Исследование физики нелинейных процессов системы “компактный тор”


Просмотр статьи
PDF, 339,7 КБ

Investigation of physics of nonlinear processes in a system called “compact toroid”

Compact toroid (FRC, spheromak) as system for magneto inertial fusion (MIF) or magnetized target fusion (MTF) is demonstrated. Models of FRC equilibrium for such batch burn system are discussed. MIF/ MTF might use advantages of D-T and D-3He fusion products (alpha particles and protons) to burn fuel. High density and temperature plasma is presented and first simple analysis is made. Burn dynamics is not well studied for MTF, where spherical/cylindrical plasma is compressed by guns and magnetic forces. Behaviour of α-particles are very different from conventional fusion systems is considered. This paper contains the analysis and numerical simulations of plasma processes in the target and liner of a compact toroid type of MTF. Presence of alpha particles will have a much weaker effect on plasma stability and transport than in the case of magnetic systems.


Том 9, 2010 год



Компактная система, так называемый компактный тор (КТ) – обращенная магнитная конфигурация (FRC) или сферомак – может быть использована в качестве источника энергии, термоядерного двигателя и инжектируемого плазмоида. Для магнито-инерциального синтеза (MIF) или синтеза замагниченной мишени (MTF) КТ применим в сферической и эллипсоидной конфигурации. При этом возникают вопросы, связанные с неравновесным состоянием и квазистационарным режимом работы установки. Работа посвящена прикладным исследованиям нелинейных процессов и динамики в MIF/ MTF, где высокотемпературная плазма сжимается пушками и удерживается сильным магнитным полем. Эта проблема изучена не досконально, т.к. основная трудность – это моделирование сжатия плазменным лайнером, траекторий альфа частиц и протонов, а также вклада их энергии в мишень и лайнер. Вычислены давление и плотность альфа частиц – продуктов D-T– реакции и области удержания протонов в D-3He–реакции. Обсуждается кинетика и модель равновесия FRC.

физика нелинейных процессов, высокотемпературная плазма, магнитная конфигурация


Том 9, 2010 год



1. 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, edited by E. Panarella: National Research Council of Canada, Ottawa. 1999. 113.
2. Siemon R.E., Turchi P.J., Barnes D.C., et al. Magnetized target fusion: Prospects for low-cost fusion energy // ITC-12. Toki, Japan. 2001.
3. Ryutov D. D., Thio Y.C.F. Plasma liner with an intermediate heavy shell and thermal pressure drive // Fusion Science and Technology. — 2006. — V. 49, №1. — P. 39—55.
4. 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.
5. Drake R.P., et al. // Fusion Technology. — 1996. — V. 30. — P. 310.
6. Siemon R.E., Lindemuth I.R., Schoenberg K.F. // Comments on Plasma Phys. and Contr. Fus. — 1999. — V. 18. — P 363.
7. Ryutov D. D. and Thio Y.C.F. Solving the Stand-off Problem for Magnetized Target Fusion: Plasma Streams as Disposable Electrodes, Together with a Local Spherical Blanket // Journal of Fusion Energy. — 2007. — V. 26, № 1-2. — P. 173-177.
8. 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.
9. Ryzhkov S.V., Khvesyuk V.I., Ivanov A.A. Progress in an alternate confinement system called a FRC // Fusion Science and Technology. — 2003. — V. 43, № 1T. — P. 304—308.
10. Woodruff S. Technical survey of simply connected compact tori (CTs): Spheromaks, FRCs and compression schemes // Journal of Fusion Energy. — 2008. — V. 27. — P. 134-148.
11. Черемных О.К. О движении вихревых колец в несжимаемой среде // Межд. конференция-школа по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу. Алушта. 2008.
12. Gavrikov M.B., Savelyev V.V. 2D steady-state plasma flows in two fluids MHD with non-zero electron inertia // Int. Conference-School on Plasma Physics and Controlled Fusion. Alushta. 2008.
13. Yamada M., Ji H., Hsu S., et al. Study of driven magnetic reconnection in a laboratory plasma // Phys. Plasmas. — 1997. — V. 4. — P. 1936-1944.
14. Cothran C.D., Falk A., Fefferman A., et al. Spheromak merging and field reversed configuration formation at the Swarthmore Spheromak Experiment // Phys. Plasmas. — 2003. — V. 10, № 5. — P. 1748—1754.
15. Intrator T.P., Siemon R.E., and Sieck P.E. Adiabatic model and design of a translating field reversed configuration // Physics of plasmas. — 2008. — V. 15. — P. 042505.
16. Turchi P.J. Imploding liner compression of plasma: Concepts and issues // IEEE Trans. Plasma Sci. — 2008. — V.
36. — P. 52—61.
17. Santarius J.F., Plasma-jet magnetized target fusion burn dynamics // APS DPP Meeting. Philadelphia, USA. 2006.
18. Thio Y.C.F., Knapp C.E., Kirkpatrick R.C., Physics exploratory experiment on plasma liner formation // Journal of Fusion Energy. — 2001. — V. 20. — P. 1—11.
19. Соловьев Л.С. Гидромагнитная устойчивость замкнутых плазменных конфигураций // Вопросы теории плаз- мы. Вып. 6. М.: Атомиздат. 1972. С. 210 — 290.
20. Ламб Г. Гидродинамика. Перевод с 6 англ. изд. Л.: ОГИЗ, 1947. 929 с.
21. Hill M.J. On a spherical vortex // Philos. Trans. R. Soc. Ser. A. — 1894. — Pt.1, C/XXXV. - P. 213—245.
22. Steinhauer L.C. Improved analytic equilibrium for a fieldreversed configuration // Phys. Fluids. — 1990. — V. B 2, №
12. — P. 3081—3085.
23. Брагинский С.И. Явления переноса в плазме // Вопросы теории плазмы. Вып. 1. М.: Госатомиздат, 1963. С. 183−272.
24. Ryutov D. D. Alpha particles play a relatively minor role in magnetized target fusion systems // Fusion Science and Technology. — 2002. — V. 41. — P. 88—91.
25. Ryzhkov S.V., Features of formation, confinement and stability of the field reversed configuration // Problems of Atomic Science and Technology. — 2002. — № 4. Series: Plasma Physics (7). — P. 73−75.