Конфигурация Принстона с обратным полем - Princeton field-reversed configuration
Поля с обращенной конфигурацией Принстон ( PFRC ) представляет собой серию экспериментов в физике плазмы , экспериментальная программа для оценки конфигурации для мощности термоядерного реактора, в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). Эксперимент исследует динамику длинноимпульсных бесстолкновительных конфигураций с обратным полем с низким s-параметром, сформированных вращающимися магнитными полями с нечетной четностью. Он направлен на экспериментальную проверку предсказаний физики о том, что такие конфигурации глобально устойчивы и имеют уровни переноса, сравнимые с классической магнитной диффузией. Он также стремится применить эту технологию к концепции Direct Fusion Drive для двигателей космических аппаратов.
История
PFRC изначально финансировался Министерством энергетики США . В начале своей работы он был современником таких RMF-FRC, как эксперимент по удержанию ограничения трансляции (TCS) и Prairie View Rotamak (PV Rotamak).
В PPPL эксперимент PFRC-1 проводился с 2008 по 2011 год. PFRC-2 работает с 2019 года. PFRC-3 запланирован следующим. PFRC-4 запланирован на середину 2020-х годов.
Вращающееся магнитное поле с нечетной четностью
Электрический ток, который формирует конфигурацию с обратным полем (FRC) в PFRC, управляется вращающимся магнитным полем (RMF). Этот метод хорошо изучен и дал положительные результаты в серии экспериментов на Ротамаке. Однако вращающиеся магнитные поля, применяемые в этих и других экспериментах (так называемые RMF с четностью ), вызывают размыкание силовых линий магнитного поля. Когда поперечное магнитное поле прикладывается к осесимметричному равновесному магнитному полю FRC, а не замыкающиеся на себя и образующие замкнутую область силовые линии магнитного поля, они закручиваются по спирали в азимутальном направлении и в конечном итоге пересекают поверхность сепаратрисы, которая содержит замкнутую область FRC.
PFRC использует антенны RMF, которые создают магнитное поле, которое меняет направление относительно плоскости симметрии, ориентированной перпендикулярно оси, на полпути вдоль оси машины. Эта конфигурация называется вращающимся магнитным полем нечетной четности . Такие магнитные поля, когда они добавляются к осесимметричным равновесным магнитным полям, не вызывают открытия силовых линий магнитного поля. Таким образом, ожидается, что RMF не будет способствовать переносу частиц и энергии из ядра PFRC.
Низкий s-параметр
В FRC имя s-параметр дается отношению расстояния между магнитным нулем и сепаратрисой и ларморовского радиуса теплового иона. Именно столько ионных орбит может поместиться между ядром FRC и местом, где он встречается с основной плазмой. FRC с высоким значением s будет иметь очень малые ионные гирорадиусы по сравнению с размером машины. Таким образом, при большом s-параметре применима модель магнитогидродинамики (МГД). MHD предсказывает, что FRC нестабилен к «режиму наклона n = 1», в котором обратное поле наклоняется на 180 градусов для выравнивания с приложенным магнитным полем, разрушая FRC.
Прогнозируется, что FRC с низким s будет стабильным в режиме наклона. Для этого эффекта достаточно s-параметра, меньшего или равного 2. Однако только два ионных радиуса между горячим ядром и холодным объемом означает, что в среднем только два периода рассеяния (изменение скорости в среднем на 90 градусов) достаточно для удаления горячего, связанного с синтезом иона из ядра плазмы. Таким образом, выбор делается между ионами с высоким s-параметром, которые классически хорошо удерживаются, но конвективно плохо удерживаются, и ионами с низким s-параметром, которые классически плохо удерживаются, но конвективно хорошо удерживаются.
PFRC имеет s-параметр от 1 до 2. Согласно прогнозам, стабилизация режима наклона будет способствовать удержанию в большей степени, чем небольшое количество допустимых столкновений повредит удержанию.
Движение космического корабля
Ученые из Princeton Satellite Systems работают над новой концепцией под названием Direct Fusion Drive (DFD), которая основана на PFRC. Он будет производить электроэнергию и движение из одного компактного термоядерного реактора. Первое концептуальное исследование и моделирование (Фаза I) было опубликовано в 2017 году и предлагалось для питания двигательной установки орбитального аппарата Плутон и посадочного модуля. Добавление пропеллента в поток холодной плазмы приводит к изменяющейся тяге при пропускании через магнитное сопло. Моделирование предполагает, что DFD может производить 5 Ньютонов тяги на каждый мегаватт генерируемой термоядерной энергии. Около 35% энергии идет на слитого тяги, от 30% до электроэнергии, 25% потеряли тепла, и 10% рециркулирует для радиочастотной (РЧ) нагрева. Концепция перешла на этап II для дальнейшего совершенствования конструкции и защиты.
Рекомендации
Внешние ссылки
- Официальный сайт Принстонской лаборатории физики плазмы
- Профессор Сэмюэл А. Коэн