Компактный Тороидальный Гибрид

Компактный Тороидальный Гибрид

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к навигации Перейти к поиску

Компактный Тороидальный Гибрид

Тип устройства Стелларатор Расположение Алабама, США Присоединение Обернский университет

Технические характеристики

Большой радиус 0,75 м (2 фута 6 дюймов) Малый радиус 0,29 м (11 дюймов) Объем плазмы 0,6 м3 Магнитное поле 0,4–0,7 Т (4000–7000 Г) Мощность нагрева 10 кВт (ECH) 100 кВт (омический)

История

Год(ы) эксплуатации 2005–настоящее время Предшествовало Компактный Каштановый Торсатрон

Компактный тороидальный гибрид (CTH) ^[1] -экспериментальное устройство в Обернском университете, которое использует магнитные поля для ограничения высокотемпературной плазмы. ^{[2] [3]} CTH представляет собой стелларатор торсатронного типа с внешней, непрерывно намотанной спиральной катушкой, которая генерирует основную часть магнитного поля для удержания плазмы.

Содержание

• 1Предыстория
• 2Устройство CTH
• 2.1Операции
• 2.2Подсистемы
• 2.3Диагностика
• 2.4V3FIT
• 3Цели и основные достижения
• 4Текущие эксперименты
• 5История
• 5.1Темно-Рыжий Торсатрон (1983-1990)
• 5.2Компактный Темно-рыжий Торсатрон^[14] (1990-2000)
• 6Другие Стеллаторы
• 7Ссылок
• 8Внешние ссылки

Фон[ правка ]

Основная статья: Стеллатор

Термоядерные устройства с тороидальным магнитным удержанием создают магнитные поля, которые лежат в торе. Эти магнитные поля состоят из двух компонентов, один компонент указывает в направлении, которое проходит длинный путь вокруг тора (тороидальное направление), в то время как другой компонент указывает в направлении, которое является коротким путем вокруг тора (полоидальное направление). Комбинация двух компонентов создает поле спиральной формы. (Вы можете представить, как берете гибкую палочку из леденцовой трости и соединяете два конца.) Стелларатор устройства типа генерируют все необходимые магнитные поля с помощью внешних магнитных катушек. Это отличается от устройств токамака, где тороидальное магнитное поле генерируется внешними катушками, а полоидальное магнитное поле создается электрическим током, протекающим через плазму.

Чертеж, показывающий вакуумный сосуд CTH (показан серым цветом) и катушки магнитного поля.HF(красный) - Спиральное поле,TF - Тороидальное поле,OH1,2,3 - Омические Трансформаторные катушки, MVF - Основное вертикальное поле, TVF - Вертикальное поле обрезки, SVF - Формирующее Вертикальное поле, RF - Радиальное поле, EF, Равновесное поле, ECC - Катушка коррекции ошибок

Устройство CTH[ править ]

Основное магнитное поле в CTH генерируется непрерывно намотанной спиральной катушкой. Вспомогательный набор из десяти катушек создает тороидальное поле, очень похожее на токамак. Это тороидальное поле используется для изменения вращательного преобразования ограничивающей структуры магнитного поля. CTH обычно работает в магнитном поле от 0,5 до 0,6 тесла в центре плазмы. CTH может работать как чистый стелларатор, но также имеет систему омического нагревательного трансформатора для возбуждения электрического тока в плазме. Этот ток создает полоидальное магнитное поле, которое, в дополнение к нагреву плазмы, изменяет направление вращения магнитного поля. Исследователи CTH изучают, насколько хорошо ограничена плазма, в то время как они меняют источник вращательного преобразования от внешних катушек к плазменному току.

Вакуумный сосуд CTH изготовлен из Инконеля 625, который имеет более высокое электрическое сопротивление и более низкую магнитную проницаемость, чем нержавеющая сталь. Образование и нагрев плазмы достигаются с использованием нагрева в электронном циклотронном резонансе (ECRH) частотой 14 ГГц, мощностью 10 кВт. Недавно на CTH был установлен гиротрон мощностью 200 кВт. Омический нагрев на CTH имеет входную мощность 100 кВт.

