השפעת הגיאומטריה השדה המגנטי על פלסמה וידוי יעילות

היתוך גרעיני מבטיח מקור כמעט ללא הגבלת אנרגיה נקייה, אבל השגת תגובות היתוך מתמשך דורש פלזמה מזרז בטמפרטורות גבוהות מאוד - לעתים קרובות מעל 100 מיליון מעלות צלזיוס.לא מיכל פיזי יכול לעמוד בתנאים כאלה, כך כור היתוך להסתמך על שדות מגנטיים כדי ללכוד ולעצב את הגז החם, מוקרן פלסמה, עם זאת, לא כל סידורי השדה המגנטי הם שווים.

יסודות של סודיות מגנטית

ב כור היתוך, פלזמה היא אוסף של חלקיקים טעונים - אלקטרונים וצלים - אשר עוקבים אחר נתיבים הליקליים לאורך קווי שדה מגנטיים.מערכת הגבלה מגנטית חייבת ליצור נפח שבו חלקיקים אלה לכודים, מונעים מבריחה לקיר הכור, ובהתחשב מספיק זמן כדי להתמזג.שני סוגים דומיננטיים של מכשירים מגנטיים של מגבלות מגנטיות הם FLT:0toksmaphal1 ו- 1FLT2 מ"מ"מ"מ"מ.

בשתי הגישות, השדה המגנטי יש מרכיב טוואיד (בצורת אגוזי אגוזי) אשר פועל לאורך זמן סביב הטורוס.עם זאת, שדה טורואיד טהור אינו מגביל פלזמה, כי חלקיקים נסחף אל העליון או התחתון של הטורוס.כדי למנוע את הסחף הזה, מרכיב שדה שני - פולו - מחליש את קווי השדה סביב הפלסמה בדפוס הלייקאלי, השילוב יוצר את היישר של אזור מבוזר: 0xtcreic של שטח זה - הוא מוגבל של שטח אחד - הוא חלק של שטח אחד - הוא מוגבל של שטח מגנטי - כלומר: 1.

טוקאמאק גאומטריה: יתרונות ומגבלות

הטוקמאק פותח לראשונה בברית המועצות בשנות ה-60 ונשאר הרעיון המגנטי המלומד ביותר.התצורה המגנטית שלו מבוססת על שני מקורות שדה עיקריים: סלילי שדה טורידיים שיוצרים את השדה בצורת דונאט, זרם חשמלי חזק המונע דרך פלזמה עצמה כדי לייצר את השדה המפוכח הזה.

התפקיד של פלאסמה הנוכחי

זרם פלזמה בטוקמק משמש מטרה כפולה: לא רק לייצר שדה ההתנצלות אלא גם מחמם את פלזמה באמצעות חימום הוממתי.השינוי הסיבובי – כמה פעמים קו שדה רוח באופן מפוכח בעוד circling toroidally - נקבע על ידי פלזמה של זרם פלזמה לשדה ההתאבדות ברציפות.

Instabilities and Edge Localized Modes (אלמרס)

פלזמות טוק רגישים למספר מגנטודינמיקה (MHD) בין העומסים המאתגרים ביותר הם FLT:0 סיטואציות מקומיות מתקדמות (ELMs)OVAFLT:1, התפרצויות של אנרגיה וחלקיקים שהתפרץ מן קצה פלזמה - אירועים אלה יוצרים אובדן קבוע של מגבלות ויכולים לשקוע חלקיקים.

« « kamak Scenarios

החוקרים חוקרים משטרים מתקדמים של tokamak אשר משנים את הגיאומטריה המגנטית כדי לשפר את המגבלות (FLT:0 מחסומים תחבורה ביננאלית (ITB) irFLT:1 יכול להיווצר כאשר סיבוב פלזמה וגרם מגנטי ליצור אזור של גיאומטריה מופחתת מאוד בעיצוב מחסומים אלה מאפשרים טמפרטורות ליבה גבוהות יותר ועומס LT, עם זאת, שמירה על זה דורש התאמה קפדנית של השדה המגנטי לעתים קרובות יותר של זרם חשמלי (R) באמצעות זרם איטי יותר של קרינה או לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי של זרם (Ric) או זרם של זרם איטי יותר של זרם של זרם (Riciciclex) עם גלימת יתר על פני השטח של זרם של זרם של זרם של זרם של גלימה) עם לחץ גבוה יותר של לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ גבוה יותר של זרם של לחץ דם גבוה יותר, עם זרם של זרם של זרם של לחץ גבוה יותר, עם זרם של זרם חשמלי (Ricictextextextextextextextextextextextextextextextextextic) או לחץ גבוה יותר של לחץ גבוה יותר של לחץ גבוה יותר של לחץ

