Plasman sähköstaattinen rajaus ( englanniksi inertial electrostatic confinement, IEC ) on konsepti plasman rajoittamiseksi sähköstaattisen kentän avulla.
Sähköstaattinen kenttä, joka on yleensä pallosymmetrinen, mutta joskus sylinterisymmetrinen, kiihdyttää varautuneita hiukkasia ( elektroneja tai ioneja ) kohti kentän keskustaa tai symmetria-akselia. Ioneja voidaan pitää lähellä loukun keskustaa pitkään, mikä mahdollistaa kontrolloidun lämpöydinreaktion saavuttamisen . Yksi ensimmäisistä kuvauksista konseptista tehtiin Willam C Elmore ja muut tammikuussa 1959. [1]
Kysymys inertialisähköstaattisten järjestelmien käytön tärkeydestä ydinreaktioiden suorittamisessa ja näiden ydinreaktioiden energian suorassa muuntamisessa sähköenergiaksi ei ole vielä ratkaistu.
Neuvostoliitossa nämä ehdotukset muotoili ensimmäisenä O. A. Lavrentiev muistiinpanossaan, joka lähetettiin bolshevikkien kommunistisen puolueen keskuskomitealle 29. heinäkuuta 1950 [2] . O. A. Lavrentiev ehdotti muistiinpanossaan lupaavina lämpöydinpommin ydinfuusioreaktioiden kannalta litium-vetyreaktioita: p + 7 Li = 2 4 He + 17,2 MeV ja D + 6 Li = 2 4 He + 22,4 MeV perustuu niin kutsuttuun "ytimien vapaan törmäyksen" menetelmään. Juuri tämä ehdotus herätti kiinnostuksen projektin poliittisessa johdossa (jolla oli käytössään samanlaisia tiedustelutietoja amerikkalaisesta ydinhankkeesta) aloittelevan tiedemiehen henkilössä, minkä ansiosta O. A. Lavrentiev pääsi Moskovan valtionyliopistoon ja aloitti tieteellinen ura.
Ehdotuksista lausunnon antaneen A. D. Saharovin mukaan O. A. Lavrentjevin mainitun muistiinpanon tieteellinen sisältö oli triviaali. Itse asiassa se sisälsi vain yhden alkuperäisen ehdotuksen "nopeiden hiukkasten energian sähköstaattisesta absorptiosta hidastuvassa sähkökentässä" sähköstaattisen kentän "kaasu" (plasma) tilavuudessa suoritettujen ydinreaktioiden sähkötehon valitsemiseksi. .
Muistiinpanossaan O. A. Lavrentiev ehdotti, että tilavuus, jossa ydinprosessit tapahtuvat, tulisi ympäröidä kahdella johtavalla kuorella (sisäkuori on verkkokatodi), joihin sovelletaan 0,5-1 MV:n potentiaalieroa. O. A. Lavrentievin mukaan ydinreaktioiden aikana kiihtyneiden positiivisesti varautuneiden ytimien, jotka lentävät verkon läpi, täytyy pudota hidastuvaan sähkökenttään ja joko heittää takaisin energiaa menettämättä tilavuuteen, jossa ydinprosessit tapahtuvat, tai saavuttaa ulkokuori muodostaen EMF-piirin.
Muiden häviöiden puuttuessa reaktion ylläpitämisen ehtona on ydinreaktioiden aikana vapautuvan energian ylimäärä kahden kuoren järjestelmän ottamasta energiasta.
O. A. Lavrentievin mukaan, koska tässä tilanteessa energiahäviöt ovat verrannollisia kuorien pinta-alaan (ydinreaktiotuotteiden suorat osumat) ja ydinreaktioiden aikana vapautuva energia on verrannollinen tilavuuteen, se on aina mahdollista valita sellaiset asennusmitat, että ulkoisen piirin jatkuvalla energiankulutuksella reaktion ylläpitoehto täyttyy.
OA Lavrentjevin ehdotuksessa ei kuitenkaan otettu huomioon säteilyn energiahäviöitä eikä neutraalien hiukkasten päästöjä, jotka kuljettavat pois merkittävän osan energiasta. Se oli myös tuolloin ongelmallista, ja edelleen se on edelleen teknisesti toteutettavissa oleva rakenneratkaisu, joka antaa sisäverkolle lämpöstabiilisuuden.
