Численное моделирование отдельных теплофизических параметров магнитно-инерциальной плазмы


Просмотр статьи
PDF, 839,8 КБ

Numerical modeling of the separate thermal-physical parameters for magneto-inertial plasma

The elaboration of model for compression spherically symmetric magnetized plasma (target) by plasma jets/guns (plasma injectors) for intermediate approach between Magnetically Confined Fusion (MСF) and Inertial Confinement Fusion (ICF) - Magneto-Inertial Fusion (MIF) has begun. Calculation of processes in a target of compact torus using the plasma driver is based on power balance. Field-Reversed Configuration (FRC) compressed by plasma liner is nu-merically analyzed and some results (the specific power of the compression work, the α–particle deposition power, the electron thermal conduction, and the radiation power) of such modeling are presented.


Том 11, 2011 год



В работе предлагается в импульсной термоядерной системе использовать в качестве мишени магнитные кон-фигурации компактный тороид (ОМАК или FRC) и комбинированный компактный тор (сферомак). Обе системы имеют высокое бета (отношение давления плазмы к давлению магнитного поля), но первая имеет чисто полоидальное магнитное поле, а вторая сопоставимые по величине полоидальное и тороидальное поля. Моделируется физика плазменного ударника или плазменных струй (лайнера), который используется для адиабатического сжатия замагниченной плазмы (мишени) вместо металлического лайнера. Предлагается использовать магнитное поле для генерации тока, протекающего в небольших внешних катушках, окружающих мишень. В течение обжатия магнитный поток вместе с высокотемпературной проводящей плазмой вморожен внутри горячей области. После того, как плазма сжата, поток сжимается до нескольких тысяч тесла. Это так называемая концепция МИТС с большим выходом энергии (высокий коэффициент усиления), что имеет прикладное значение не только для MTF/МАГО, но и для освоения космоса. Рассмотрены процессы, протекающие в системе с плазменным лайнером, и представлены расчеты основных параметров, входящих в баланс мощностей и вносящих основной вклад в энергетику и физику плазмы, т.к. характеристики магнитной конфигурации могут существенно влиять на удержание плазменного ядра и соответственно на энергетические данные системы. Начата разработка модели плазменного сжатия сферической термоядерной мишени на основе конфигурации FRC с затравочным магнитным полем

