Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy1 Úvod do termojaderné fúze Jan Mlynář 6. Otevřené systémy Magnetická zrcadla, žlábková nestabilita, minimum.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy1 Úvod do termojaderné fúze Jan Mlynář 6. Otevřené systémy Magnetická zrcadla, žlábková nestabilita, minimum."— Transkript prezentace:

1 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy1 Úvod do termojaderné fúze Jan Mlynář 6. Otevřené systémy Magnetická zrcadla, žlábková nestabilita, minimum B, technická řešení minB, kotvy, koncové ztráty, zátky, tandem mirrors, FRC, GDT, multimirrors, z-pinč a  -pinč, plasma fokus.

2 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy2 Opakování Lineární Jednoduché! Fyzikálně i konstrukčně. Ale co s otevřenými konci? Toroidální složité (existuje křivost mg. pole), ale uzavřené. - axiálně symetrické: torusy (tokamaky, toroidální pinče... ) - nesymetrické (stelarátory) Definice: Otevřené siločáry (mg. pole)... Siločáry, které se neuzavírají v plazmatu Uzavřené siločáry, uzavřené pole... Siločáry mg. pole se uzavírají v plazmatu, tj. částice mohou opustit plazma jedině pohybem napříč polem. Možné konfigurace magnetických nádob (pastí) (zhruba):

3 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy3 Magnetická zrcadla I Nejjednodušší, a navíc apriori nevylučuje kontinuální provoz... Fyzika plazmatu: magnetický dipólový moment je adiabatický invariant, tj zachovává se pokud se pole mění pomaleji než 1/  c :  od oblasti s vysokou intenzitou mg. pole se částice odrážejí Také se musí zachovávat energie částic: 

4 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy4 Magnetická zrcadla II Kde se bere síla, která částice odráží zpět do objemu s nižším polem? Tj. během pohybu částice se zachovává  a dochází k přelévání rychlosti mezi rovnoběžnou a kolmou složkou. pokud B b > B max  částice není zrcadlem zachycena a prolétá skrz, tj pro  cvičení  horní část (tail) Maxwellova rozdělení se vždy ztrácí  kinetické nestability ovšem nejprve je nutné překonat jinou, elementárnější MHD nestabilitu... únikový kužel

5 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy5 Žlábková nestabilita Interchange instability, flute instability (obdoba Rayleighovy-Taylorovy nestability)...jestliže se mohou prohodit dvě oblasti se stejným magnetickým tokem tak, že při tom dojde k uvolnění energie, pak se prohodí, tj systém je nestabilní. Např. pokud má oblast (1) větší objem a menší tlak. Mechanismus prohození se vždy nějaký najde, jde jen o jeho rychlost. V plazmatu je žlábková nestabilita rychlá ! gradient tlaku + náhodné zakřivení povrchu  oddělení nábojů  ExB drift  prohloubení zakřivení. 1. gradient  j2. perturbace povrchu  E 3. ExB drift  nestabilita 1 2 grad B místo grad p : stejný efekt. Pokud jdou gradienty proti sobě, může být stabilní.

6 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy6 Minimum average B Co dělat proti žlábkové nestabilitě ?... je třeba postavit uspořádání, kde hustota plazmatu roste směrem k nižšímu poli B (při konstantním toku musí vést zvětšení objemu ke zvětšení tlaku částic). Z částicového hlediska, drift zakřivení a gradB drift se musí odečítat. Technická řešení: Chce to konkávní pole ! CUSP Ioffe bars Jinými slovy, v centru plazmatu musí být minB - stačí v průměru podél siločáry. spindle cusp ring cusp

7 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy7 Technická řešení min baseball yin-yang Ioffe bars

8 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy8 MFTF

9 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy9 Technická řešení min

10 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy10 Technická řešení min

11 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy11 Zrcadla s MHD kotvami - anchors Zvětšení hlavního objemu: kombinace obyčejného zrcadla (+ solenoid udržující konstantní B) a konfigurací minB na obou koncích (průměr B přes celou siločáru má mít minimum v centru plazmatu). Na koncích se používá buď baseball, nebo cusp. Výhoda cusp – symetrické. Zato evidentní únik přes ring cusp. Lze omezit např. iontovým ohřevem („RF plugging“). Kotvy mohou být před, nebo i za cívkami zrcadla, případně být samy zároveň místem odrazu.

12 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy12 Koncové ztráty Tj opět energetická nerovnováha  Velocity-space instabilities Jde o kinetické, nikoli MHD nestability; jsou také rychlé a silné. V rámci MHD si je lze představit jako „odlišnost podélného a příčného tlaku“ Kolmá složka rychlostí je Maxwellovská, rovnoběžné chybí v > v max Jak konce „ucpat“ ?? Tj. jak odrážet rychlé částice? únikový kužel

13 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy13 Koncové ztráty - plugs Myšlenka „Tepelné zátky“, thermal plugs: V zátkách musí být vysoká teplota (až 1 MeV) a dostatečná hustota  vznikne vysoké ambipolární napětí  rychlé částice tlačí zpět do hlavního objemu elektrostatické napětí. Prakticky se používají srážky intenzivních svazků, někdy se doplňuje ohřevem ECRH aby se zvlášť řídila teplota elektronů a iontů  lepší elektrostatické pole odraz iontů odraz elektronů elektrický potenciál magnetické pole z B, 

14 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy14 Tandem mirrors, čili zrcadla používající zátky a kotvy (plugs and anchors), dosáhly docela dobrých výsledků – např. GAMMA10 hustotu m -3, teplotu 10 keV a dobu udržení 8 ms (doba pulsu 50 ms). Tandem Mirrors

15 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy15 Jiný příklad tandem mirrors

16 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy16 Tandem mirrors - přehled Dnes (s výjimkou Novosibirska) jen malé experimenty zaměřené na základní výzkum: Epsilon (Moskva), Hanbit (Korea)...