Historiallisista syistä johtuen ehdotetut menetelmät ydinreaktiotuotteiden sähköstaattiseen säilyttämiseen sähköenergian saamiseksi eivät saaneet neuvostotieteessä etusijaa.
Näiden opinnäytetyöehdotusten laatimisajankohtana O. A. Lavrentievillä ei ollut korkeakoulutusta eikä tarvittavaa teoreettista ja varsinkaan käytännöllistä tietopohjaa.
I. V. Stalinin kuoleman ja L. P. Berian teloituksen jälkeen poliittisen holhouksen menettämisen jälkeen hän ei onnistunut itsenäisesti kehittämään ideoitaan laajamittaiseksi valtionmerkittäväksi hankkeeksi, ja A. D. Saharov ja I. E. Tamm olivat kiinnostuneita kehittämään omia ideoitaan puhtaasti magneettisesti. lämpöydinplasman rajoitus, jossa, kuten kävi ilmi, ei objektiivisesti katsottuna ollut vähemmän teknisiä ja fyysisiä ongelmia.
Saatuaan jakelun valmistuttuaan Moskovan valtionyliopistosta Ukrainan SSR:n tiedeakatemian Harkovin fysiikan ja tekniikan instituutissa , O. A. Lavrentiev jatkoi vuosina 1953-1960 pääasiassa sähköstaattisten ja magnetosähköstaattisten kokeellisten tutkimusten tekemistä. lämpöydinplasman sulkeminen [3] .
O. A. Lavrentiev ehdotti 22. kesäkuuta 1950 korkean lämpötilan plasmalle tarkoitettua sähköstaattista loukkua teollista lämpöydinfuusiota varten ja sähkömagneettista loukkua korkean lämpötilan plasmalle avoimen magneettilukon muodossa, jossa on sähköstaattinen lukitus. magneettirakoja ehdotettiin maaliskuussa 1951.
Ukrainankielisiä julkaisuja näistä aiheista julkaistiin Ukrainian Physics Journalissa vuonna 1963 [4] .
Yksinkertaisessa sähköstaattisessa loukussa plasma-ioneja pitää sisällään ulkoinen sähkökenttä, joka on kohdistettu sisäisen pallomaisen katodiverkon ja ulkoisen pallomaisen elektrodin väliin, jonka pinnalle on sijoitettu lisäionilähteitä [5] .
Sähköstaattiseen loukkuun jääneiden ionien määrän lisäämiseksi O. A. Lavrentiev ehdotti sähköstaattisen loukun muuntamista muuttuneella polariteetilla, jota varten hän katsoi tarpeelliseksi varmistaa ioni-optisen järjestelmän perustavanlaatuisen tiukka pallomaisuus ja tiukka pallomainen fokusointi. ioni- ja elektronivirtaukset ruiskutetaan järjestelmään.
Kaavio yksinkertaisesta sähköstaattisesta loukusta, jossa on käänteinen napaisuus, O. A. Lavrentievin ehdottama, on esitetty kuvassa. 1. Tässä laitteessa suuri positiivinen potentiaali 20-100 keV kohdistetaan sisäelektrodille - 2, joka on kaksinkertainen puoliympyrä. Kammio tyhjennetään suurtyhjiöön ja täytetään sitten työkaasulla. Varautuneiden hiukkasten virtausten fokusoinnin seurauksena keskelle, kaukana elektrodien pinnasta, muodostuu tiheä korkean lämpötilan plasma. Keskellä tapahtuu voimakkaita lämpöydinreaktioita, ja lähellä elektrodeja plasman tiheys on monta suuruusluokkaa pienempi, eikä se saisi ylittää elektrodien kohtalaisen lämpökuormituksen perusteella määritettyä raja-arvoa. Ulkoinen elektrodi - 1 on valmistettu kahden puolipallon muodossa vesijäähdytyksellä. Asetuksen toimintaparametreja koskevia tietoja ei anneta kohdassa [5].
OA Lavrentiev esitti seuraavat teoreettiset oletukset mahdollisista fysikaalisista prosesseista yksinkertaisissa sähköstaattisissa loukuissa, joissa on käänteinen napaisuus.