Операции [ править ]

• Электронные температуры плазмы обычно составляют до 200 вольт с плотностями электронов до 5×10¹⁹ м ^{− 3}.
• Плазмы длится от 60 до 100 мс
• Требуется 6-7 минут, чтобы накопить достаточно энергии для питания магнитных катушек

Подсистемы [ править ]

Каштановый торсатрон

Тип устройства Стелларатор Расположение Алабама, США Присоединение Обернский университет

Технические характеристики

Большой радиус 0,58 м (1 фут 11 дюймов) Малый радиус 0,14 м (5,5 дюйма) Магнитное поле < 0,2 Т (2000 Г)

История

Год(ы) эксплуатации 1983–1990 На смену им пришли Компактный Каштановый Торсатрон

Технические характеристики
Большой радиус	0,53 м (1 фут 9 дюймов)
Малый радиус	0,11 м (4,3 дюйма)
Объем плазмы	0,12 м3
Магнитное поле	0,1 Т (1000 Г)
История
Год(ы) эксплуатации	1990–2000
Предшествовало	Каштановый торсатрон
Вслед за	Компактный Тороидальный Гибрид

CTH-это третье устройство торсатрона, которое будет построено в Обернском университете. Предыдущие устройства магнитного удержания, построенные в университете, были:

Рыжий Торсатрон (1983-1990) [править]

Темно-рыжий Торсатрон имел спиральную катушку l=2, m=10. Вакуумный сосуд имел большой радиус R_o = 0,58 м с малым радиусом_v=0,14 м. Напряженность магнитного поля составляла |B| ≤ 0,2 Тл, и плазму формировали с помощью ECRH с использованием магнетрона с частотой 2,45 ГГц, взятого из микроволновой печи. Обернский торсатрон использовался для изучения основ физики плазмы и диагностики, а т акже методов картирования магнитной поверхности ^{[12] [13].}

Компактный темно-рыжий Торсатрон ^[14] (1990-2000) [править]

Компактный торсатрон каштанового цвета (CAT) имел две спиральные катушки, l=1,m=5 и l=2,m=5, токи которых можно было регулировать независимо. Изменение относительных токов между спиральными катушками изменило вращательное преобразование. Основной радиус вакуумного сосуда составлял R_o = 0,53 м при малом радиусе плазмы_v=0,11 м. Напряженность постоянного магнитного поля составляла |В| 0,1 Т. Кошачья плазма была сформирована с помощью ECRH с использованием источника магнетронов с низкой пульсацией, мощностью 6 кВт, 2,45 ГГц. CAT использовался для изучения магнитных островов ^[15], минимизации магнитных островов ^[16] и управляемых вращений плазмы ^[17]

Другие стеллаторы[ править ]

Ниже приведен список других стеллараторов в США и по всему миру:

• Wendelstein 7-X in Greifswald Germany
• Большое спиральное устройство (LDH) в Японии
• Национальный компактный Стеллараторный эксперимент (NCSX) - устройство, разработанное и частично построенное в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL)
• Спирально - симметричный эксперимент в Университете Висконсин- Мэдисон
• Эксперимент с гибридным Иллинойским устройством для исследований и приложений (HIDRA) в Университете Иллинойса
• Колумбийский ненейтральный тор (CNT) в Колумбийском университете в Нью-Йорке
• Эксперимент Heliotron J в Японии
• TJ-II в Испании
• Стелларатор Коста-Рики (SCR-1)
• Ураган-2М в Украине

Ссылки[ править ]

1. ^ Хартвелл, Г. Дж.; Ноултон, С. Ф.; Хэнсон, Дж. Д.; Эннис, Д. А.; Маурер, Д. А. (2017). "Проектирование, конструкция и эксплуатация компактного тороидального гибрида". Наука о синтезе и технологии. 72 (1): 76. doi: 10.1080/15361055.2017.1291046. S2CID 125968882.

2. ^ "Моделирование компактного тороидального гибрида с использованием NIMROD" (PDF). Принстонская лаборатория физики плазмы. Соединенные Штаты: PPPL, Министерство энергетики Соединенных Штатов. 13 Ноября 2011. стр. 18.

3. ^ Бадер, Аарон (ORCID:000000026003374X); Хегна, C. C.; Чианчоза, Марк Р. (ORCID:0000000162115311); Хартвелл, Дж. Дж. (2018-03-16). "Минимальная магнитная кривизна для упругих отклонителей, использующих компактную тороидальную гибридную геометрию". Физика плазмы и управляемый термоядерныйсинтез. Соединенные Штаты: Управление научно-технической информации Министерства энергетики Соединенных Штатов. 60 (5): 054003. doi: 10.1088/1361-6587/aab1ea. Извлечено 2019-09-27.

4. ^ Херфиндаль, Дж. Л.; Доусон, Дж. Д.; Эннис, Д. А.; Хартвелл, Г. Дж.; Лох, С. Д.; Маурер, Д. А. (2014). "Разработка и первоначальная эксплуатация двухцветной системы мягкой рентгеновской камеры в компактном тороидальном гибридном эксперименте". Обзор научных приборов. 85 (11): 11D850. doi: 10.1063/1.4892540. PMID 25430263.

