Способ магнитного удержания термоядерной плазмы в замкнутой ловушке
Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано в термоядерной энергетике. Цель изобретения - повышение эффективности получения термоядерной энергии в замкнутой ловушке. Прямолинейные участки ловушки замыкаются криволинейными замыкателями (КРЭЛ), и создается магнитная конфигурация, удовлетворяющая условиям незатекания в прямые участки как первой, так и второй гармоник тока разделения зарядов *981 E<SP POS="POST">MI</SP> @ DΘ *981 [B, ΔВ]ΔР/B<SP POS="POST">4</SP>DS=0, при M=1,2, где S - длина дуги магнитной оси, отсчитываемая от середины КРЭЛ L - длина КРЭЛ Θ - угол в плоскости, перпендикулярной оси P - давление плазмы B - напряженность магнитного поля. Плазма с температурой 100-200 эВ при плотности 10<SP POS="POST">14</SP>см<SP POS="POST">-3</SP> создается в замкнутой ловушке посредством высокочастотной ионизации и удерживается магнитным полем, конфигурация которого в КРЭЛ обеспечивает замыкание в них первой и второй гармоник тока разделения зарядов и наличие магнитной ямы. Последующий нагрев осуществляется высокочастотными методами или инжекцией нейтральных частиц. После зажигания стационарный режим поддерживается инжекцией топлива. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
hagi SU ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 6 E,.06m ,4, !Пп . л Б . О К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ при m = 1; 2, где s — длина дуги магнитной оси, отсчитываемая от середины КРЭЛ; Ь вЂ” длина КРЭЛ; 8 — угол в плоскости, перпендикулярной оси; Р давление плазмы  — напряженность магнитного поля, Плазма с температурой 100-200 эВ при плотности 10 4 см создается в замкнутой ловушке посредством высокочастотной ионизации и удерживается магнитным полем, конфигурация которого в КРЭЛ обеспечивает замыкание в них первой и второй гармоник тока разделения зарядов и наличие магнитной ямы. Последующий нагрев осуществляется высокочастотными методами или инжекцией нейтральных частиц. После зажигания стационарный режим подде рживае тс я инже к цие и топлива. 1 з, и. ф-лы, 2 ил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР (61 ) 062795 ° ° 211 329356/24-25 22 ) 19. 11.87 (46) 30,10,89, Бюл. Р 40 (72) А.В, Добряков и В,И. Ильгисонис (53 ) 533. 9 (088. 8 ) (56) Авторское свидетельство СССР !! - 1062795, кл. G 2! В 1/00, 1981. (54 ) СПОСОБ МА1 НИТНОГО УДЕРЖАНИЯ ТЕРМОЯД!,"РНО!! 1!ПАЗМЫ В ЗАМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЛОВУ! !КГ. (57) Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано в термоядерной энергетике. Цель изобретения повышение эффективности получения термоядерной энергии в замкнутой ловушке. Прямолинейные участки ловушки замыкаются криволинейными замыкателями (КРЭЛ), и создается магнитная конфигурация, удовлетворяющая условиям неэатекания в прямые участки как первой, так и второй гармоник тока разделения зарядов: 1 " ан (в,тв) vv/в а. = p, о -Цт 1518836 K(s) 1.пМ,(з) †--->-- — — ds 0 " (=) (2 ) -L(2 или в 2 векторной форме 8 о Г-, - gР 1(1 Р В -,ав = 0 3) так и условию незатекания в прямые участки vòoðîé гармоники тока разде- 40 ления зарядов ° Здесь s — текущая длина дуги магнитной оси КРЭЛ, отсчитываемая от его середины, I, — полная длина оси КРЭЛ, K(s) — кривизна оси; (s ) — текущая угол вращательного 45 преобразования;  — напряя енность магнитного поля; Р— давление плазмы, 9 — у-гол в плоскости, перпендикулярной оси КРЧЛ, отсчитываемый от главной нормали к ней. 11ля симметричных 50 относительно своего центра КРЭЛ условие (2 ) выполняется автоматически ввиду нечетности подыптегральной функции. Условие незатекания в прямые участки «торой гармоники тока 55 разделения зарядов вьпчолняется во вто4вP ром порядке по,3 = --- и кривизне, В Изобретение относится к управляемому термоядерному синтезу и может быть использовано в термоядерной энергетике. Целью изобретения является повы- 5 шение эффективности удержания плазмы и получения термоядерного выхода энергии в замкнутой ловушке. На фиг.1 схематично изображена замкнутая магнитная ловушка; на 10 фиг.2 — КРЭЛ, Замкнутая магнитная ловушка состоиэ из двух прямолинейных участков 1, замкнутых КРЭЛ 2, Переход магнитной конфигурации иэ КРЭЛ, криволинейноФ го равновесного элемента, в прямой участок осуществляется в относитель- но короткой переходной области 3, К1 ЭЛ состоит из пяти полутороидальных соленоидов круглого сечения 4-8; Π— центр КРЭЛ, Ы,; с — углы поворота соленоидов друг относительно друга. Для реализации способа создается магнитная конфигурация, удовлетворя25 ющая K;llc условию незатекания первой гармоники (. (2 ,(s, с зв, „з) К ) ..