Способ удержания и нагрева плазмы

 

0ngcAHwE

g>Q5PETEHИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.04.78 (21) 2597958;18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.01.82. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.82 (51) М. Кл. 6 й1 В 1/00

Н05Н 1/00 йсударственный квинтет по делам изобретений и открытий (53) УДК 533 9 (08S.8) (72) Авторы изобретения

В. Г. Зыков, Ю. Ф. Лонин, Н. Н. Подтерегера и Н. И. Руднев (71) Заявитель (54) СПОСОБ УДЕРЖАНИЯ

И НАГРЕВА ПЛАЗМЫ

d9 dT

----(0 и — (О.

dr с6

Изобретение относится к области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при разработке замкнутых магнитных ловушек с тороидальным дивертором.

В замкнутых магнитных ловушках типа «Токамак» и «Стелларатор» профиль плотности и температуры плазмы имеет колоколообразный вид с максимальными значениями в центре плазменного шнура, т. е.

Однако, в высокотемпературной плазме примеси многозарядных ионов концентрируются в области максимальной плотности (dn

= p 1I, т. е. в центре плазменного шну& ра.

Накопление примесей в центре плазменного шнура нежелательно, так как может нарушить работу термоядерного реактора, основанного на ловушках данного типа.

Поэтому целесообразно создание такого профиля параметров плазмы, при котором максимум плотности находился бы на границе плазменного шнура, а максимум температуры — в его центре, т. е. необходимо управлять параметрами плазмы для реализации ус.повий

5 dn, dТ сЬ. dr

)О, а — (О.

Известен способ удержания и нагрева плазмы, находящейся в замкнутой магнит10 ной ловушке, путем пропускания тока через плазму (омический нагрев) (1). Данный способ позволяет управлять температурой и плотностью плазмы. Изменение величины тока, пропускаемого через плазму, приводит

15 к изменению абсолютных значений указанных параметров плазмы, однако, форма радиального профиля температуры и плотности плазмы остается без изменения.

Ближайшим техническим решением яв20 ляется способ удержания и нагрева плазмы в замкнутой магнитной ловушке с тороидальным дивертором, включающий инжекцию частиц в ловушку (2).

Пучки высокоэнергетичных нейтральных атомов инжектируют в ловушку по специальным трактам транспортировки частиц либо поперек удерживающего плазму магнитного поля, либо по касательной к последнему.

728555

Данный способ позволяет изменять абсолютные значения плотностй и температуры плазмы, по не позволяет изменять форму радиального профиля плотности и температуры плазмы, которая сохраняет свой колоколообразный вид.

Целью изобретения является повышение температуры плазмы путем снижения примеси многозарядных ионов.

Эта цель достигается тем, что инжекцию частиц осуществляют через магнитные щели тороидального дивертора при условии: иг Тг

) 1, причем игпи, а Тг<Т, и,Т,, > где и, — плотность плазмы в ловушке;

n2 — плотность инжектируемой плазмы;

Т, — температура плазмы в ловушке;

Тг — температура инжектируемой плазмы.

Способ управления параметрами плазмы может быть осуществлен на замкнутой тороидальной ловушке с тороидальным дивертором.

Ловушка содержит тороидальную камеру, дивертор, катушки создания диверторной конфигурации магнитного поля, включенные навстречу катушкам основного тороидального магнитного поля. Магнитные щели дивертора соответствуют областй нуля магнитного поля 5.

:. --Управление радиальными профилями плотности и температуры плазмы осуществляется путем квазистационарной инжекции плазмы. При первичной инжекции плазмы на тороидальных участках ловушки образуется колоколообразный профиль плотности и температуры плазмы и, и Т,. В экспериментах значения плотности изменялись в пределах n> — — 10" + 10" см г, а температура Т = 10 — 10 эВ. Такой же профиль параметров плазмы характерен для замкнутых ловушек типа «Токамак» и «Стелларатор» при любых способах управления параметрами плазмы.

При последующей инжекции плазмы через магнитные щели дивертора с параметрами иг)и,, а Тг<Т,, прн выполнении условия nË/n,ò,) 1 (в экспериментах иг — — 10" +

+ 10 4 см — з, а Тг до 10 эВ) образуется двугорбый профиль плотности, причем максимальное значение плотности плазмы и, находится на поверхности минимума, т. е, на сепаратрисе дивертора.

Формула изобретения

Способ удержания и нагрева плазмы в замкнутой магнитной ловушке с тороидальным дивертором, включающий инжекцию частиц в ловушку, отличающи йс я тем, что, с целью повышения температуры путем снижения примеси многозарядных ионов, инжекцию частиц осуществляют через магнитные щели тороидального дивертора прй

4о условии: и,Т, я Т и,Т>

:. °,>,> — плотность плазмы в ловушке; — плотность инжектируемой плазмы; — температура плазмы в ловушке; — температура инжектируемой плазмы. где и иг

Т, Тг

5О

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Арцимович Л. А. Управляемые термоядерные реакции, изд. 2-ое, Физматгиз, М., 1963, с. 267.

2. Там же, с. 404 — 410 (прототип).

Благодаря кольцевой области, где напряженность магнитного поля равна нулю, и сохранению среднего минимума на сепгратрисе, разделяющей магнитный поток, циркулирующий в ловушке, от магнитного потока, выводимого в камеру дивертора, инжектированная плазма будет накапливаться в кольцевой магнитной яме и распространяться вдоль силовых линий в окрестностях сепаратрисы.

При этом на границе плазменного шнура образуется экранирующий слой. Инжекция плазмы с параметрами игТг)и,Т, позволяет компенсировать потери плазмы из ловушки, Наличие выходящего магнитного потока в тороида льном див ерторе существенно уменьшает технологические трудности при

2О реализации данного способа в конкретных замкнутых ловушках в сравнении с реализацией известных способов нагрева, так как для его реализации не требуются каналы транспортировки частиц.

Двугорбый профиль плотности плазмы

25 можно использовать для устранения прйчины, вызывающей диффузию примесей к центру плазменного шнура и снижение температуры плазмы.