Баланс входной и выходной энергий в реакторе на ос- основе классической пробочной ловушки с трудом соблюдается даже в идеальных условиях удержания. Поэтому подавление торцевых потерь является критической проблемой для созда- создания пробочного реактора. В этом разделе описываются иссле- исследования торцевого запирания с помощью электростатическо- электростатического потенциала. В случае простого пробкотрона время удер- удержания ионов порядка ион-ионного столкновительного времени, а время удержания электронов порядка электрон-электронного или электрон-ионного времен столкновения (тее ~ т^). Так как ree <^C Tii, в плазме должен быть избыток ионов, потенциал плаз- плазмы в пробкотроне должен быть положительным. Если на концах центрального пробкотрона расположены тандемом два пробко- пробкотрона, то можно ожидать, что при некоторых условиях (см. ни- ниже) потенциалы плазмы в этих запирающих пробкотронах (plug cells) на обоих концах станут положительными по отношению к центральному пробкотрону (central cell). Эта конфигурация называется амбиполярной (тандемной) ловушкой 0. Конус потерь в пространстве скоростей центрального пробкотрона амбиполяр- амбиполярной ловушки, показанной на рис. 17.14, определяется условием J < J_ Л _ ЛЬ) , A7.35) ) Rm \ mv2/2J где q — заряд частицы и i?M — пробочное отношение. Ко- Конусы потерь для электронов и ионов показаны на рис. 17.15 для случая положительного потенциала фс. Решив уравнение Фоккера—Планка, В. П. Пастухов [66] получил время удержа- удержания ионов в амбиполярной ловушке с положительным потенци- потенциалом . , tpast = П9Ш (Ц) ехр (Ц) , A7.36) g(RM) = тг'^Дм + 1Х4ЯМГ11пDДм + 2), 1) Концепция амбиполярной ловушки была предложена новосибирскими физиками Г. И. Димовым, В. В. Закайдаковым и М. Е. Кишиневским [64] несколько ранее аналогичной идеи тандемной ловушки, выдвинутой ливермор- скими учеными Т. К. Фаулером и Б. Г. Логаном [65]. — Примеч. ред. §17.3. Открытые системы 369 B{z) Вс Ф(*) n(z) Пс Рис. 17.14. Величина магнитного поля B(z), электростатический потенциал ф(г) и плотность n(z) вдоль оси z (оси пробкотронов) в амбиполярной ловушке v± Электрон (фс > 0) (Фс = 0) Ион (фс > 0) Рис. 17.15. Конусы потерь ионов (q = Ze) и электронов (q = —е) для положительного электростатического потенциала фс > 0 и пробочного от- отношения Ям- (v±c/vJ = (ефс/iRm - \))/(mev2/2) в случае электронов. (v\\c/vJ = Zeфc/(miV2/2) в случае ионов где Г^ — ионная температура в центральном пробкотроне и фс — разность потенциалов между запирающими и центральными пробкотронами. Обозначая электронные плотности в централь- центральной и торцевой ловушках как пс и пр соответственно, из форму- формулы Больцмана пр = пс ехр(ефс/кТе) получаем A7.37) Инжекцией нейтральных атомов в запирающие пробкотроны можно поднять плотность в них выше плотности в центральном пробкотроне. Если i?M ~ 10 и ефс/кТ{С ~ 2,5, то tPast 370 Гл. 17. Альтернативные системы удержания т. е. теоретическое время удержания в тандемной ловушке боль- больше, чем в простом пробкотроне. В этом типе тандемной системы для того, чтобы увеличить потенциал в запирающих довушках фс, нужно увеличивать плот- плотность пр в запирающей ловушке, и необходимая для этого мощ- мощность нейтральной инжекции оказывается большой. Поскольку запирающий потенциал фс пропорционален электронной темпе- температуре Ге, увеличение Те также увеличивает фс. Если электроны в концевых пробкотронах термически изолировать от электронов в центральном пробкотроне, то электроны в концевых пробкотро- пробкотронах можно нагреть отдельно, и эффективность потенциального запирания будет улучшена. С этой целью между центральной и концевой ловушками вводится термобарьер [67], как пока- показано на рис. 17.16. Если подходящим способом сформировать B(z) n(z) ад Т iep Рис. 17.16. Величина магнитного поля B(z), электростатический потенциал (/>(z), плотность n(z) и электронная температура Te(z) в системе с термоба- термобарьером. ЦЛ — центральная ловушка, ТБ — термобарьер, ЗЛ — запирающая ловушка §17.3. Открытые системы 371 потенциальный провал в термобарьере, электроны в запирающих и центральной ловушках будут термически изолированы. Поскольку электроны в центральной ловушке считаются максвелловскими с температурой Гес, имеем ). A7.38) Электроны в запирающей ловушке имеют модифицированное максвелловское распределение [68], и выполняется соотношение ' A7-39) где v ~ 0,5. Из A7.38), A7.39) получаем Фъ = — &(-)• A7.41) е \Щ/ Если электронная температура Гер в запирающей ловушке уве- увеличивается, величина фс может быть увеличена без выполнения условия пр > пс, так что эффективность потенциального запи- запирания возрастет. Эксперименты по ампиполярному удержанию проводились на установках TMX-U, GAMMA-10 и других.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Амбиполярные ловушки» з дисципліни «Основи фізики плазми і керованого синтезу»
