Plasmaformning

Magnetiskt begränsade fusionsplasma som de som genereras i tokamaks och stellaratorer kännetecknas av en typisk form . Plasmaformning är studiet av plasmaformen i sådana enheter, och är särskilt viktig för nästa stegs fusionsenheter som ITER . Denna form betingar delvis plasmans prestanda. Tokamaks, i synnerhet, är axisymmetriska enheter, och därför kan man helt definiera plasmans form genom dess tvärsnitt .

Historia

Tidiga fusionsreaktorkonstruktioner tenderade att ha cirkulära tvärsnitt helt enkelt för att de var lätta att designa och förstå. I allmänhet arrangerar fusionsmaskiner som använder en toroidform, som tokamak och de flesta stellaratorer , sina magnetfält så att joner och elektroner i plasman färdas runt torusen med höga hastigheter. Men eftersom omkretsen av en bana på utsidan av plasmaområdet är längre än en på insidan, orsakade detta flera effekter som störde plasmans stabilitet.

Under 1960-talet användes ett antal olika metoder för att försöka komma till rätta med dessa problem. I allmänhet använde de en kombination av flera magnetfält för att få det magnetiska nettofältet inuti enheten att vridas till en helix. Joner och elektroner som följde dessa linjer befann sig röra sig till insidan och sedan utanför plasmat, blanda det och undertrycka några av de mest uppenbara instabiliteterna.

På 1980-talet visade ytterligare forskning längs dessa linjer att ytterligare framsteg var möjliga genom att använda externa strömförande spolar för att göra ledningarna inte bara spiralformade, utan också icke-symmetriska. Detta ledde till en serie experiment med C- och D-formade plasmavolymer. .

Genom att öka strömmen i en (eller flera) formspolar i tillräckligt hög grad kan en (eller flera) "X-punkter" skapas. En X-punkt definieras som en punkt i rymden där poloidfältet har noll magnitud. Den magnetiska flödesytan som skär X-punkten kallas separatrix, och eftersom alla flödesytor utanför denna yta är obegränsade, definierar separatrix den sista stängda flödesytan (LCFS). Tidigare etablerades LCFS genom att sätta in en materialbegränsare i plasman, som fixerade plasmatemperaturen och potentialen (bland andra kvantiteter) till att vara lika med limiterns. Plasma som flydde LCFS skulle göra det utan prioriterad riktning, vilket skulle kunna skada instrument. Genom att etablera en X-punkt och separatrix kopplas plasmakanten från kärlväggarna och utmatad värme och plasmapartiklar avleds företrädesvis mot ett känt område av kärlet nära X-punkten.

Tvärsnitt

I det enkla fallet med en plasma med symmetri upp och ner, definieras plasmatvärsnittet med en kombination av fyra parametrar: [

• plasmaförlängningen , $\kappa ={b \over a}$ , där $a$ är plasmaminorradien och $b$ är plasmans höjd mätt från ekvatorialplanet , _
• plasmatriangulariteten , $\delta$ , definierad som det horisontella avståndet mellan plasmastorradien $R$ och X-punkten ,
• vinkeln mellan den horisontella och plasmans sista stängda flödesytan (LCFS) vid lågfältssidan,
• vinkeln mellan den horisontella och plasmans sista stängda flödesytan (LCFS) vid högfältssidan.

I allmänhet (ingen upp-ned symmetri) kan det finnas en övre triangularitet och en nedre triangularitet.

Tokamaks kan ha negativ triangularitet.

Se även

• Lista över plasma (fysik) artiklar

externa länkar

• Triangularitet - med diagram och källa
• Elliptisk - med diagram och källa