Stellarator

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 13 december 2020; kontroller kräver 7 redigeringar .

Stellarator  är en typ av reaktor för kontrollerad termonukleär fusion . Namnet kommer från lat.  stella är en stjärna , vilket bör indikera likheten mellan de processer som sker i stellaratorn och inuti stjärnorna. Uppfanns av den amerikanske fysikern L. Spitzer 1950, det första provet byggdes under hans ledning året därpå som en del av det hemliga Matterhorn-projektet .

Design och funktionsprincip

Stellarator är en stängd magnetisk fälla för att hålla högtemperaturplasma . Den grundläggande skillnaden mellan en stellarator och en tokamak är att magnetfältet för att isolera plasmat från de inre väggarna i toroidkammaren skapas helt av externa spolar, vilket bland annat gör att det kan användas i ett kontinuerligt läge. Dess kraftlinjer genomgår en rotationstransformation, som ett resultat av vilken dessa linjer upprepade gånger går runt längs torusen och bildar ett system av slutna toroidformade magnetiska ytor som är kapslade i varandra.

I alla stellaratorer byggda på 1900-talet liknade rotationstransformationskonfigurationerna varandra [1] , en av dessa konfigurationer ansöktes för ett USSR copyrightcertifikat under namnet Torsatron [2] . I denna konfiguration skapades det erforderliga magnetfältet av två lindningar - en spiralformad (som skapar ett longitudinellt magnetfält med egenskapen att omvandla rotationen av fältlinjer) och en poloidal (kompenserande) lindning som täcker det, med hjälp av vilken komponenten av magnetfältet vinkelrätt mot torusplanet, skapat av strömmen i den spiralformade lindningen, kompenseras i plasmavolymen . Stellarator-torsatronens enhet visas tydligt här [3] . Konfigurationen av typen "torsatron" var långt ifrån perfekt och hade många faktorer som i praktiken avsevärt minskade den teoretiska plasmainneslutningstiden. Därför hade plasmainneslutning i tokamaks under lång tid betydligt bättre prestanda än i stellaratorer [1] . Studien av plasmas beteende hos stellarator-torsatroner gjorde det dock möjligt att i framtiden skapa stellaratorer av en fundamentalt ny typ (se nedan).

Betydande framsteg i utvecklingen av stellaratorer uppnåddes i början av 2000-talet på grund av den kraftfulla utvecklingen av datorteknik och i synnerhet datorsystem för teknisk design. Med deras hjälp optimerades stellaratorns magnetiska system. Som ett resultat uppträdde en helt ny konfiguration av rotationstransformation - om i "torsatron" -konfigurationen det erforderliga magnetfältet skapades av två lindningar - spiralformade och poloidala (se ovan), så skapades magnetfältet i den nya konfigurationen uteslutande av en lindning, bestående av modulära tredimensionella toroidformade spolar, vars krökta form beräknades med de ovan nämnda datorprogrammen [1] .

Arbetsprocess

Ett toroidformigt vakuumkärl (till skillnad från en tokamak, en stellarator har inte azimutal symmetri - den magnetiska ytan har formen av en "skrynklad munk") pumpas ut till ett högt vakuum och fylls sedan med en blandning av deuterium och tritium. Därefter skapas plasma och värms upp. Energi införs i plasman med hjälp av elektromagnetisk strålning  - den så kallade cyklotronresonansen . När de når temperaturer som är tillräckliga för att övervinna Coulomb-avstötningen mellan deuterium- och tritiumkärnor , börjar termonukleära reaktioner .

Det faktum att ett toroidformigt kärl, snarare än ett sfäriskt , krävs för den magnetiska inneslutningen av plasmat är direkt relaterat till "hedgehog theorem" , enligt vilken den "sfäriska igelkotten" inte kan kammas - åtminstone vid en punkt av igelkotten kommer nålarna att stå vinkelrätt mot "igelkottens yta". Detta är direkt relaterat till ytans topologiska egenskap - sfärens Euler-karaktäristik är 2. Å andra sidan är det möjligt att kamma torusen smidigt, eftersom dess Euler-karaktäristik är 0. När man betraktar magnetfältsvektorn som en nål, blir det tydligt att en sluten magnetisk yta endast kan vara en yta med Euler-karakteristik lika med noll - inklusive den toroidformade.

Några aktiva stellaratorer

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 E. P. Velikhov , S. V. Putvinsky. Termonukleär reaktor  // Termonukleär energi. Status och roll på lång sikt. - 1999. Arkiverad den 20 september 2020.
  2. ↑ Torsatron - USSR Author's Certificate 1976-15-1 - SU 433908 | Bas av patent i USSR . Datum för åtkomst: 16 juni 2015. Arkiverad från originalet 17 juni 2015.
  3. ↑ Encyclopedia of Physics and Technology - Stellaratorer . Datum för åtkomst: 16 juni 2015. Arkiverad från originalet 17 juni 2015.
  4. ↑ Sammanfoga regler. Tyskland lanserade den mest kraftfulla termonukleära reaktorn . Hämtad 6 juli 2020. Arkiverad från originalet 25 september 2020.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger