Способ нагрева плазмы в замкнутых магнитных ловушках

Союз Советских

Социалистических

Республиы

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пн455715 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100272 (21) 1746813/26-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 231230. Бюллетень №47

Дата опубликования описания 25.1 280 (511 М. Кл.

Н 05 Н i/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621-039 ° .643(088 ° 8) (72) Авторы изобретения

P. А. Демирханов, А. Г. Киров, М. A. Стотланд и К. В. Ходатаев (71) Заявитель (54) СПОСОБ НАГРЕВА ПЛАЗМЫ В ЗАМКНУТЫХ МАГНИТНЫХ ЛОВУШКАХ

Изобретение относится к области. производства электрической или теплоэсзй энергии, а именно к технике осуществления управляемой термоядерной реакции, и может быть использовано 5 для нагрева газовой плазмы, например, в установках управляемого термоядерного синтеза, построенных по принципу замкнутых магнитных ловушек с вращательным преобразованием магнит- 10 ных силовых линий.

Существует несколько способов нагрева плазмы в замкнутых магнитных ловушках. Распространен способ нагрева плазмы посредством возбуждения т5 в ней электрического тока с последующим превращением энергии носителей тока в тепловую энергию плазмы, в частности способ нагрева плазмы в замкнутых магнитных ловушках по- 20 средством возбуждения в плазме индукционным путем тока высокой частоты, протека|зщего в скин-слое, образующемся в плазме на ее границе с вакуумом. при этом высокочастотная мощность 25 эффективно поглощается в скин-слое.

Однако эффективный диффузионный размер, определяемый глубиной скинслоя в плазме и зазором между плазмой и стенкой разрядной камеры, мал от- 30 носительно поперечного размера плаз» мы. Вследствие этого энергетические потери плазмы из области нагрева велики, и на нагрев внутренней части плазменного шнура идет относительно малая часть вводимой высокочастотной мощности

Цель изобретения — дальнейшее увеличение эффективности нагрева плазмы в замкнутых магнитных ловушках с использованием для нагрева высокочастотного тока, протекающего в скинслое плазмы. Для этого .надо, чтобы область нагрева, т.е. область скинслоя, находилась в глубинной части магнитной ловушки вдали от поверхности плазмы. В этом случае диффузионный промежуток, отделяющий область нагрева от материальных стенок, увеличен, так как в него входит дополнительно диффузионный размер, определяемый расстоянием от скин-слоя до границы плазма-вакуум.

Цель достигается благодаря тому,. что высокочастотный ток, нагревающий плазму в замкнутой магнитной ловушке с вращательным преобразованием магнитных силовых линий, возбужпают в плазме внешним стоячим или бсзt ушим пространственно-периодическим и ".зго455715 где 1 — угол вращательного преобразования силовой линии постоянного магнитного поля на одном обходе вдоль магнитной оси ловушки;

$$ Ь вЂ” длина ловушки вдоль магнитной оси; 11 — ЧИСЛО Пар Полюсов высокОчастотного электромагнитного пол я .

"р В случае, когда а г с t a — l.($ и не прозрачна при 1 М, альфеновская скорость в плаэ"1 ° ме, м.c

Ъ - индукция постоянного магнит— ного поля ловушки-, тл; плотность пЛазмы, кг- м; я =4ЬЮ вЂ” магнитная проницаемость ва7

О

-) . куума, гн. м — пространственный период мно- 40 гополюсного высокочастотного электромагнитного поля, отсчитываемый вдоль силовой линии постоянного магнитного поля ловушки, м, 45 частота изменения высокочас— тотного поля, Гц.

Таким образом, если в периферийной части плазменного шнура Up ) а во внутренней части его соблюдается обратное неравенство Vp, 4, то высокочастотное поле сканирует.ся в плазме в окрестности слоя Vp, — )1<, расположенного в глубине плазменного шнура.

Для стационарных и квазистационарных замкнутых магнитных ловушек характерно спадающее с расстрянием от магнитной оси ловушки распределение плотности плазмы P . Этому соответствует увеличение с расстоянием альфеновской скорости Vg в плазме.

Например, для параболического рас(р Е 21 пределения плотности P=P (f-(/Ol), где а — расстояние от магйитной оси до поверхности раздела плазма-вакуум, Формула изобретения

Способ нагрева плазмы в замкнутых магнитных ловушках с вращательным преобразованием магнитных силовых

40 линий возбуждением высокочастотного тока, протекающего в скин-слое плазмы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергетических потерь плазмы иэ области нагрева, 65 высокочастотный ток в плазме воэбуж> олюсным высокочастотным полем, чис о полюсов и частоту изменения котоjогo выбирают так, чтобы произведение

I:ðoñTðàíñTâåííoão периода высокочастотного поля, отсчитываемого вдоль силовой линии постоянного магнитного поля ловушки, и частоты изменения высокочастотного поля было меньше альфеновской скорости в плазме на периферийной части сечения плазменного шнура и больше альфеновской скорости в плазме во внутренней части плазменного шнура.

На чертеже приведены графики зависимости альфеновской скорости в плазме, произведения пространственного периода высокочастотного поля, отсчитываемого вдоль силовой линии постоянного магнитного поля, и часто ты изменения высокочастотного поля от расстояния от магнитной оси ловушки, иллюстрирующие предлагаемый способ.

Экспериментально показано, что плазма, находящаяся в постоянном тороидальном магнитном поле замкну— той магнитной ловушки, прозрачна для стоячего или бегущего пространственно-периодического многополюсного вы— сокочастотного электрического поля, если зависимость Vp, (p) представляется кривой 1. С другоЙ стороны, длина пространственного периода, симметричного относительно оси ловушки высокочастотного поля, отсчитываемая вдоль силовой линии постоянного магнитного поля, выражается в виде .

2% г . 4 ъ ) ь "(о "с и )) (2 ) Кривые 2 и 3 представляют произв ведение У, т.е. правую часть неравенства (1). Первый случай (кри— вая 2) реализуется в замкнутой магнитной ловушке типа. "Токамак", н которой вращательное преобразование силовых линий создается стационарным продольным током, протекающим в плазме, распределение плотности которого по сечению плазменного шнура близко к равномерному. Второй случай (кривая 3) реализуется, например, в ловушке типа "Стелларатор", в которой вращательное преобразование силовых линий создается внешними проводниками с токами и угол вращательного преобразования 1 является возрастающей функцией

Пересечение кривой 1 с кривыми

2 и 3 определяет поперечный размер глубинной магнитной поверхности, в окрестности которой сканируется высокочастотное многополюсное электромагнитное поле. Таким образом, изме— няя ) У посредством изменения, например, частоты Г . высокочастотного поля либо числа его полюсов ttl, можно задавать положение скин-слоя в плазме, в котором осуществляется

Нагрев, вдали от поверхности раздела плазма-вакуум.

455715

oj, lk оюза

025

Составитель М,С тотланд

ТехредЕ.Гаврилешко Корректор А.Гриценко.Редактор С.Хейфиц

Закаэ 9239/73 Тираж 885 Подписное

HHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская иаб, 4/5

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 дают внешним стоячим или бегущим пространственно-периодическим многополюсным высокочастотным симметричным относительно оси ловушки электромагнитным полем, число полюсов и частоту которого выбирают так, чтобы произведение величин пространственного периода высокочастотного поля, отсчитываемого вдоль силовой линии постоянного магнитного поля ловушки, и частоты изменения высокочастотного поля было меньше альфеновской скорости в плазме на периферии плазменного шнура и больше альфеновской скорости в плазме во внутренней части плазменного шнура.