Termoydinplasma muodostuu järjestelmän keskelle varautuneiden hiukkasten virtojen fokusoitumisen seurauksena. Tällaisessa plasmassa järjestelmän tiukan säteittäisen fokusoinnin ja pallosymmetrian olosuhteissa voi syntyä virtuaalisia elektrodeja - katodeja ja anodeja. Niillä on todellisten elektrodien ominaisuudet, mutta ne eivät käytännössä aiheuta häviöitä niiden läpi kiertäviin varautuneiden hiukkasten virtoihin.
Virtuaalielektrodeja tulee muodostaa drift-tilaan, jos plasmaan injektoitujen varautuneiden hiukkasvirtausten tiheys on riittävän suuri. Ensimmäinen virtuaalinen elektrodi (anodi) muodostuu tässä järjestelmässä positiivisesta plasmapylväästä, jossa on hehkukaasupurkaus, joka tapahtuu sisäisen anodin ja ulkoisen katodin välillä. Pallon pinnasta sisäänpäin säteilevien elektronien, jotka kulkevat sen läpi, tulisi muodostaa toinen virtuaalinen elektrodi (katodi). Osa virtuaalisen anodin ioneista, joita virtuaalianodin ja virtuaalikatodin välinen sähkökenttä kiihdyttää, muodostaa kolmannen virtuaalisen elektrodin (anodin).
Kuva 1 Yksinkertainen sähköstaattinen loukku. 1 - jäähdytetty katodi, 2 - anodi.
Varautuneita hiukkasia voi kertyä virtuaalisten elektrodien väliin sekä todellisten elektrodien väliin, mikä voimistaa alkuvirtausta moninkertaisesti.
Kuvassa 1 esitetyssä yksinkertaisessa sähköstaattisessa loukussa, jossa on käänteinen napaisuus, virtuaalielektrodit eivät vääristy ruudukkorakenteesta, joten virtuaalisten elektrodien lukumäärän tulisi kasvaa sekä laitteen koon kasvaessa että ruiskutettujen ionien virtauksen kasvaessa, mutta jokaisella uudella elektrodilla plasman tiheys kasvaa ja siten lähteen neutronisaanto.
Todellakin, Poisson-yhtälön ratkaisu antaa potentiaalille värähtelevän käyrän. Tämä käy ilmi seuraavista pohdinnoista. Kaksivirtaisessa plasmajärjestelmässä pallogeometriassa, jonka säteittäinen koordinaatti on r, potentiaalin V Poisson-yhtälö on seuraava (ρe ja ρi ovat vastaavasti elektronien ja ionien varaustiheydet):
(1/r2)(d/r[r2(dV/dr))=4π(|ρe|-ρi), (1)
Jos otamme virtuaalisen anodin potentiaalin arvoksi 0, niin se seuraa energiansäästöyhtälöstä:
½Mvi2=|eV(r)|, (2) ½mve2=e(V-V0), (3)
missä V0 on katodin potentiaali, M ja m ovat ionien ja elektronien massat ja e on elektronin varaus. Se seuraa varauksen säilymisen ehdosta (eli i ovat elektroni- ja ionivirrat, ve, i ovat ionien ja elektronien nopeudet):
Eli, i=4πr2ρe, ive, i, (4)
Normalisoidaan säde ja potentiaali:
f(r)=V(r)/V0, (5)
R=r/r0, (6)
missä r0 on virtuaalisen anodin säde, φ(r0)=0. Sitten relaatio (1) voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavasti:
d2ph/dR2+(2/R)(dph/dR)=(K+/R2)(ph-1/2-λ+(1-ph)-1/2), (7)
K+=Ii/|V0|3/2(M/2e)1/2=4πr2ρiФ1/2/|V0|, (8)
λ+=(Ie/Ii)(m/M)1/2, (9)
Kuva 2. Arvioitu kaavio normalisoidusta potentiaalista K+=0,7, λ+=λ+max ja K+=0,67, λ+=λ+max.
Parametrit K+ ja λ+ eivät ole riippumattomia, koska rajaehdot on täytettävä, ja kukin K+ vastaa arvoa λ+max .
Kuva 3. Parametrien K+ ja λ+ lokalisoinnin kuvaaja reunaehtojen mukaan.
Oletus rajoittuvan plasman tiheyden lisääntymisestä virtuaalisten elektrodien lukumäärän kasvaessa on havainnollistettu kuvan 5 mukaisella normalisoidun ionitiheyden ρi= ρi (4πrс2/K+|V0|) kaaviolla.