סטלה גלאומטריה: הגישה הלילית

סטלרים נוקטים גישה שונה: הם מייצרים את השדה הפטרואיד הדרוש לחלוטין דרך סלילים חיצוניים, מבלי להסתמך על זרם פלזמה גדול.זה מבטל את המקור העיקרי של הפרעות ו- ELMs, המציעה פעילות יציבה לחלוטין של מדינה.המסחר הוא כי סלילים חייבים לייצר גיאומטריה מגנטית תלת מימדית שהיא הרבה יותר מורכבת מזה של tokamak.

התפתחות היסטורית ואתגרים

(הראשון) הממריצים הראשונים, שנבנו בשנות החמישים בפרינסטון, הובלו על ידי מגבלות גרועות משום שהתקני הגלות הפשוטים של הזמן לא הצליחו ליצור משטחים אידיאליים של פלוקס.פי חלקיקים אבדו במהירות בשל ה-FLT:0neoקלאסיים של צינורות קיטור: ספקטרום של 3 LT1, סוג של אובדן מונע סחף, אשר תלוי מאוד בגאומטריה מגנטית לאורך עשרות שנים, עיצובים:

Wendelstein 7-X: סיפור הצלחה

הממריץ המתקדם ביותר כיום הוא FLT:0 Wendelstein 7-X (W7-X)FLT:1 בגרפיסטוואלד, גרמניה, הגיאומטריה המגנטית שלו הייתה אופטימיזציה באמצעות עשרות שנים של מודלים חישוביים כדי ליצור תצורה עם תחבורה ניאו-קלאסית נמוכה מאוד, אשר אישרה משטחים מגנטיים מעוות היטב, והתנהגות יציבה נגד MHDs.

השוואה עם Tokamaks

בעוד שללקמאקים יש בדרך כלל הגבלת אנרגיה גבוהה יותר בגודל נתון בשל דיכוי הזעזועים החזקים שלהם, ממריצים מצטיינים במבצע יציב של מדינת וחוסן לשיבושים.בחירה של גיאומטריה מגנטית לעתים קרובות מגיעה לקידוד עבור המשימה הספציפית: תחנת כוח היתוך עשוי ליהנות מהטבע היציב של מעצמה, בעוד דופק למולקולנוע יכול להשיג שני חומרים מתקדמים (F) כגון מטושטשים מתקדמים יותר, כגון חומר נפץ מסוג 1F).

השפעה של גיאומטריה מגנטית על יציבות וידוי

הביצועים של כל מכשיר צמצם מגנטי מתפתלים על כמה טוב הגיאומטריה המגנטית מדכאת חוסר יכולת ומפחיתה את אובדן האנרגיה.

משטחים מגנטיים ואיים

משטחים טבעיים של שפעת הם חלק, מנוקנים לטרי.עם זאת, הפרעות קלות - החל מ- coil misalignments, שדות טעויות, או זרמי פלזמה - יכולים לגרום משטחים לפרוץ וליצור צורה:0 מגנטי איים FLT:1 איים אלה הם אזורים של קווים שדה פתוח כי קצר מדי, אופטימיזציה קצר-circuit של המגבלות, המאפשר חלקיקים וחום כדי להדוף את הגודל והסיבוב של איים מגנטיים על פני השטח (היא יכולה לשנות במהירות רבה יותר מדי) עם מפוארמסומטמים קצרים מדי, היא יכולה לשנות את המרומים).

שקיפות והובלת

שקיפות הנובעת ממיקרו-נחיתות - כגון ion טמפרטורה ⁇ (ITG) מצבי אלקטרון לכודים (TEMs), ותנודות טמפרטורת אלקטרון (ETG) - היא המנגנון הדומיננטי של חום והובלת חלקיקים ברוב פלזמות ההיתוך. גיאומטריה מגנטית ישירות השפעות אלה instabilities.

ה-FLT:0 ⁇ FLT קריטי ( ⁇ FLT:1) עבור זעזועים הוא גם עצמאי גיאומטריה. מכשירים עם עיצוב חזק (משולש גבוה ואורך) נוטים להיות צפיפות גבוהה יותר וטמפרטורות ⁇ לפני זעזוע נראה, המאפשר ערכים מרכזיים גבוהים יותר.זו הסיבה לכך רבים הדור הבא של טוקמטים - כמו SPARC ו-Recoming EUMO - מתקדמת כדי למקסם את הכוח.

