Stellaraattori

Stellarator  on reaktorityyppi hallittua lämpöydinfuusiota varten . Nimi tulee lat.  stella on tähti , jonka pitäisi osoittaa stellaraattorissa ja tähtien sisällä tapahtuvien prosessien samankaltaisuutta. Amerikkalaisen fyysikon L. Spitzerin vuonna 1950 keksimä ensimmäinen näyte rakennettiin hänen johdolla seuraavana vuonna osana salaista Matterhorn-projektia .

Suunnittelu ja toimintaperiaate

Stellarator on suljettu magneettiloukku korkean lämpötilan plasman säilyttämiseen . Olennainen ero stellaraattorin ja tokamakin välillä on, että magneettikenttä plasman eristämiseksi toroidaalisen kammion sisäseinistä on kokonaan ulkoisten kelojen luoma, mikä muun muassa mahdollistaa sen käytön jatkuvassa tilassa. Sen voimalinjat käyvät läpi rotaatiomuunnoksen, jonka seurauksena nämä viivat kiertävät toistuvasti torusta ja muodostavat järjestelmän suljettuja toroidisia magneettisia pintoja, jotka ovat sisäkkäisiä toisissaan.

Kaikissa 1900-luvulla rakennetuissa stellaraattoreissa rotaatiomuunnoskonfiguraatiot olivat keskenään samanlaisia ​​[1] , yhdelle näistä kokoonpanoista haettiin Neuvostoliiton tekijänoikeustodistusta nimellä Torsatron [2] . Tässä kokoonpanossa tarvittava magneettikenttä luotiin kahdella käämillä - kierteisellä (joka luo pitkittäisen magneettikentän, jolla on ominaisuus muuttaa kenttälinjojen kiertoa) ja sitä peittävällä poloidisella (kompensoivalla) käämillä, joiden avulla komponentti toruksen tasoon nähden kohtisuorassa oleva magneettikenttä, joka syntyy kierukkakäämin virran vaikutuksesta, kompensoituu plasman tilavuudessa . Tässä näkyy selkeästi stellaraattori-torsatronin laite [3] . "Torsatron"-tyypin konfiguraatio oli kaukana täydellisestä ja siinä oli monia tekijöitä, jotka käytännössä lyhensivät merkittävästi teoreettista plasman sulkemisaikaa. Siksi plasman eristäminen tokamakeissa oli pitkään huomattavasti parempi suorituskyky kuin stellaraattoreissa [1] . Plasman käyttäytymisen tutkiminen stellaraattori-torsatroneissa mahdollisti kuitenkin tulevaisuudessa täysin uudentyyppisten stellaraattoreiden luomisen (katso alla).

Merkittävää edistystä stellaraattorien kehityksessä saavutettiin 2000-luvun alussa tietotekniikan ja erityisesti teknisen suunnittelun tietokonejärjestelmien voimakkaan kehityksen ansiosta. Heidän avullaan stellaraattorin magneettinen järjestelmä optimoitiin. Tämän seurauksena ilmestyi täysin uusi rotaatiomuunnoskonfiguraatio - jos "torsatron"-konfiguraatiossa tarvittava magneettikenttä loi kahdella käämillä - kierteisellä ja poloidisella (katso yllä), niin uudessa konfiguraatiossa magneettikenttä loi yksinomaan Yksi käämi, joka koostuu modulaarisista kolmiulotteisista toroidaalisista keloista, on vaikeaa, jonka kaareva muoto on laskettu edellä mainituilla tietokoneohjelmilla [1] .

Työprosessi

Toroidinen tyhjiöastia (toisin kuin tokamakilla stellaraattorilla ei ole atsimuuttisymmetriaa – magneettipinnalla on "rypistyneen donitsin" muoto) pumpataan ulos korkeaan tyhjiöön ja täytetään sitten deuteriumin ja tritiumin seoksella. Sitten plasma luodaan ja kuumennetaan. Energiaa tuodaan plasmaan käyttämällä sähkömagneettista säteilyä  - niin sanottua syklotroniresonanssia . Kun lämpötilat ovat riittävät voittamaan deuterium- ja tritiumytimien välisen Coulombin hylkimisen, lämpöydinreaktiot alkavat .

Se, että plasman magneettiseen sulkemiseen tarvitaan pallomainen suoni, ei pallomainen , liittyy suoraan " siililauseeseen " , jonka mukaan "pallomaista siiliä" ei voida kampata - ainakin yhdessä pisteessä siilin neulat seisovat kohtisuorassa "siilin pintaan". Tämä liittyy suoraan pinnan topologiseen ominaisuuteen - pallon Euler-ominaisuus on 2. Toisaalta torusta on mahdollista kammata tasaisesti, koska sen Euler-ominaisuus on 0. Kun tarkastellaan magneettikentän vektoria Neulasta tulee selväksi, että suljettu magneettipinta voi olla vain pinta, jonka Euler-ominaisuus on yhtä suuri kuin nolla - toroidaalinen pinta mukaan lukien.

Jotkut aktiiviset stellaraattorit

• Suuri kierrelaite (Japani)
• Wendelstein 7-AS (Saksa)
• Wendelstein 7X [4]
• Hurricane-3M (Kharkova, Ukraina)
• L-2M (Moskova, Venäjä)
• TJ-II (Madrid, Espanja)

Katso myös

• Hallittu lämpöydinfuusio
• tokamak
• Inertiaohjattu lämpöydinfuusio

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 E. P. Velikhov , S. V. Putvinsky. Termoydinreaktori  // Lämpöydinenergia. Status ja rooli pitkällä aikavälillä. - 1999. Arkistoitu 20. syyskuuta 2020.
2. ↑ Torsatron - Neuvostoliiton tekijäntodistus 15.1.1976 - SU 433908 | Neuvostoliiton patenttien perusta . Käyttöpäivä: 16. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 17. kesäkuuta 2015. (määrätön)
3. ↑ Fysiikan ja tekniikan tietosanakirja - stellaraattorit . Käyttöpäivä: 16. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 17. kesäkuuta 2015. (määrätön)
4. ↑ Yhdistämissäännöt. Saksa käynnisti tehokkaimman lämpöydinreaktorin . Haettu 6. heinäkuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 25. syyskuuta 2020. (määrätön)

Linkit

• Fysiikan ja tekniikan tietosanakirja - Stellaraattoreita
• Energiasivusto - Stellarator
• Spitzer L "Stellarator" // UFN 71 328-338 (1960)
• Lyman Spitzer, The Stellarator Concept // Phys. Fluids 1, 253 (1958); doi: 10.1063/1.1705883
• John L. Johnson, The Evolution of Stellarator Theory at Princeton // 13. kansainvälinen stellaraattorityöpaja
• The stellarator renessance // ITER Newsline #172, 15.4.2011
• http://ocw.mit.edu/courses/nuclear-engineering/22-012-seminar-fusion-and-plasma-physics-spring-2006/assignments/stellarators.pdf

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani Hienoa norjalaista Iso venäläinen Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4183081-7 J9U : 987007534032105171 LCCN : sh85127916