Riisi. 5. Piirrä normalisoitu ionitiheys ρi yksinkertaisessa sähköstaattisessa loukussa.
On huomattava, että nämä johtopäätökset pätevät tilanteessa, jossa hiukkasten liike on tiukasti säteittäistä ja järjestelmä on pallosymmetrinen.
Pallotarkennuksella varustetussa järjestelmässä hiukkasvirtausten suunnatun liikkeen vuoksi kohti keskustaa niiden tiheys kasvaa 1/r2:na tiettyyn säteeseen r0 asti, mikä luonnehtii pallomaisen tarkennuksen tarkkuutta.
Reaktioissa vapautuva teho on verrannollinen plasman tilavuuden ja tiheyden neliön tuloon ja kasvaa 1/r0 parantuneen tarkennuksen myötä.
Kun otetaan huomioon saatavilla oleva empiirinen arvio, meitä kiinnostavalla energia-alueella 0<ε<150 kV, deuteronien fuusioreaktion poikkileikkauksen σf(ε) riippuvuus barnissa mitattuna deuteronienergiasta ε, mitattuna kV [6, Aleksandrovich E.-G. V., Sokovishin V. A., PTE, 1961, V.5, s. 7-25]: σf(ε)=140∙exp{-44.4/ε1/2}/ε, voimme päätellä, että ydinreaktionopeus <σfv> tietyllä energia-alueella riippuu heikosti r:stä, niin päättelystä alkaen O. A. Lavrentievin, joka ehdotti fuusioreaktioissa vapautuvan tehon keskiarvoa säteen r yli, saamme seuraavan suhteen tälle arvolle: Pf=4πR3Ef<σfv>ni2(R/r0-1), jossa R on fuusioreaktioiden säde ulkopallo, ni on ionien keskimääräinen tiheys, Ef on ydinreaktion yksittäisen toimenpiteen energia.
Väittäen, että ionivuon fokusointiaste riippuu kiihtyvän anodi-katodivälin elektrodirakenteen laadusta sekä ionien sironnasta toistensa päälle ja olemassa olevista teknisistä menetelmistä ionivirtausten muodostamiseksi. alhainen divergentti (monen aukon ionilähteet) mahdollistaa rakenteellisten elementtien geometristen parametrien vaikutuksen minimoimisen merkityksettömäksi, O. A. Lavrentiev tuli siihen tulokseen, että suurin panos ionisäteen defokusointiin ihanteellisessa sähköstaattisessa laitteessa on tehty varautuneiden hiukkasten Coulombin sironnan avulla, joka on luonteeltaan moninkertainen vuorovaikutus poikkeaman pienillä kulmilla, jotka voidaan ottaa tilastollisesti huomioon. Ratakeskiarvoinen hiukkasen keskimääräinen neliökulma poikkeama tarkasta liikkeestä säteitä pitkin on arvio .
Näin ollen, koska varauksen säilymislaista seuraa, että nivi/n0maxv0=ro2/R2~<θ2>, missä vi ja v0 ovat ionien lämpönopeudet laitteen reunalla ja keskellä, n0max on suurin saavutettavissa oleva plasma tiheys sähköstaattisen loukun keskellä ja R>>r0, arvo n0max:lle Coulombin sironnan rajoittamalla varautuneiden hiukkasvirtojen pallomaisella fokusoinnilla saadaan seuraavasti: n0max~(Ti/T0)1/2E2/2πe4LlnΛ, missä Ti on plasman lämpötila positiivisen purkauskolonnissa, T0 on plasman lämpötila tarkennusalueen sisällä.
On huomattava, että OA Lavrentjev ei arvioissaan olettanut aivan oikein, että lämpötilat tarkennusalueen sisällä ja purkauksen positiivisen sarakkeen plasmassa olivat suuruusjärjestyksessä samat.
Arvio osoittaa, että ihannetapauksessa, kun Coulombin sironta vaikuttaa eniten ionisäteen defokusointiin, plasman tiheys keskustassa on monta suuruusluokkaa suurempi kuin plasman tiheys reunalla. Totta, tällaisilla tiheyksillä myös kaasukineettinen sironta tulee merkittäväksi, mitä ei myöskään oteta huomioon yllä olevassa arvioissa.
