Плотный плазменный фокус

1. Положительные характеристики
2. Как это устроено
3. Расчетные параметры
4. Текущее исследование
5. DPF для ядерной термоядерной энергетики
6. история

Плотный плазменный фокус (DPF) (также плазменный пистолет ) является плазма машина, которая производит, по электромагнитный Ускорение и сжатие, короткоживущая плазма, настолько горячая и плотная, что становится обильным источником излучения. Это было изобретено в начале 1960-е годы Дж. В. Мазер, [1] а также самостоятельно Н.В. Филипповым. [2] Его также называют высокоинтенсивным устройством плазменной пушки (HIPGD) или просто плазменной пушкой . Электромагнитное сжатие плазмы называется « зажимать «.

Глядя вниз устройство плазменной фокусировки. Когда оболочка, несущая ток, движущийся внутрь, образует пары вихрей нити генерируются

Интенсивные всплески Рентгеновские лучи и заряженные частицы испускаются, как и термоядерная реакция нейтроны при работе в дейтерий , Продолжаются исследования, которые демонстрируют потенциальное применение в качестве мягкого источника рентгеновского излучения для следующего поколения. микроэлектроника литография, микрообработка поверхности импульсный рентгеновский и нейтрон источник для приложений медицинского осмотра и безопасности и модификации материалов, среди других.

Другие применения включают моделирование ядерных взрывов (для испытаний электронного оборудования) и короткий и интенсивный источник нейтронов, полезный для бесконтактного обнаружения или проверки ядерных материалов (уран, плутоний).

Положительные характеристики

Важной характеристикой плотного плазменного фокуса является то, что плотность энергии Сфокусированная плазма практически постоянна во всем диапазоне машин, от машин до килоджоулей до мегаджоулей, когда эти машины настроены для оптимальной работы. Это означает, что маленький плазменный фокусирующий аппарат размером с столешницу производит по существу те же характеристики плазмы (температура и плотность), что и самый большой плазменный фокус. Конечно, большая машина будет производить больший объем сфокусированной плазмы с соответствующим более длительным сроком службы и большим выходом излучения.

Даже самый маленький плазменный фокус имеет по существу те же динамические характеристики, что и большие машины, производя те же характеристики плазмы и те же продукты излучения и характеристики излучения. Это связано с масштабируемость плазмы явления.

Смотрите также плазмоид автономный магнитный плазменный шар, который может быть получен с помощью плотного плазменного фокуса.

Как это устроено

Заряженный банк электрические конденсаторы (также называется банком Маркса или Генератор Маркса ) включен на анод. Газ ломается. Быстро растущий электрический ток течет через заднюю стенку электрический изолятор осесимметрично, как изображено путем (обозначено 1), как показано на рис. 1. Осесимметричная оболочка тока плазмы снимает изолятор из-за взаимодействия тока с его собственным магнитным полем (сила J × B ). Плазменная оболочка ускоряется в осевом направлении до положения 2, а затем до положения 3, заканчивая осевую фазу устройства.

Весь процесс проходит во много раз скорость звука в окружающем газе. Поскольку текущая оболочка продолжает двигаться в осевом направлении, участок, находящийся в контакте с анодом, скользит по поверхности анода осесимметрично. Когда взрывающаяся передняя часть ударная волна слияния с осью, отраженный фронт удара исходит от оси, пока он не встретит оболочку возбуждающего тока, которая затем образует осесимметричную границу «сжатого» или сфокусированного столба горячей плазмы.

Плотный плазменный столб (сродни Z-пинч ) быстро щепотки ”И подвергается нестабильности и распадается. Интенсивные электромагнитные всплески и вспышки частиц, которые в совокупности называют «мультиизлучением», происходят во время плотной плазмы и фаз распада. Эти критические фазы обычно длятся десятки наносекунд для небольшой (кДж, 100 кА) фокусировки около микросекунда для большого (MJ, несколько MA) фокуса.

Весь процесс, включая осевую и радиальную фазы, может длиться для Mather DPF от нескольких микросекунд (для небольшого фокуса) до 10 микросекунд (для большого фокуса). Фокус Филиппова имеет очень короткую осевую фазу по сравнению с фокусом Мазера.

Расчетные параметры

Тот факт, что плотность энергии плазмы постоянна во всем диапазоне плазменных фокусирующих устройств, от больших до малых, связан со значением расчетного параметра, который необходимо поддерживать на определенном уровне, чтобы плазменная фокусировка работала эффективно. Критическим расчетным параметром скорости является \ ({{I \ over a} \ over \ sqrt {p}} \), или текущая линейная плотность, деленная на квадратный корень из массовой плотности газа заполнения.

Например, для нейтронно-оптимизированной работы в дейтерии значение этого критического параметра, экспериментально наблюдаемого в диапазоне машин от килоджоулей до сотен килоджоулей, составляет: 90 (кА / см) / (Торр) 1/2 (780 кА / ( м · Па1 / 2)) с удивительно небольшим отклонением в 10% по сравнению с таким большим диапазоном размеров машин.

