Накопление, нагрев и удержание плазмы в однощелевой электромагнитной ловушке при электронной инжекции

• Автор: Маслов, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 122 c. : ил

ОГЛАШЕНИЕ

ГЛАВА I. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЛОВУШКА "ЮПИТЕР 1М"
1.1. Экспериментальная установка
1.2. Методы измерения параметров плазмы
ГЛАВА 2. ИНЖЕКЦИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В ЛОВУШКУ
2.1. Область разрешенного движения инжектированных электронов
2.2. Накопление инжектированных электронов
ГЛАВА 3. НАКОПЛЕНИЕ, НАГРЕВ И УДЕРЖАНИЕ ПЛАЗМЫ В
ЛОВУШКЕ
3.1. Изменение параметров плазмы во времени
3.2. Пространственное распределение параметров плазмы
3.3. Функциональные зависимости параметров плазмы от внешних параметров. Потери ионов из ловушки
3.4. Изменение потенциала плазмы и энергетического спектра ионов при импульсном открывании кольцевой щели
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Основные физические процессы в ловушке
4.2. Функциональные зависимости. Сравнение экспериментальных и расчетных зависимостей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Одной из важнейших задач в проблеме управляемого термоядерного синтеза является обеспечение длительного удержания высокотемпературной плазмы в ограниченном объеме.
В результате многолетних исследований в области физики высокотемпературной плазмы и управляемого синтеза опре -делилось несколько наиболее перспективных направлений, одно из которых - открытые магнитные ловушки. Эти ловушки обладают рядом достоинств: высоким допустимым отношением давления плазмы к давлению магнитного поля, магнитогидродинамической устойчивостью плазмы (в системах с "минимумом В"), возможностью работы в стационарном режиме и относительной конструктивной простотой. Вместе с тем, открытые ловушки имеют крупный недостаток: малое время жизни плазмы из-за больших ее потерь вдоль магнитных силовых линий, в магнитные щели ловушки. Снижение этих потерь позволило бы рассматривать открытые ловушки как систему, альтернативную токамакам и етеллараторам.
Для уменьшения этих потерь 0.А.Лаврентьевым в начале 60-х годов был предложен способ электростатического запирания магнитных щелей [1-3], который состоит в следующем. В области магнитной щели поток заряженных частиц ограничивается в поперечном направлении заземленными электродами, а за щелью поток перекрывается отрицательно заряженным электродом (или системой электродов). При достаточно высоком отрицательном потенциале электроны отражаются от этого электрода (отрицательного потенциального барьера) обратно в ловушку, так что единственным каналом потерь электронов из ловушки остается их диффузия через магнитное поле

результате этого время жизни электронов значительно возрастает, в ловушке накапливается отрицательный объемный заряд и плазма приобретает отрицательный электростатический потенциал^ . Ионы выходят из ловушки через магнитные щели (на отрицательно заряженные электроды), но для выравнивания скорости потерь электронов и ионов в магнитных щелях автоматически устанавливаются положительные (амбиполярные) потенциальные барьеры, уменьшающие потери ионов из ловушки. Однако для установления такого ямообразного распределения электростатического потенциала необходимо, чтобы поперечный размер потока частиц в щели не был значительно больше деба-евского радиуса экранирования. В противном случае, при большей ширине потока, барьер не возникает из-за большого провисания потенциала в щели, и ионы выходят из ловушки без замедления. Необходимое условие малости поперечного размера магнитных щелей наиболее легко может быть выполнено для различных остроугольных геометрий магнитного поля, создаваемых системой проводников с противоположным направлением тока в соседних проводниках (в антипробкотронах, мультиполях). Такая комбинация остроугольного магнитного поля с электростатическим запиранием магнитных щелей получила название "электромагнитной ловушки".
Таким образом, в электромагнитной ловушке электронная компонента плазмы удерживается внешними магнитным и электростатическим полями, а ионная компонента - электростатическим полем объемного .заряда нескомпенсированных электронов. При этом время жизни плазмы в ловушке определяется
Х^В открытой ловушке плазма, наоборот приобретает положительный потенциал, чтобы замедлить выход из ловушки электронов.

Рис. 14. Осциллограммы электронного тока инжекции Зе (I) токов диффузии электронов (2), 3£ (3) - на ближайшую к пушке и противоположную осевые вставки, ионных токов 3^ (4), 3;0 (5), выходящих в кольцевую
щель и осевое отверстие