Teokset [3 ja 4] käännettiin englanniksi, ja ne olivat yksi motivaatioista R. L. Hershille suorittaa kokeilu, mukaan lukien O. A. Lavrentievin ilmaisemien teoreettisten näkemysten testaaminen.
Palatakseni ensisijaisuuskiistaan, on sanottava, että amerikkalainen osapuoli väittää [7, RL Hirsch, Inertial Electrostatic Confinement of Ionized Fusion Gases, Journal of Applied Physics, V. 38, No. 11, s. 4522-4534, 1967], että P. T. Farnsworth havaitsi ensimmäisen kerran paikallisen hehkun olemassaolon pallomaisesti symmetrisen suurtaajuisen elektronivakioputken keskellä, joka oli evakuoitu korkeaan tyhjiöön. Raporttia tämän vaikutuksen havainnosta ei julkaistu; P. T. Farnsworth kertoi yksityisessä keskustelussa R. L. Hershille tämän vaikutuksen havainnosta vuonna 1964 yhdistäen tämän vaikutuksen mahdollisuuteen muodostua elektronivirtojen onton anodin sisällä, joka kohdistuu sen keskustaan. tilavarauspotentiaalikaivoon liittyvä onkalo, joka pidättää ja kerää ioneja täyttökaasusta. P. T. Farnsworthin väitetään käyttävän tätä vaikutusta lämpöydin-ionien rajoittamiseen ja keräämiseen pienessä tilavuudessa 1950-luvun puolivälissä. Ensimmäinen teoreettinen julkaisu, joka tutki ioni- ja elektronivirtojen pallosymmetrisen fokusoinnin ongelmia V. H. Wellsin vuonna 1954 yksityisessä viestinnässä ja itsenäisesti, myös yksityisessä viestinnässä, P. T. Farsworth vuonna 1956, julkaistiin Yhdysvalloissa vuonna 1959. [8, WCWatson, Jl Elmore, KMTuck, On the Inertial-Electrostatic Confinement of a Plasma, The Physics of Fluids, V.2, nro 3, s. 239-246, 1959]. Tiedot kokeesta ionivirtojen pallosymmetrisestä fokusoinnista R. L. Hershin [7] kehittämällä asetuksella julkaistiin vuonna 1967.
Avoin magneettilukko magneettisten rakojen sähköstaattisella sulkemisella
Itse avoimilla magneettiloukuilla on useita etuja: plasman paineen ja magneettikentän paineen suuri sallittu suhde, magnetohydrodynaaminen plasman stabiilisuus (järjestelmissä, joissa on niin sanottu "minimi B"), kyky toimia paikallaan olevassa tilassa ja suhteellinen rakenteellinen yksinkertaisuus.
Yksinkertaisimmassa versiossa avoin magneettilukko luodaan kahdella identtisellä koaksiaalikelalla, jotka on kytketty samaan suuntaan. Tässä tapauksessa kelojen välinen magneettikenttä on jonkin verran heikompi kuin kelojen tasossa, joten kentän keskiosa on suljettu kahden magneettisen "pistokkeen" tai "peilin" väliin - alueisiin, joilla on tehostettu kenttä. . Peileissä W olevan kentän suhdetta erottimen B0 keskiosan kenttään kutsutaan yleisesti peili- tai peilisuhteeksi: α = Bm/B0.
Avoimissa magneettiloukuissa, joita kutsutaan myös adiabaattisiksi, varattujen hiukkasten pitkäaikainen sulkeminen perustuu poikittaisen adiabaattisen invariantin säilymiseen - hiukkasen poikittaisenergian suhteeseen Larmorin pyörimistaajuuteen tai tästä arvosta johdettuun fyysiseen parametriin. - Larmorin ympyrän magneettinen momentti. Jos sähkökenttää ei ole, niin varautuneen hiukkasen liikkuessa magneettikentässä sen nopeus ν pysyy vakiona (Lorentzin voima, joka on kohtisuorassa ν:n kanssa, ei toimi). Lisäksi vahvassa magneettikentässä, kun Larmorin säde ρ = v﬩/ωB (v﬩ on nopeuskomponentti poikittain B:n suhteen, ωB = eV/mc on Larmorin taajuus, e on hiukkasen varaus, m on sen massa, c on valon nopeus) on paljon pienempi kuin magneettikentän muutoksen ominaispituus, myös arvo säilyy: μ=m v2﬩/2B.
