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俄科学家改进开放式陷阱等离子体限制技术

2024-12-26 11:19     来源:中国核技术网     核聚变 核技术

G.I. Budkera SB RAS(BINP SB RAS)的科学家们在RESIN安装中改善了等离子体的限制,他们采用了一种螺旋磁性开放式陷阱。这种开放陷阱具有线性结构,等离子体被磁场限制在其中,但磁力线并非闭合,因此等离子体可以沿磁力线流出。为了降低纵向颗粒损失,科学家们巧妙地组合了不同类型的磁塞,特别是短塞,它在多镜部分产生了螺旋磁场。这种螺旋场将等离子体从边缘重定向到装置中心,而磁塞的组合则有效防止了等离子体的大量流出。研究表明,组合使用的磁塞比单独使用时更能有效地保持等离子体,同时,结合镜子系统后,受限等离子体的密度增加了三倍。

聚变实验需要维持等离子体的特定特性,如密度和温度,而开放式陷阱正是研究等离子体物理学的一种有效装置。它结构简单,等离子体位于装置中间并被磁场包围。然而,在开放陷阱中,场线在等离子体外部闭合,等离子体可以沿着这些线移动并流出。为了减少等离子体损失,SB RAS核物理研究所的物理学家开发了一种系统,利用多个镜像系统产生的磁场,在SMOLA装置中有效地限制了等离子体。他们设计了一种短管组合,在设备边缘产生强磁场,同时利用具有螺旋对称性的多镜部分,沿设备整个长度创建螺旋场,引导等离子体从边缘流向中心,从而将通过“未封闭”区域的等离子体粒子的纵向损失减少了五倍。


Anton Sudnikov 与 RESIN 安装。摄影:E. Koinova。

高级研究员安东·苏德尼科夫表示,RESIN是一个小型试验台,用于测试等离子体限制的想法。螺旋约束是多镜约束的一种子类型,他们认为这是抑制开放陷阱中纵向损失的有效方法。该方法可以应用于参数严格的大型装置,如气体动力多镜陷阱。在实验中,他们发现添加具有更强磁场的区域后,多镜螺杆部分的表现得到了改善。每个系统都抑制了等离子体流,改善了限制,且不会相互干扰,共同提供了比单个系统更高的效率。在某些变体中,这些方法可以像构建块一样组合使用。在今年的实验中,限制区域的密度在相同参数下增加了大约三倍。

开放式陷阱是发展热核聚变的另一种方法,与托卡马克相比,其设计更简单,更容易修改和扩大规模。未来,物理学家计划在开放式陷阱中获得与GDML中等离子体类似的“碰撞”等离子体,即离子在其中的等离子体。为此,他们将在SMOLA装置中安装一个交变射频波源,以单独加热等离子体中的离子和电子,使离子的预期温度达到50万摄氏度(50电子伏特)。

此外,开放式陷阱还为测试许多有趣的想法提供了机会,这些想法可能对未来装置的建造有用。例如,它对于代表注射器(粒子加速器)的发展至关重要,没有它就无法进行任何热核研究。科学家们对使用热等离子体的固定开放式陷阱表示出浓厚的兴趣,并计划在未来进行更多类似的测试。由于其可扩展性,创建固定陷阱已成为一项可行的任务。



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