Beta Limits and Stability Margins

(β) הוא היחס של לחץ פלזמה ללחץ מגנטי; בטא גבוהה רצוי מבחינה כלכלית כי זה להפחית את כוח השדה המגנטי הנדרש עבור כוח היתוך נתון, כל גיאומטריה מגנטית יש גבול עליון מעבר אשר (1) יש לו את ההסתברות (כגון פיטורים של בלונים או קימור) להרוס את המגבלות של BLTX (בדרך כלל) {\displaystyle L=D2 (Ter Fer) {\displaystyle ELT2 (Iper)} {\displaystyle D.

יעילות הקונפדרציה נמדדת לעתים קרובות על ידי FLT:0 Energy Limitment זמן ( ⁇ E)cioFLT:1 ; חוקי סקאלה אמפיריים (למשל, IPB98(y,2) עבור tokamaks) מראים כי ⁇ E גדל עם גודל, פלזמה, מגנטי השדה, מגנטי, אך גם תלוי בגורמים גאומטריה כגון משולש וגמישות עבור סטרטגיה.

כיוונים עתידיים ואתגרי מפתח

קידום גיאומטריה השדה המגנטי מהרעיון התיאורטי לכור מעשי דורש מפגש בין מספר אתגרים קשורים.

אופטימיזציה משלימה ולמידה של מכונות

(המכונים אלגוריתמים מודרניים כמו W7-X נועדו להשתמש באלגוריתמים אופטימיזציה של חומרים שתואמים את צורות סליל כדי להשיג תכונות מגנטיות מטרה (quasi-סימטריה, תחבורה ניאו-קלאסית נמוכה, יציבות MHD טובה כיום, החוקרים משתמשים ב- FLT:0machine LearningFLT:1 ו-FLT:2adjoint Methods 3 כדי להאיץ את התהליך הזה, אלפי מועמדים לבנות ג'אולתיקים יקרים, אך אינם יעילים, אלא גם הם גם הם רק כדי לפתח מוליכים באופן פיזיקלימיים מגנטיים.

מכשירים הבאים

כמה פרויקטים של היתוך גדול נמצאים בבנייה או בתכנון מתקדם, כל אחד מהם מראה גישות גיאומטריה מגנטיות שונות:

  • (FLT:0)ITERREFLT:1 (צרפת) הוא גדול קלקאק שנועד להפגין רווח אנרגיה נטו (Q=10), התצורה המגנטית שלה משתמשת שדה סופר-ממשלתי מתמשך מוליד וזרם פלזמה שיהיה נמשך חלקית על ידי כונן זר חיצוני. ITER יבדוק שיטות מתקדמות לעיצוב ו- ELM-mitigation, כגון סטיות מגנטיות מהדהדות (PRMs) שיחולות שגיאות שדה קטנות.
  • (FLT:0SPARCIRLT:1) (Commonwealth Fusion Systems, MIT) הוא קדמיון קומפקטי, שדה גבוה, המשתמש תחמוצת נחושת נדירה (REBCO) גבוה בטמפרטורה גבוהה superconductors. הגיאומטריה המגנטית שלה נועד להשיג בטא גבוהה מאוד בעוד נותר קטן.
  • (ה) ⁇ :0) ונדדלשטיין 7-XFLT:1 ממשיך לפעול, ויורשו (או סטרטטור חדש של דור חדש) נחשב למפעל הדגמה אירופאי.הגאומטריה עשויה לשלב FLT:2quasihlical סימטריהFLT 3 לשיפור תחבורה נוסף.
  • (FLT:0) FETRIRFLT:1 (סין הנדסת היתוך הניסוי תגובה) מתכננת הן טוקאמאק והן אופציה סטלטור, המשקפת את האינטרס העולמי להערכת הן הגיאוגרפיות של תחנת כוח.

רעיונות אלטרנטיביים: Tokamaks pherical Tokamaks ו- קומפקטי סטלארטורים

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מסקנה

גיאומטריה השדה המגנטי הוא לא רק פרמטר עיצוב; הוא השפע הבסיסי שעליו כל ההיתוך המגנטי של ההיתוך קו מבוזר, ממשטחי פלוקס הקן של טוקמאק לאופטימיזציה תלת-ממדית של ממריץ, הסדר של קווי שדה מגנטיים קובע יציבות פלזמה, יעילות פיזור, ואת הכדאיות המעשית של אנרגיה היתוך וחשיבה הראו כי אפילו שינויים גיאומטריה קטנה של ריאה - לא ניתן לשנות את הגמישות קלה.