Cтраница 3
При пропускании нарастающего во времени тока в первичной обмотке трансформатора 1 внутри вакуумной камеры 5 создается вихревое продольное элек-трнч. При не очень большой начальной плотности газа ( обычно используется водород или его изотопы) происходит его электрич. Этот ток создает собственное полоидалькое ( в плоскости поперечного сечения плазмы) магн. Кроме того, для стабилизации плазмы используется сильное продольное магн. Bv, создаваемое с помощью спец. Именно комбинацией тороидального и полоидалыгого магн. Тороидальные системы), необходимое для осуществления управляемого термоядерного синтеза. [31]
Газ, находящийся в ионизированном состоянии в промежутке между электродами электрической дуги, называется плазмой. Если этот газ быстро движется в дуге, то дуга может погаснуть; другими словами, плазма может проходить через дугу быстрее, чем образуется новая плазма, сопротивление газа в промежутке между электродами увеличивается и дуга гаснет. Однако если часть плазмы рециркулирует и смешивается со свежим газом, поступающим в дугу, то плазма стабилизируется; в таких реакционных устройствах можно увеличить скорость газа и применять высокие плотности тока. Для циркуляции с перемешиванием и стабилизации плазмы обычно применяют завихренный поток газа. [32]
Неидеальная плазма с чисто кулоновским взаимодей-ствием между частицами ( полностью ионизованная) реально не существует. В такой плазме с большой скоростью происходит рекомбинации ионов и электронов с характерными временами значительно меньше атомных. Неидеальная плазма существует в многокомпонентной системе, где возникают дополнит, условия стабилизации плазмы. Слабоионизованный газ всегда является идеальной плазмой. [33]
Между тем давление самой плазмы во всех ее сечениях одинаково и плазма может свободно перетекать вдоль ее столба. Аналогично можно показать, что возникшая в плазменном шнуре деформация изгиба будет развиваться и приведет к дальнейшему изгибанию шнура. В настоящее время детально изучены возможные виды неустойчивости плазмы. Для стабилизации плазмы применяются различные варианты использования дополнительных внешних магнитных полей, не связанных с током, проходящим через плазму. [34]
Энергия термоядерных реакций в плазме из ядер дейтерия и трития в основном передается быстрым нейтронам. Для преобразования этой энергии в тепловую плазменное кольцо нужно окружить специальной оболочкой толщиной около метра - бланкетом. В бланкете нейтроны будут замедляться и отдавать энергию теплоносителю. Исследования процессов, протекающих при слиянии тяжелых ядер водорода, ведутся на различных установках. Наибольшие результаты в решении этой проблемы достигнуты на советской установке Токамак. Эту установку можно сравнить с трансформатором, у которого вторичная обмотка выполнена в виде замкнутого ( полого) кольца - тора. Заполнение кольцевой камеры дейтерием осуществляется при глубоком вакууме. При пропускании тока по первичной обмотке в камере происходит пробой в газе, газ ионизируется и протекающий по нему ток нагревает его до высокой температуры. Для стабилизации плазмы создается дополнительное магнитное поле, образуемое катушками, расположенными вдоль тора. [35]
Но возмущения типа змеек ( т 1) вмороженное магнитное поле может стабилизировать только для коротких длин волн. Стабилизация пинча по отношению к длинноволновым змейкам требует применения другого метода: помещения пинча в достаточно тесный проводящий кожух. Если проводимость как плазмы, так и кожуха достаточно велика, то магнитное поле не может проникнуть ни в одну из этих сред и образует как бы упругую подушку, препятствующую их сближению. Таким образом, сочетание вмороженного продольного поля внутри и проводящего кожуха снаружи плазмы позволяет в принципе стабилизировать по отношению ко всем гидромагнитным возмущениям идеально проводящий с разделенными полями пинч. Но требуемое для этого условие полного разделения продольного и кругового полей может быть осуществлено только в течение времени, малого в сравнении со скиновым. Если ток течет не только по поверхности, но распределен внутри плазмы, то разделения полей уже не будет. Диффузия магнитного поля за счет конечной проводимости приводит к перемешиванию полей, и вместо продольного и кругового образуется винтовое поле. При наличии же винтового поля винтовые возмущения с таким же шагом винта, как у поля, не могут быть стабилизированы простым повышением напряженности поля. Для стабилизации плазмы по отношению к таким возмущениям необходимо как-нибудь запутать магнитные силовые линии так, чтобы их упругость сопротивлялась всякому возмущению. Для пинча этого можно было бы достичь наложением внешнего поля, направление которого противоположно внутреннему. Значительно более широкие возможности стабилизации представляет специальная конфигурация винтового поля, на которой основан стелларатор. [36]
Схемы СВЧ плазмотронов с предполагаемыми картинами течений при прямо-точно-вихревой и возвратно-вихревой стабилизации плазмы показаны на рис. 7.30, а на рис. 7.31 показана зависимость мощности плазменного СВЧ излучения Wp, поглощаемого разрядом, и тепловой мощности Wt, выделяющейся в контуре охлаждения плазмотрона. Результаты опытов приведены в виде зависимости доли тепловых потерь WJWV от удельного вклада энергии в разряд J WIG, где G - расход плазмообразующего газа - азота. Результаты численного моделирования показаны на рис. 7.32 а - для традиционной прямоточно вихревой стабилизации и на рис. 7.32 5 - для случая с возвратно-вихревой стабилизацией. В первом случае рабочее тело - плазмообразующий газ - азот в виде закрученного потока подается в разрядную камеру, а во втором случае он подается в дополнительную вихревую камеру со скоростями 100 м / с ( С 1 г / с) и 225 м / с ( G 1 5 г / с), соответственно. По мнению автора работы [64] возвратный вихрь сжимает зону нагрева, предохраняя стенки камеры плазмотрона от перегрева. Основная часть газа проходит через разрядную зону, а размер зоны рециркуляции незначителен. В традиционной схеме ( см. рис. 7.32 а) входящий газ смешивается с циркулирующим потоком плазмы и основная часть газа проходит мимо разряда вдоль стенок кварцевой трубки. Судя по приведенным модельным расчетам, схема с возвратно-вихревой стабилизацией позволяет снизить максимально достижимую температуру нагрева корпусных элементов примерно в 2 5 раза. Наиболее нагретая часть область диафрагмы, непосредственно примыкающая к отверстию имеет температуру 1400 К. Таким образом, использование возвратно-вихревой стабилизации плазмы позволяет изготовить СВЧ плазмотрон неохлаждаемым из кварцевого стекла. [37]