История научных исследований в области управляемого термоядерного синтеза
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
, глубина потенциальной ямы (well depth), полоидальное изменение , аспектное отношение R0/a и тороидальная и полоидальная периодичности (m и l в стеллараторной терминологии). Во первых единственным эффективным методом создания горячей плазмы был Омический нагрев, хотя, как и в токамаках это ограничивало достижимый диапазон параметров и связывало нагрев с вращательным преобразованием, что представляло сложность для установления скейлингово закона для потерь энергии. Но было ясно, что токонесущие стеллараторы обладают аномальными потерями тепла для электронов, которые через некоторое время стали считать соответствующими псевдоклассическому скейлингу Арцимовича [1].
Множество различных способов исследовалось для создания горячей безтоковой плазмы, но все эти тупиковые направления были заброшены в 1980г., когда появились мощные методы дополнительного нагрева на самых больших стеллараторах (на токамаках они начали использоваться с 1973 г.). На 8 конференции МАГАТЭ по термоядерному синтезу в Брюсселе в 1980 г. ученые из Гархинга сообщили обэксперименте на стеллараторе W7-A в котором инжекция нейтрального пучка мощностью 180 кВт поддерживала плазму с электронной и ионной температурами в несколько сотен электроновольт после того как ток осуществляющий Омический нагрев был выключен, а токи в винтовых катушках увеличены для поддержания вращательного преобразования. В Калхэме также получили безтоковую плазму на установке CLEO, используя 12 кВт нагрев на электронно-циклотронном резонансе (ЭЦРН), но при этом ионы оставались холодными и электронные потери энергии были большими. Электронно-циклотронный нагрев (ЭЦРН) мощностью 150 кВТ использовался в JIPPT-II, гибридной установке в Нагойе (Nagoya), которая могла работать и как токамак и как стелларатор. Через некоторое время Киото (Kyoto) начал проводить эксперементы с 200 кВт ЭЦРН на Heliotron-E, и с этого времени W7-A и Heliotron-E привели стеллараторные исследования в диапазон параметров, в котором токамаки работали с 1968 г. Со временем, оба они были оснащены системой дополнительного нагрева мощностью в несколько МВт, разделенную между ЭЦРН, ионно циклотронным нагревом (ИЦРН), нейтральной инжекцией, а также с пеллет инжекцией, используемой для контроля профиля плотности. Параметры больших стеллараторов этого периода суммируются в таблице 3 [1].
В годы после Новосибирской конференции, большой прогресс был достигнут в понимании в широком диапазоне конфигураций полей и катушек, которые формируют семейство стеллараторов. (В термоядерном сообществе нет единого принятого употребления общих и специфических названий. Спитцер изобрел две схемы для создания винтового преобразования в вакуумных тороидальных полях винтовые оси и винтовые катушки и назвал обе стеллараторами, поэтому и здесь используется это название как общее имя для всех устройств основанных на этих принципах. Но можно также обратить внимание что название “винтовые системы” (helical systems) используется для всевозможных устройств. Стеллараторы с сонаправленными токами в винтовых катушках были названы торсатронами французкими изобретателями, но известны как гелиотроны в Японии. Для согласованности здесь торсатроны/гелиотроны будут называться торсатроны, а установки с противоположными токами в винтовых катушках “классическими стеллараторами”.) У классического стелларатора существует тороидальное поле, создаваемое соответствующими катушками тороидального поля, как в токамаке, и полоидальное поле с l-изгибающей симметрией, создаваеиой системой 2l тороидально непрерывных винтовых катушек с токами текущими в противоположных направлениях в винтовых катушках. Добавление катушек полоидального поля для создания вертикального поля позволяет сдвинуть магнитную ось для создания конфигурации с миниумом B. Плюсы их применения состоят в возможности менять тороидальные и полоидальные поля независимо, а минусы в том что системы тороидальных и винтовых катушек становятся связанными, создавая общую систему и трудности по ее поддержанию.
Токи в этих катушках становятся в некоторой степени взаимозаменяемыми. Поэтому схема торсатрона предложенная на Новосибирской конференции Гордоном (Gourdon) из Фонтеная-на-Розах (Fontenay-aux-Roses), обходится без катушек тороидального поля и обладает сонапрвлеными винтовыми токами, текущими в системе l винтовых катушек и для создания вращательного преобразования и для создания тороидального поля. Можно еще отметить, что торсатроны были также независимо предложены Алексиным из Харькова в 1961 г [1]. Базовая конфигурация торсатрона содержит катушки полоидального поля для компенсации вертикального поля, создаваемого винтовыми катушками. Для создания предельного торсатрона, только с винтовыми катушками нужно использовать специфический закон закручивания т.е. такой способ при котором угол изгиба должен меняться в полоидальном сечении (винтовые катушки с малым углом закрутки внутри или снаружи создают эффект расположе6ния катушек полоидального поля внутри или снаружи соответственно). Торсатрон теряет некоторую гибкость классического стелларатора, зато сильно выигрывает в инженерной простате конструкции.
Новые стеллараторы были разработаны для исследования новых конфигураций. Схема торсатрона была использована в различных формах в Харькове, Калхэме и Нагойе. Она также была адоптирована в Киото, как естественное развитие гелиотронной конфигурации. Гелиотрон-Е (Heliotron-E), который начал работу в 1980 г. обеспечил твердую экспериментальную ос