численное моделирование, магнитное поле, плазменный лайнер


Том 11, 2011 год



1. Lindemuth I.R., Kirkpatrick R.C. Parameter Space for Magnetized Fuel Targets in Inertial Confinement Fusion // Nu-clear Fusion. — 1983. — V. 23. —P. 263−284.
2. Garanin S.F., Mamyshev V.I., Yakubov V.B. The MAGO system: current status // IEEE Trans. Plasma Sci. — 2006. — V. 26, № 4. — P. 2273−2278.
3. Hasegawa A., Daido H., Fujita M. et al. Magnetically insulated inertial fusion: a new approach to controlled thermo-nuclear fusion // Phys. Rev. Lett. — 1986. — V. 56, № 2. — P. 139−142.
4. Thio Y.C.F. Magneto-inertial fusion: An emerging concept for inertial fusion and dense plasmas in ultrahigh magnetic fields // Paper presented at the Fifth International Conference in Inertial Fusion Science and Applications, Kobe, Japan, September 2007. http://www.science.doe.gov/ofes/HEDLP-Thio/MIF_and_Dense_Plasmas_in_UHB_Fina_v1.pdf
5. Ryzhkov S.V., Kostyukov I.Yu. Plasma dynamics in laser-driven magneto-inertial fusion // Contributed Papers VI Int. Conf. on Plasma Physics and Plasma Technology (PPPT-6). Minsk. 2009. — V. I. — P. 204−207.
6. Термоядерная система прямой зет-пинч-лайнер / С.Г. Алиханов, В.П. Бахтин, И.С. Глушков и др. // Доклады Всесоюзной конференции по инженерным проблемам термоядерных реакторов. 1977. Л.: НИИЭФА. Т. 2. С. 77−84.
7. Куртмуллаев Р.Х., Малютин А.И., Семенов В.Н. Компактный тор // Итоги науки и техники. Физика плазмы. М.: ВИНИТИ, 1985. Т. 7. С. 80−135.
8. Богомолов Г.Д., Великович А.Л., Либерман М.А. О генерации импульсных мегагауссных полей сжатием цилиндрического лайнера // Письма в ЖТФ. Т. 9. №12. 1983. С. 748−751.
9. Термоядерная электростанция на основе реактора с частично испаряющимся лайнером / И.М. Артюгина, В.А. Желтов, А.В. Комин и др. // ВАНТ. Сер.: Термоядерный синтез. 1979. В. 1(3). С. 62−71.
10. О возможности создания мегагауссных магнитных полей с помощью лайнера, сжимаемого газом высокого давления / Е.П. Велихов, А.А. Веденов, А.Д. Богданец и др. // ЖТФ. 1973. Т. 43. № 2. С. 429−437.
11. Thio Y.C.F., Panarella E., Kirkpatrick R.C. et al. Magnetized target fusion in a spherical geometry with standoff drivers // Current Trends in International Fusion Research: Proceedings of the Second Symposium. 1999. P. 113−134.
12. Turchi P.J., Cooper A.L., Ford R. et al. Rotational stabilization of an imploding liquid cylinder // Physical Review Letters. — 1976. — Vol. 36. — P. 1546−1549.
13. Buyko A.M., Chernyshev V.K., Demidov V.A. et al. // Di-gest of Technical Papers: Proc. IX IEEE International Pulsed Power Conf. Edited by K. Prestwich and W. Baker, New York: IEEE. — 1993. — V. 1. — P. 156.
14. Тэрки П.Дж. Термоядерные системы на основе θ–пинчей со сжимающимся лайнером // Прикладная меха-ника и техническая физика. 1975. Т. 4. С. 32−44.
15. Thio Y.C.F., Knapp C.E., Kirkpatrick R.C., et al. // Physics exploratory experiment on plasma liner formation. — Journal of Fusion Energy. — 2001. — V. 20. — P. 1−11; http://wsx.lanl.gov/Plasma-Jet-Workshop-08/workshop-talks.html.
16. Gotchev O.V., Chang P.Y., Knauer J.P. et al. Laser-driven magnetic-flux compression in high-energy-density plasmas // Phys. Rev. Lett. — 2009. — V. 103. — 215004.
17. Костюков И.Ю., Рыжков С.В. Термоядерный реактор, основанный на принципе синтеза замагниченной мишени // Труды Научно-технической конференции «Проблемы термоядерной энергетики и плазменные технологии». МЭИ (ТУ) 17-18 сентября 2009. С. 95−98.
18. Wurden G.A. Status and promise of CT's and magnetized target fusion // Fusion Power Associates. Germantown. Dec. 13, 2004. http://fire.pppl.gov/fpa04_wurden.pdf.
19. Рыжков С.В. Исследование физики нелинейных процессов системы “компактный тор” // Сборник научных трудов 2-й Всероссийской школы-семинара “Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем”. 2-3 декабря 2008. ИПМех РАН, 2009. С. 134−141; Рыжков С.В. // Исследование физики нелинейных процессов системы “компактный тор”. Физико-химическая кинетика в газовой динамике 2010. Т. 10. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-018.pdf
20. Witherspoon F.D., Case A., Phillips M.W. Dense hyperve-locity plasma jets // 48 Annual APS DPP Meeting. — Phila-delphia, Pennsylvania. — October 30–November 3, 2006.
21. Сорокин С.А. Генерация сильного магнитного поля внутри диэлектрической трубки // Журнал технической физики 2009. Т. 79. Вып. 6. С. 43—47.
22. Kirkpatrick R.C., Lindemuth I.R., Ward M.S. Magnetized target fusion: an overview // Fusion Technology. — 1995. — V. 27. — P. 201−214.
23. Ryzhkov S.V., Khvesyuk V.I., Ivanov A.A. Progress in an alternate confinement system called a FRC // Fusion Science and Technology. — 2003. — Vol. 43, № 1T. — P. 304—308.
24. Соловьев Л.С. Гидромагнитная устойчивость замкнутых плазменных конфигураций // Вопросы теории плазмы. Вып. 6. М.: Атомиздат, 1972. С. 210−290.
25. Hill М.J. On a spherical vortex // Philos. Trans. R. Soc. Ser. A. 1894. Pt.1, C/XXXV. P. 213—245.
26. Steinhauer L.C. Improved analytic equilibrium for a field-reversed configuration // Phys. Fluids. − 1990. V. B2, № 12. — P. 3081−3085.
27. Galkin S.A., Bogatu I.N., Kim J.S., Sotnikov V.I. Analysis of instabilities in merging plasma jets // APS 50th Annual Meeting of the DPP. — Dallas, Texas. — November 17−21, 2008.
28. Куртмуллаев Р.Х., Семенов В.Н., Хвесюк В.И., Яминский А.В. Динамика лайнерных систем // Плазменные ускорители и ионные инжекторы. М.: Наука, 1984. С. 250—263.
29. Bruno S. Magneto-inertial fusion and magnetized HED phys-ics // Workshop on Scientific Opportunities in High Energy Density Plasma Physics. Washington DC, 2008. http://fsc.lle.rochester.edu/pub/HEDLP/presentations/Bauer.pdf
30. Ponchaut N.F., Hornung H.G., Pullin D.I. and Mouton C.A. On imploding cylindrical and spherical shock waves in a perfect gas // Journal of Fluid Mechanics. — V. 560. — 2006. — P. 103−122.
31. Pfalzner S. An introduction to inertial confinement fusion // CRC Press, 2006. 244 p.
32. Ryutov D.D., Barnes D.C., Bauer B.S. et al. Particle and heat transport in a dense wall-confined MTF plasma (theory and simulations) // Nucl. Fusion − 2003. V. 43. P. 955−960.
33. Svensson R. Electron-positron pair equilibria in relativistic plasmas // Astro. Phys. J. — 1982. — V. 258. — P. 335−348.
34. Ryzhkov S.V. Alternative fusion reactors as commercial power plants // Journal of Plasma and Fusion Science Series. — 2009. — V. 8. — P. 35—38.
35. Intrator T. MTF users perspective: what is needed from a compression scheme // Plasma Jet Workshop. LANL, 2008. http://wsx.lanl.gov/Plasma-Jet-Workshop-08/intrator.pdf
36. Франк-Каменецкий Д.А. // Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1968. 287 с.
37. Atzeni S., Meyer-Ter-Vehn J. The physics of inertial fusion // Oxford press, 2004. — 484 p.
38. Брагинский С.И. Явления переноса в плазме // Вопросы теории плазмы. Под ред. М.А. Леонтовича. Вып. 1. М.: Госатомиздат, 1963. С. 183—272.
39. Крохин О.Н., Розанов В.Б. Уход альфа-частиц из термоядерной реакции, инициированной лазерным импульсом // Квантовая электроника. Т. 2. 1973. С. 393−394.