( () -1Ю cI s — I sin<) -- = 0 ° 1 В LI2 Т„--= 0; -1С2 (5) (6) В рамках используемого параксиального приближения каждый следующий порядок много меньше предыдущего и, следовательно, влияние на равновесие плазмы старших гармоник тока (m 3) менее критично в разумном диапазоне значений параметров системы. В замкнутых системах кроме обычной желобковой неустойчивости может развиваться нелокальная квазижелобковая неустойчивость. Последняя может оказаться более опасной, чем желобковая неустойчивость. В частности, в случае круглых магнитных поверхностей известный общегеометрический критерий устойчивости Мерсье не накладывает во втором порядке по Р ограничения на предельно допустимое значение тогда как критерий стабилизации нелокальной квазижелобковой неустойчивости накладывает такое ограничение. Однако в случае круглых магнитных поверхностей при выполнении условия замыкания в КРЭЛ второй гармоники тока ра деления зарядов нелокальная квазижелобковая неу тойчивость становится не более опасной, чем обычная желобковая неустойчивость, т.е. снимается ограничение во втором порядке по (у на предельно допустимое знвачение (, и условие устойчивости сводится лишь к требованию наличия вакуум- ной магнитной ямы произвольной глубины. Указанное обстоятельство позволяет при выполнении услвоия незатекания второй гармоники тока разделения зарядов в прямые участки повысить предельно допустимое значение g по устойчивости, что также увеличит эффективность термоядерного реактора на основе замкнутой ловушки. Условие замыкания в КРЭЛ второй гармоники тока разделения зарядов имеет вид: Тli 1с а61 (в,св)-;ас= о, (4) о -l,1 ) что при сделанных предположениях обеспечивается выполнением следующих условий: Ц2 г В (ЗК ссс 2 С К вЂ” (Т сссшВ L12 15!8830 6 (7) (8) S Как отмечалось, при выполнении условия (4 ) для подавления неустойчивостей при круглых магнитных поверхностях достаточно ямы даже небольшой глубины, Для создания магнитной ямы при круглых магнитных поверхностях ранее было предложено устройство, представляющее собой плоский соленоид, форма кото рого напоминае т букву s ° Однако s-стабилизатор сам по себе не обеспечивает выполнение условия (4 ) ° Поэтому для создания магнитной ямы мажет быть предложен стабилизатор, обеспечивающий выпаление этих условий. Такой стабилизатор состоит из двух одинаковых плоских соленоидов с неоднородным полем на оси, форма которых напоминает букву s (sстабилизаторов), повернутых друг относительно друга на угол 90 . При этом касательный вектор к оси стабилизатора в месте стыковки соленоидов не претерпевает скачка. При достаточно больших значениях пробачного отношения и модуляции кривизны предлагаемое устройство создает магнитную яму (средний минимум В) и может быть расположено на стыках КРЭЛ с прямыми участками в отличие от известного s-стабилизатора, который способен создавать магнитную яму только совместно с КРЭЛ и не в состоянии обеспечить ее наличие, если расположить его на концах КРЭЛ. Ь КРЭЛ может быть использовано однородное магнитное пале, создаваемое пятью палутароидальными соленоидами круглого сечения (трех палутороидальных соленоицов недостаточно) с неодинаковыми кривизнами, которые повернуты друг QTHo(.ительно друга под раз50 5 ыт в -!. z i (ЗК bin 2 +K — (I siny + „.в -! (Б + I cosW) — = 0 ° 1 в !. 