5. ^ Хэнсон, Дж. Д.; Хиршман, С. П.; Ноултон, С. Ф.; Лао, Л. Л.; Лазарус, Э. А.; Шилдс, Дж. М. (2009). "V3FIT: код для реконструкции трехмерного равновесия". Ядерный синтез. 49 (7): 075031. doi: 10.1088/0029-5515/49/7/075031.

6. ^ Хиршман, С. П.; Уитсон, Дж. С. (1983). "Метод момента наибольшего спуска для трехмерных магнитогидродинамических равновесий". Физика жидкостей. 26 (12): 3553. doi: 10.1063/1.864116. OSTI 5537804.

7. ^ Ma, X.; Cianciosa, M. R.; Эннис, Д. А.; Хансон, Дж. Д.; Хартвелл, Г. Дж.; Херфиндал, Дж. Л.; Хауэлл, Э. К.; Ноултон, С. Ф.; Маурер, Д. А.; Транверсо, П. Дж. (2018). "Определение профилей преобразования тока и вращения в токоведущем стеллараторе с использованием мягких рентгеновских измерений излучательной способности". Физика плазмы. 25: 012516. doi: 10.1063/1.5013347. OSTI 1418890.

8. ^ Робердс, Н. А.; Гуазотто, Л.; Хэнсон, Дж. Д.; Херфиндаль, Дж. Л.; Хауэлл, Э. К.; Маурер, Д. А.; Совинек, К. Р. (2016). "Моделирование распиловки в токоведущем стеллаторе". Физика плазмы. 23 (9): 092513. doi: 10.1063/1.4962990.

9. ^ Магистр Х.; Маурер, Д. А.; Ноултон, С. Ф.; Архимиллер, М. К.; Чиансиоза, М. Р.; Эннис, Д. А.; Хэнсон, Дж. Д.; Хартвелл, Г. Дж.; Хиберт, Дж. Д.; Херфиндаль, Дж. Л.; Пандья, М. Д.; Робертс, Н. А.; Траверсо, П. Дж. (2015). "Неосесимметричная равновесная реконструкция токоведущего стелларатора с использованием измерений радиуса инверсии внешнего магнитного и мягкого рентгеновского излучения". Физика плазмы. 22 (12): 122509. doi: 10.1063/1.4938031. OSTI 1263869.

10. ^ Пандья, Доктор медицинских наук; Арчмиллер, Доктор медицинских наук; Чианчоза, Доктор медицинских наук; Эннис, Д. А.; Хансон, Дж. Д.; Хартвелл, Дж. Дж.; Хеберт, Дж.Д.; Херфиндей, Дж. Л.; Ноултон, С. Ф.; Ма, Х.; Массида, С.; Маурер, Д. А.; Робертс, Н. А.; Траверсо, П. Дж. (2015). "Работа с низким коэффициентом безопасности и предотвращение пассивных сбоев в плазме, несущей ток, за счет добавления преобразования вращения стелларатора". Физика плазмы. 22 (11): 110702. doi: 10.1063/1.4935396.

11. ^ Архмиллер, М. К.; Чиансиоза, М. Р.; Эннис, Д. А.; Хэнсон, Д. Д.; Хартвелл, Г. Д.; Хиберт, Д. Д.; Херфиндаль, Д. Л.; Ноултон, С. Ф.; Магистр философии Х.; Маурер, Д. А.; Пандья, Д. М.; Транверсо, П. Дж. (2014). "Подавление вертикальной нестабильности в удлиненной токонесущей плазме путем применения вращательного преобразования стеллатора". Физика плазмы. 21 (5): 056113. doi: 10.1063/1.4878615.

12. ^ Гэнди, Р. Ф.; Хендерсон, М. А.; Хэнсон, Дж. Д.; Хартвелл, Г. Дж.; Свенсон, Д. Г. (1987). "Картирование магнитной поверхности с использованием метода эмиссионной нити накала на торсатроне цвета Каштана". Обзор научных приборов. 58 (4): 509–515. doi: 10.1063/1.1139261.

13. ^ Хартвелл, Г. Дж.; Гэнди, Р. Ф.; Хендерсон, М. А.; Хансон, Д. Д.; Свенсон, Д. Г.; Буш, К. Дж.; Колчин, Р. Дж.; Англия, А. К.; Ли, Д. К. (1988). "Отображение магнитной поверхности с помощью очень прозрачных экранов на Торсатроне цвета Каштана". Обзор научных приборов. 59 (3): 460–466. doi: 10.1063/1.1139861.

14. ^ Гэнди, Р. Ф.; Хендерсон, М. А.; Хэнсон, Дж. Д.; Ноултон, С. Ф.; Шнайдер, Т. А.; Свенсон, Д. Г.; Кэри, Дж. Р. (1990). "Дизайн компактного каштанового торсатрона". Технология Синтеза. 18 (2): 281. doi: 10.13182/FST90-A29300.

