал результаты работы токамаков.
- Американские лаборатории сначала проигнорировали токамак, но позже начали исследования.
-
История стеллараторов и токамаков
- Принстон пытался защитить стелларатор, но другие группы требовали средств для токамаков.
- В 1969 году Готлиб предложил преобразовать Model C в токамак.
- Модель ST превзошла Model C по производительности.
- PPPL стала основным разработчиком токамаков в США.
-
Проблемы и достижения токамаков
- Токамаки показали улучшенную производительность, но столкнулись с новыми нестабильностями.
- Для решения проблем требовались сверхпроводящие магниты и огромные объемы удержания.
- Проект ITER объединил заинтересованные стороны.
-
Возвращение стеллараторов
- Интерес к стеллараторам возрос из-за новых инструментов компьютерного планирования.
- Новые материалы и методы улучшили качество и мощность магнитных полей.
- Созданы новые устройства, такие как Wendelstein 7-X и HSX.
-
Концепция стелларатора
- Стелларатор использует магнитное удержание для удержания плазмы.
- Спитцер предложил конструкцию с двумя полуторами, соединенными прямыми участками.
- Конструкция напоминает цифру 8 и наклонена для уменьшения дрейфа.
-
Проблемы и решения
- Дрейф плазмы можно уменьшить, чередуя частицы внутри и снаружи трубки.
- Столкновения между частицами приводят к выносу топлива, что требует отводящего устройства.
- Спитцер предложил магнит для удаления внешнего слоя плазмы.
-
Проблемы и решения в стеллараторах
- Спитцер предложил концепцию отводящего устройства для устранения нестабильности плазмы.
- Альтернативные конструкции, такие как B-2 и B-64, улучшили угол поворота частиц.
- Современные конструкции используют сложные магниты для создания единого поля.
-
Нагрев плазмы
- Стеллараторы не индуцируют электрический ток, что требует дополнительных методов нагрева.
- Омический нагрев и магнитная накачка используются для нагрева плазмы.
- Ионно-циклотронный резонанс эффективен при высоких температурах.
-
Врожденные проблемы стеллараторов
- Стеллараторы требуют сложных магнитов, что ограничивает их размеры.
- Магниты должны быть защищены от нейтронов, что увеличивает их размеры.
- Сложные магниты требуют жестких допусков на позиционирование, что усложняет строительство.
-
Плазменный нагрев и конфигурации
- Существует несколько способов нагрева плазмы.
- Конфигурации стеллараторов включают различные магнитные поля и формы.
-
Последние результаты и оптимизация
- Оптимизация для снижения транспортных потерь важна для устройств магнитного удержания.
- Спирально-симметричный эксперимент (HSX) показал, что квазисимметрия уменьшает перенос энергии.
-
Модель Wendelstein 7-X
- Спроектирована для универсальности магнитного поля
- Выявила аномальную диффузию из-за турбулентности
- Оптимизированное магнитное поле улучшило контроль тока и перенос энергии
- Достигнуты рекордные значения термоядерного синтеза и увеличено время удержания примесей
-
Дивертор island
- Успешно стабилизирует сценарии отрыва плазмы
- Снижает тепловые потоки на мишенях дивертора
- Использует энергию излучения для стабильной работы плазмы
- Многообещающее решение для контроля отсоединения и модернизации
-
Краевая магнитная структура
- Влияет на подачу частиц топлива и выхлоп
- Цепочка магнитных островков управляет подпиткой плазмы
-
Устройство MUSE
- Использует постоянные магниты емкостью 10 тыс.
- Магниты встроены в нейлоновую матрицу, напечатанную на 3D-принтере
- Максимальное внутреннее напряжение менее 7 МПа
- Первый квазиосесимметричный эксперимент