1 IuI — > =0 в -L!a S (K(s)cosa (s) где I =- I (s) = (- Ь l2. I  — производная магнитного поля В по продольной координате 45 личными углами (фиг,2 ), например К1/Ко 1,687; К /Ко 0,504; о 62 юс центрального полутороида; К, — кривизна полутороидов 5 и 7; К вЂ” кривизна полутороидов 6 и 8. Условия (1)-(8) могут быть выполнены для достаточно широкого класса конфигураций замыкающих элементов. Можно создавать только симметричные конфигурации, автоматически обеспечивающие выполнение условий (2), (7), (8). Наиболее просто выполнить требуемые условия, создавая КРЭЛ из стандартных элементов (участки тора, участки прямого винта ), априори обеспечивающих выполнение условия замкнутости (фиг.2 ). Условие (1 ) в этом случае удовлетворяется подбором угла вращательного преобразования. При этом важно, чтобы после выполнения условия (1 ) кривизна оставалась произвольной, чтобы ее варьированием выполнить условия (5) и (6). Может также возникнуть необходимость в создании КРЭЛ, кривизна К и кручение ge которых являются плавными функциями длины s ) например, Ж= const (з), К = К + О + К,сов (+ К„соя 2 + ..., где K,-const(s), à (— безразмерная про дальная координата. Оказывается, что трех гармоник в кривизне (К,, К ) достаточно, чтобы BblIIQJIHHTh все необходимые условия. В этом случае подбором угла вращательного преобразования Q (Ь/2) выполняются условия (1), (5) и (6)(условия (2) (7) и (8) выполняются из-sa симметрии КРЭЛ) и единственным свободным параметром остается масштабный множитель, которым следует распорядиться для выполнения условия замкнутости. В качестве масштабного множителя может быть выбрано безразмерное произведение KL (К вЂ” среднее значение кривизны) . Устойчивость в такой системе обеспечивается созданием среднего минимума В (магнитной ямы), Для этого можно испольэовать устройства, которое можно располагать на концах КРЭЛ> состоящее из двух s-образных соленоидов с неоднородным магнитным полем на оси, повернутых друг отнаситель0 но друга на угол 90 так, чт бы касательный вектор к оси в меcò . сты1518830 Изобретение позволяет создавать магнитные ловушки, обеспечивающие устойчивое удержание высокотемпературной плазмы при меньших значениях магнитного поля по сравнению с прототипом, Фо рмула иэ обретения muz 1 Составитель О, Семенов Редактор Л. Веселогзская Техред H. Õoäàíè÷ Корректор, !. Максимиг33инец Заказ 6607/54 Тираж 370 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 1 КНТ СССР ! 13035, Иасква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Il 11 Произвола i веяла — 3гздательекпй комбинат Патент, г. ужгород, ул. Гагарина, 10! ковки соленоидов не претерпевал скачка. На прямых участках магнитное поле целесообразно сделать меньше 5 чем в замыкающих, за счет переходной области 3 (фиг.1). При этом параметр 8 на прямом участке и полезный объем плазмы увеличиваются . Предлагаемый способ магнитного удержания термоядерной плазмы осуществляется следующим образом. Плазма в замкнутой ловушке удерживается постоянным магнитным полем, создаваемым электромагнитной системой так, что магнитная, конфигурация в КРЭЛах обеспечивает замыкание в них первой и второй гармоник тока разделения зарядов, а также наличие магнитной ямы, 20 Создание термоядерной плазмы можно осуществить, например, следующим образом, Б магнитной ловушке создается маг— нитное поле. Высокочастотной ионизацией газа (дейтерий, смесь дейтерия с тритием ) или с помощью продольного тока создается плазма с температурой ! 4 -3 100-200 эБ 3гри плотности n = 10 см 30 Последующий нагрев ионов до темг ератур 10 кэБ осуществляется ВЧ-мета;,аMH (ионна-гибридный, циклотpаlIHый резонансы) ггли инжекцией быетрьгх нейтральных частиц, После зажигания с та- 35 цнонарный режим поддерживается инжек— цией топлива (например, Jl-Т смесь) s 1. Способ магнитного удержания термоядерной плазмы в замкнутой магнитной ловушке по авт ° св, 113 1062795, о т л и ч а го шийся тем, что, с целью повышения эффективности, в замыкающих элементах создают магнитное поле с конфигурацией, удовлетворяющей дополнительно условию 21 j e" à|3 j (B, VB) 3 ав = 0 О -L 12. прин= 1; 2, где s — длина дуги магнитной оси замыкающего элемента, отсчитываемая от его середины; Ь вЂ” длина элемента; 8 — угол в плоскости, перпендикулярной оси, отсчитываемый от главной нормали; P — давление плазмы;  — напряженность магнитного поля на оси, 2. Способ по п,l о т л и ч а юшийся тем, что в замыкающих элементах создают магнитную конфигурацию со средним минимумом В при магнитных поверхностях,.имеющих форму круга в поперечном сечении.