15. ^ Хендерсон, М. А.; Гэнди, Р. Ф.; Хансон, Дж. Д.; Ноултон, С. Ф.; Свенсон, Д. Г. (1992). "Измерение магнитных поверхностей на компактном торсатроне каштанового цвета". Обзор научных приборов. 63 (12): 5678–5684. doi: 10.1063/1.1143349.

16. ^ Ганди, Р. Ф.; Хартвелл, Г. Дж.; Хансон, Дж. Д.; Ноултон, С. Ф.; Лин, Х. (1994). "Управление магнитным островом на компактном торсатроне Auburn". Физика плазмы. 1 (5): 1576–1582. doi: 10.1063/1.870709.

17. ^ Томас - младший,.E; Ноултон, С. Ф.; Ганди, Р. Ф.; Куни, Дж.; Причард, Д.; Прюитт, Т. (1998). "Вращение плазмы с приводом в компактном торсатроне Auburn". Физика плазмы. 5 (11): 3991–3998. doi: 10.1063/1.873120.

Внешние ссылки[ править ]

• Веб-сайт CTH
• Физический факультет
• Обернский университет

Притягательный

Скрыть v t e Основные темы		Ядерный синтез Временная шкала Список экспериментов Атомная энергия Ядерный реактор Атомное ядро Коэффициент усиления энергии синтеза Критерий Лоусона Магнитогидродинамика Нейтрон Плазма
Процессы, методы	Тип удержания Гравитационный Альфа-процесс Тройной альфа-процесс Цикл CNO Фузор Гелиевая вспышка Новая звезда остатки Протон-протонная цепь Сжигание углерода Сжигание лития Горящий неон Сжигание кислорода Сжигание кремния R-процесс S-процесс
Плотный плазменный фокус Обратная конфигурация поля Левитированный диполь Магнитное зеркало Неровный тор Обратный зажим поля Сферомак Стелларатор Токамак Сферическая Z-щепотка
Инерционный	Пузырь (акустический) Приводимый в действие лазером Ионный привод Инерционный сплав намагниченного вкладыша
Электростатический	Фузор Polywell

Другие формы

• Сталкивающийся луч
• Намагниченная мишень
• Migma
• Мюон-катализируемый
• Пироэлектрический

Приборы,
эксперименты

Америка

Магнитное удержание	Токамак Иностранным студентам ITER ДЕМОНСТРАЦИЯ ПРОТО
СТОР-М Alcator C-Mod ДУГА SPARC ДИИИ-Д Электрический Токамак LTX NSTX PLT TFTR Пегас ETE Новилло [ es ]
Азия, Океания	CFETR ВОСТОК НТ-7 HL-2A ГЛ-2М СУНИСТ АДИТЬЯ SST-1 JT-60 ПОИСК [ ja ] ГЛАСТ КСТАР
Европа	САМОЛЕТ КОМПАС ГОЛЕМ [ CS ] СКР ЗАПАД Обновление ASDEX ТЕКСТОР FTU ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ ИСТТОК Т-15 TCV МАЧТА-U НАЧАЛО ШАГ

Стелларатор

Америка	УНТ CTH ХИДРА HSX Модель С NCSX SCR-1
Азия, Океания	H-1NF Гелиотрон J ЛХД
Европа	WEGA Wendelstein 7-AS Wendelstein 7-X TJ-II Ураган-2М Ураган-3М [ Великобритания ]

RFP

• RFX
• MST

Намагниченная мишень

• СПЕКТОР
• ЛАЙНУС
• FRX-L – FRCHX
• Термоядерный двигатель

Другое

• ГДТ
• Астрон
• LDX
• Lockheed Martin CFR
• MFTF
• TMX
• Возможно, Патрон
• PFRC
• Риггатрон
• SSPX
• Скипетр
• Трисопс
• ДЗЕТА

Инерционное
удержание

Азия

Лазер	Америка Аргус Циклоп Янус ЖИЗНЬ Долгий путь НИФ Nike Новая звезда ОМЕГА Шива
ГЕККО XII
Европа	ГиПЕР Астерикс IV (ДРУЗЬЯ) LMJ ЛУЛИ2000 ИСКРА Вулкан

Не-лазерный

• ИНОХОДЕЦ
• Z-машина

Приложения

• Термоядерное оружие
• Чистое термоядерное оружие

• Международная установка Для Облучения Термоядерных Материалов
• Испытательная установка нейтрального луча ИТЭР

Категории:

• Физика плазмы
• Стеллараторы
• Обернский университет

https://en.wikipedia.org/wiki/Compact_Toroidal_Hybrid

Компактный Тороидальный Гибрид