Таким образом, если мы имеем пиковый ток 180 кА, нам нужен радиус анода 1 см с давлением заполнения дейтерием 4 Торр. Длина анода должна быть согласована с временем нарастания тока конденсатора, чтобы средняя осевая скорость прохождения оболочки тока составляла чуть более 5 см / мкс. Таким образом, время нарастания конденсатора 3 микросекунды требует согласованной длины анода 16 см.

Приведенный выше пример пикового тока в 180 кА, увеличивающегося за 3 мкс, радиуса анода и длины соответственно 1 и 16 см, близки к проектным параметрам УООН / МЦТФ ПФФ (Университет Организации Объединенных Наций / Международный центр теоретической физики установки для плазменного синтеза) [1] , Это небольшое настольное устройство было разработано в качестве недорогой интегрированной экспериментальной системы для обучения и передачи для начала / укрепления экспериментальных исследований плазмы в развивающихся странах. [2] ,

Текущее исследование

В настоящее время существует сеть (координируемая Азиатско-африканской ассоциацией по обучению плазме, AAAPT ) 10 таких идентичных станков DPF, работающих в 8 странах, выпускающих аспирантов и исследовательские работы по оптимизации и диагностике машин (мягкое рентгеновское излучение, нейтроны, электронные и ионные пучки), применениям (микролитография, микрообработка, модификация и изготовление материалов, обработка изображений) и медицинское, астрофизическое моделирование) и моделирование и вычисление.

Эта сеть DPF была организована С. Ли из 1986 пользуясь тем, что даже маленький DPF можно использовать для изучения всех плазменных явлений, к которым имеет доступ большой DPF.

Международный центр по плотной намагниченной плазме (ICDMP) в Варшаве. В Польше работает несколько плазменных фокусировочных машин для международной исследовательской и учебной программы. Среди этих аппаратов один с энергетической мощностью 1 МДж, что делает его одним из крупнейших плазменных фокусировочных устройств в мире.

DPF для ядерной термоядерной энергетики

Несколько групп утверждали, что DPF может оказаться жизнеспособным для сила синтеза , даже производя температуры, достаточно высокие для P + B11 Fusion и что мощное магнитное поле может уменьшить электрон-ионные столкновения и тем самым уменьшить тормозное излучение потери. С другой стороны, сильное магнитное поле может усугубить циклотронное излучение потери. Еще одним преимуществом является возможность прямое преобразование энергии продуктов слияния в электричество с эффективностью, потенциально превышающей 70%. До сих пор были проведены лишь незначительные эксперименты и компьютерное моделирование для исследования способности DPF к термоядерной энергии.

история

• 1958 год: Ханнес Альфвен: материалы Второй международной конференции по использованию атомной энергии в мирных целях (Организация Объединенных Наций), 31, 3
• 1960: Х. Альфвен, Л. Линдберг и П. Митлид, “ Эксперименты с плазменными кольцами (1961) Журнал ядерной энергии . Часть C, Физика плазмы, Ускорители, Термоядерные исследования, Том 1, Выпуск 3, с. 116-120
• 1960: Линдберг Л., Э. Виталис и К.Т. Якобсен, «Эксперименты с плазменными кольцами» (1960) Nature 185: 452.
• 1961: Ханнес Альфвен: эксперимент с плазменным кольцом в О происхождении космических магнитных полей (1961) Astrophysical Journal , vol. 133, с.1049
• 1961: Линдберг Л. и Якобсен С., « Об усилении полоидального магнитного потока в плазме (1961) Astrophysical Journal , vol. 133, с.1043
• 1962: Филиппов. Н.В. и др. «Плотная высокотемпературная плазма в нецилиндрическом сжатии Z-пинча» (1962), «Дополнение ядерного синтеза». Pt. 2, 577
• 1969: Баквальд, Роберт Аллен, «Формирование плотного плазменного фокуса с помощью дисковой симметрии» (1969) Тезис , Университет штата Огайо ,

Смотрите также

1. ↑ «Дж. В. Мазер» Формирование высокоплотного плазменного фокуса дейтерия « Физика жидкостей» , февраль 1965 г., том 8, выпуск 2, с. 366–377.
2. ↑ Филиппов. Н.В. и др. «Плотная высокотемпературная плазма в нецилиндрическом сжатии Z-пинча» (1962) «Дополнение ядерного синтеза». Pt. 2, 577
3. ↑ ПК Браунинг, в « Плазменная астрофизика: пять лет жизни Йохко и за его пределами (1998) Тецуя Ватанабе, Такео Косуги, Альфонс С. Стерлинг

Рекомендации

Плазменный пистолет на механизм Io

• Ператт, Энтони Л .; Десслер А.Д. «Филаментация вулканических плюмов на спутнике Юпитера Ио», Astrophysics and Space Science (ISSN 0004-640X), vol. 144, нет. 1-2 мая 1988 г., с. 451-461. ( Аннотация и полный текст )

внешняя ссылка

Похожие

Комментарии