Tämä suure, jolla on myös Larmorin ympyrän magneettisen momentin merkitys, on kvasijaksollisen liikkeen adiabaattinen invariantti.
Koska μ = const, varautuneen hiukkasen lähestyessä peiliä poikittaisnopeuskomponentti v﬩ kasvaa ja koska ν = const, pituussuuntainen nopeuskomponentti pienenee tässä tapauksessa ja riittävän suurella α:lla se voi kadota. Tässä tapauksessa hiukkanen heijastuu magneettisesta peilistä.
Otetaan huomioon kulma θ, joka muodostuu nopeusvektorista magneettikentän B suunnan kanssa. Se on yhtä suuri kuin (π/2) - ψ, missä ψ on ns. askel- tai nousukulma. On helppo nähdä, että magneettipeili heijastaa vain ne hiukkaset, joille pätee loukun keskiosassa: sin θ >α-1/2=(B0/Bm)1/2.
Kaikki hiukkaset, joiden kulma θ on pienempi kuin θ0 = arcsin [(B0/Bm)1/2] putoavat "kiellettyyn kartioon" ja lentävät ulos ansasta. Siten adiabaattinen loukku ei pidä sisällään kaikkia hiukkasia, vaan vain niitä, jotka ovat sallitun suuntakartion sisällä.
Loukun pidättelemät hiukkaset suorittavat suhteellisen nopeita värähtelyjä heijastuspisteiden välillä ja samalla liikkuvat hitaasti voimalinjalta toiselle kokeen niin sanotun magneettisen ajautuman. Tämän ryöminnän nopeus on suuruusluokkaa vm ~ vp/R, missä ρ on Larmorin säde ja R on kenttäviivan kaarevuussäde.
Siten avoimilla magneettiloukuilla on suuri haittapuoli: lyhyt plasman käyttöikä johtuen sen suurista häviöistä magneettikenttälinjoja pitkin loukun magneettisiin rakoihin.
Plasmahäviöiden vähentämiseksi magneettisten aukkojen kautta OA Lavrentiev ehdotti menetelmää magneettisten rakojen sähköstaattiseen lukitsemiseen, joka koostuu seuraavasta.
Magneettisen raon alueella varautuneiden hiukkasten virtausta rajoitetaan poikittaissuunnassa maadoitetuilla elektrodeilla, ja raon takana virtaus estetään negatiivisesti varautuneella elektrodilla (tai elektrodijärjestelmällä).
Riittävän korkealla negatiivisella potentiaalilla elektronit heijastuvat tältä elektrodilta (negatiivinen potentiaalisulku) takaisin ansaan, joten elektronien ainoa tapa hävitä loukusta on niiden diffuusio magneettikentän läpi.
Tämän seurauksena elektronin elinikä pitenee merkittävästi, negatiivinen tilavaraus kerääntyy loukkuun ja plasma saa negatiivisen sähköstaattisen potentiaalin.
Ionit poistuvat ansasta magneettisten rakojen kautta (negatiivisesti varautuneille elektrodeille), mutta elektronien ja ionien häviöiden nopeuden tasaamiseksi magneettirakoissa asetetaan automaattisesti positiiviset (ambipolaariset) potentiaaliesteet vähentämään ionien häviämistä loukkuun.
Tällaisen sähköstaattisen potentiaalin hyvin kaltaisen jakauman luomiseksi on kuitenkin välttämätöntä, että hiukkasvuon poikittaiskoko rakossa ei saisi olla paljon suurempi kuin Debyen seulontasäde.
Muuten suuremmalla virtausleveydellä este ei esiinny raon suuren potentiaalin painumisen vuoksi, ja ionit poistuvat loukvasta hidastumatta.
Välttämätön ehto magneettisten rakojen poikittaiskoon pienelle on helpoimmin täytettävissä magneettikentän erilaisille teräväkulmaisille geometrioille, jotka muodostavat vastakkaisen virransuunnan johdinjärjestelmä vierekkäisissä johtimissa (antipeilin kennoissa tai moninapoissa) ).
Tällaista akuuttikulmaisen magneettikentän yhdistelmää magneettisten rakojen sähköstaattisen lukituksen kanssa kutsutaan "sähkömagneettiseksi loukuksi".