17 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy17 Novosibirsk - Ambal

18 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy18 Novosibirsk - Ambal

19 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy19 Novosibirsk - Gas Dynamic Trap Horké plazma ve studeném – hodně srážek v bodech odrazu

20 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy20 Novosibirsk - Gas Dynamic Trap

21 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy21 Novosibirsk - GOL-3

22 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy22 GOL-3 multimirror device

23 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy23 Výsledky (jejich slovy)

24 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy24 FRC: Field Reversed Configuration Myšlenka experimentu ASTRON: rychlé elektrony obrátí magnetický tok v centru plazmatu – dojde k uzavření konfigurace magnetického pole Představa reaktoru direct energy conversionformation section burning sectiondirect energy conversion

25 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy25 FRC: Field Reversed Configuration FRC je vlastně uzavřený systém... ASTRON se nezdařil, ale FRC se podařilo pomocí vlečení proudu, nebo pomocí theta-pinče (bude) Příště uvidíme, že na FRC navazuje spheromak (ten má navíc i toroidální pole)

26 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy26 FRC - role svazků částic Neutrální svazky: Coulombické srážky x účinný průřez fúze Beam-plasma: zvyšuje hustotu fúzního výkonu (faktor až dva) ale otevírá otázky stability a účinnosti. představa reaktoru na p+B fúzi Beam-beam nabitých částic nefunguje (obrovská el. potenciální energie) Otevřené diskuse o beam-plasma nabitých částic v zrcadlech:

27 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy27 Pinče: z-pinč Proud od elektrody k elektrodě. Bennetova podmínka:  cvičení Dobrá doba udržení, ale potíže s nestabilitami - přiškrcení (korálková, sausage) - smyčková (kink) Stabilizace: - podélným magnetickým polem - vodivou stěnou &

28 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy28 Nestability z-pinče Nestabilita přiškrcení Nestabilita smyčková Stabilizace vodivou stěnou Stabilizace mg. polem: Azimutální pole roste s 1/r Podélné reaguje s 1/r 2

29 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy29 z-pinč: sheet pinch aj. Concentric metal cylinders z – facility : imploze plazmatu proudem odpařených wolframových vodičů. dnes hlavně v inerciální fúzi (LLNL) Ve Frascati také zkoušeli pomáhat implozi pomocí výbušnin.

30 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy30  - pinč Indukovaný proud (výhoda, bezkontaktní) pomocí jediné cívky (rychlost) Stabilnější než z-pinč. Problém koncových ztrát  zrcadla, velká délka nebo uzavření do torusu

31 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy31  – pinč II Na pinčích poprvé měřeny neutrony. Bylo mnoho diskusí o tom, zda šlo o termonukleární neutrony. V případě z-pinčů šlo o produkty urychlených částic (záření nebylo izotropní). V případě  – pinčů lze s velkou jistotou říci, že část neutronů má fúzní původ. Jde tedy o zařízení, které první dosáhlo „měřitelné termonukleární fúze“ Scylla nT  ~ fúzi potvrzuje i spektrum p

32 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy32  – pinč III Měřené fúzní neutrony: je otázka, zda byly tepelné nebo důsledkem E r I kdyby byly pinče stabilní, šlo by z prinicipu o pulzní reaktory  velká cirkulující energie Podobné to je v inerciální fúzi, ale tam je výkon koncentrovanější! Pozorovány byly m=2 nestability a difúze lepší než Bohmova Scylla IV: Low Z end stoppers   stouplo z 9  s na 29  s  -pinč jako FRC všimněte si, že má X-points

33 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy33 Plasma fokus: Filippov-type Filippov-type focus (1952) Neutron yield up to per pulse Neutrony vylétají z jednoho místa u anody kde proud kolabuje na osu (axial plasma jets)

34 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy34 Plasma fokus: Mather-type Mather-type plasma gun coaxial setup MHD urychlování plazmatu v mezeře mezi elektrodami kvůli radiálnímu j a azimutálnímu B Na volném konci pak působí radiální síly - vlastně z-pinč efekt. ? Škálování tj. růst parametrů s velikostí ? ? Povaha záření neutronů ? lze rozeznat různé fáze v čase  filamentary structures

35 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy35 Plasma fokus...ještě jednou mather-type gun Poměrně optimistické škálování přestává platit pro velké fokusy. U těch navíc začínají vážné problémy s energetikou. Výzkum fokusu pokračuje hlavně proto, že je slibným zdrojem záblesků neutronů a měkkých rentgenů. Viz též

36 Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy36 Megajoule Plasma-Focus PF Největší funkční fokus je v IPPLM Varšava


Stáhnout ppt "Úvod do termojaderné fúze6: Otevřené systémy1 Úvod do termojaderné fúze Jan Mlynář 6. Otevřené systémy Magnetická zrcadla, žlábková nestabilita, minimum."

Podobné prezentace


Reklamy Google