Siten sähkömagneettisessa ansassa plasman elektronikomponenttia pitävät ulkoiset magneetti- ja sähköstaattiset kentät, kun taas ionikomponenttia kompensoimattomien elektronien tilavarauksen sähköstaattinen kenttä. Tässä tapauksessa plasman elinikä loukussa määräytyy elektronien diffuusion nopeuden mukaan magneettikentän läpi, ja ionihäviön nopeus säädetään elektronien häviön nopeuteen säätämällä magneettisten aukkojen potentiaaliesteitä.
Yllä mainittujen etujen lisäksi, jotka ovat luontaisia koko avoimien ansojen luokassa, sähkömagneettisten loukkujen erityispiirre on mahdollisuus luoda ja lämmittää plasmaa yksinkertaisella menetelmällä injektoida suurienergisiä elektronivirtoja (ja tietyissä olosuhteissa ionit) magneettisten rakojen kautta. Tässä tapauksessa akuuttikulmainen magneettikenttä hiukkasten ei-diabaattisen liikkeen keskialueella varmistaa ruiskutettujen virtausten tehokkaan talteenoton. Siepatut elektronit tuottavat työkaasun ionisaatiota ja luovuttavat osan energiastaan kylmälle plasmalle. Tällainen negatiivisesti varautuneen estoelektrodin katodista valmistettu elektronien "este-injektio" on energiatehokkain verrattuna kaikkiin muihin menetelmiin plasman luomiseksi ja lämmittämiseksi sähkömagneettisissa loukuissa. Tämä johtuu siitä, että estoelektrodi-katodille palaavat elektronit eivät ota energiaa ulos ansasta (paitsi pieni "esteen yläpuolella oleva lisäaine"), vaan antavat sen sähkökenttään. Koska samaan aikaan kun elektronit pakenevat esteen läpi, ne ruiskutetaan esteestä, sähkökenttä siirtää lähtevistä elektroneista vastaanotetun energian suoraan injektoituihin, palauttaen sen plasmaan häviöttömästi, eli tapahtuu energian talteenotto. Elektronien energian menetys liittyy vain niiden diffuusioon magneettikentän läpi.
Meneillään olevan tieteellisen tutkimuksen kehityksen logiikka johti lopulta O. A. Lavrentievin ajatukseen termoydinplasman monirakoisista avoimista magneettiloukuista, joissa on magneettisten rakojen sähköstaattinen lukitus [5, OALavrentiev, V. A. Sidorkin, V. P. Goncharenko, Yu S. Azovsky, S. A. Vdovin, "Monirakoisen sähkömagneettisen ansan tutkiminen", UFZh, 1974, osa 19, nro 8, s. 1277-1280].
Tunnetuin IEC-laite on Farnsworth-Hirsch Fusor , joka kuvattiin vuonna 1967. [6] Se koostuu kahdesta samankeskisestä spiraalimaisesta sähköä johtavasta ristikosta, jotka sijaitsevat tyhjiökammiossa. Kammioon syötetään pieni määrä fuusiopolttoainetta, joka ionisoituu verkkojen välisen jännitteen vaikutuksesta. Positiivisesti varautuneet ionit kiihtyvät kohti kammion keskustaa ja niiden välillä voi tapahtua fuusioreaktio.
Fusorit ovat tarpeeksi yksinkertaisia harrastajien tai pienten laboratorioiden valmistamia varten. Fusorit pystyvät tuottamaan lämpöydinreaktioita, mutta eivät pysty tuottamaan merkittävää määrää energiaa. Ne ovat vaarallisia käsitellä, koska käyttää korkeaa jännitettä ja voi lähettää säteilyä (neutroneja, gammasäteitä, röntgensäteitä). Fusoreita käytetään kaupallisina neutronilähteinä, esimerkiksi tuotemerkeillä FusionStar ja NSD-Fusion.
Fusorien tärkeimpien ongelmien ratkaisemiseksi on useita projekteja. Alkuperäisessä laitteessa osa ioneista törmää ristikkoihin lämmittäen ne ja saastuttaen plasman raskailla ioneilla. Polywell käyttää magneettikenttiä virtuaalisen elektrodin luomiseen. [7] Toinen projekti käyttää Penning -ansaa elektronien sieppaamiseen . [8] . Kolmas projekti, MARBLE [9] , käyttää sähköstaattista optiikkaa pitämään ionit poissa verkon johtimista.