Lustro magnetyczne - Magnetic mirror

To pokazuje podstawową maszynę zwierciadła magnetycznego, w tym ruch naładowanej cząstki. Pierścienie w środku rozciągają obszar ograniczenia w poziomie, ale nie są bezwzględnie potrzebne i nie występują w wielu maszynach lustrzanych.

Lustro magnetyczne , znany jako pułapkę magnetyczną (магнитный захват) w Rosji i na krótko jako pyrotron w Stanach Zjednoczonych, jest rodzajem urządzenia magnetycznego zamknięcia stosowanego w energii termojądrowej do pułapka wysokiej temperatury plazmy przy użyciu pól magnetycznych . Lustro było jednym z najwcześniejszych głównych podejść do energii syntezy jądrowej, wraz ze stellaratorami i maszynami typu Z-pinch .

W klasycznym lustrze magnetycznym konfiguracja elektromagnesów jest używana do tworzenia obszaru o rosnącej gęstości linii pola magnetycznego na każdym końcu obszaru zamknięcia. Cząsteczki zbliżające się do końców doświadczają rosnącej siły, która w końcu powoduje ich zmianę kierunku i powrót do obszaru odosobnienia. Ten efekt lustra wystąpi tylko w przypadku cząstek o ograniczonym zakresie prędkości i kątów zbliżenia, te poza limitami uciekną, powodując, że lustra są z natury „nieszczelne”.

Analiza wczesnych urządzeń termojądrowych przeprowadzona przez Edwarda Tellera wykazała, że ​​podstawowa koncepcja lustra jest z natury niestabilna. W 1960 r. radzieccy badacze wprowadzili nową konfigurację „minimum B”, aby rozwiązać ten problem, która została następnie zmodyfikowana przez naukowców brytyjskich w układ „cewki baseballowej”, a przez USA w układ „magnes yin-yang”. Każde z tych wprowadzeń prowadziło do dalszego wzrostu wydajności, tłumienia różnych niestabilności, ale wymagało coraz większych systemów magnetycznych. Lustro tandem koncepcja, opracowana w Stanach Zjednoczonych i Rosji w tym samym czasie, zaproponowano sposób, aby pozytywna energię maszyn bez konieczności ogromnych magnesów i pobór mocy.

Pod koniec lat siedemdziesiątych wiele problemów projektowych uznano za rozwiązanych, a Lawrence Livermore Laboratory rozpoczęło projektowanie obiektu Mirror Fusion Test Facility (MFTF) w oparciu o te koncepcje. Maszyna została ukończona w 1986 roku, ale do tego czasu eksperymenty na mniejszym Eksperymencie Tandem Mirror ujawniły nowe problemy. W serii cięć budżetowych MFTF został odłożony na mole i ostatecznie złomowany. Koncepcja reaktora termojądrowego, zwana torusem Bumpy'ego, wykorzystywała szereg luster magnetycznych połączonych w pierścień. Był on badany w Narodowym Laboratorium Oak Ridge do 1986 roku. Od tego czasu podejście zwierciadlane było mniej rozwinięte na korzyść tokamaka , ale badania zwierciadlane trwają do dziś w krajach takich jak Japonia i Rosja.

Historia

Wczesna praca

Urządzenie Q-cumber Lawerence'a Livermore'a, widziane w 1955 roku, kiedy było jeszcze sklasyfikowane. Jako jeden z pierwszych wyraźnie zademonstrował odosobnienie za pomocą efektu lustra.

Koncepcja uwięzienia w plazmie zwierciadła magnetycznego została zaproponowana na początku lat pięćdziesiątych niezależnie przez Gersha Budkera z Instytutu Kurchatowa w Rosji i Richarda F. Posta z Lawrence Livermore National Laboratory w USA.

Wraz z utworzeniem Project Sherwood w 1951 r. Post rozpoczął opracowywanie małego urządzenia do testowania konfiguracji lustra. Składał się on z liniowej rury Pyrex z magnesami na zewnątrz. Magnesy były rozmieszczone w dwóch zestawach, jeden zestaw małych magnesów rozmieszczonych równomiernie na całej długości tuby, a drugi para znacznie większych magnesów na każdym końcu. W 1952 roku byli w stanie zademonstrować, że plazma w rurze była ograniczona przez znacznie dłuższy czas, gdy magnesy lustrzane na końcu zostały włączone. W tym czasie nazywał to urządzenie „pirotronem”, ale nazwa ta nie przyjęła się.

Niestabilności

W słynnej już rozmowie na temat syntezy jądrowej w 1954 roku Edward Teller zauważył, że każde urządzenie z wypukłymi liniami pola magnetycznego byłoby prawdopodobnie niestabilne, problem znany dziś jako niestabilność fletu . Lustro ma właśnie taką konfigurację; pole magnetyczne było mocno wypukłe na końcach, gdzie natężenie pola wzrastało. Wywołało to poważne obawy Posta, ale przez następny rok jego zespół nie mógł znaleźć żadnych oznak tych problemów. W październiku 1955 posunął się do stwierdzenia, że ​​„teraz staje się jasne, że w przypadku maszyny lustrzanej przynajmniej te obliczenia nie mają zastosowania w szczegółach”.

W Rosji pierwsze lustro na małą skalę („probkotron”) zbudowano w 1959 r. w Instytucie Fizyki Jądrowej Budkera w Nowosybirsku w Rosji. Natychmiast dostrzegli problem, przed którym ostrzegał Teller. Doprowadziło to do zagadki, ponieważ amerykańskie zespoły podległe Post nadal nie miały żadnych dowodów na takie problemy. W 1960 roku Post i Marshall Rosenbluth opublikowali raport „dostarczający dowodów na istnienie ograniczonej stabilności plazmy… gdzie najprostsza teoria hydromagnetyczna przewiduje niestabilność”.

Na spotkaniu na temat fizyki plazmy w Saltzbergu w 1961 r. delegacja radziecka przedstawiła znaczne dane wskazujące na niestabilność, podczas gdy zespoły amerykańskie nadal nie wykazały żadnych. Sprawę rozstrzygnęło bezceremonialne pytanie Lwa Artsimowicza ; kiedy zapytał, czy wykresy tworzone z przyrządów w maszynach amerykańskich zostały dostosowane do dobrze znanego opóźnienia w wyjściu używanych detektorów, nagle stało się jasne, że pozorna stabilność 1 ms była w rzeczywistości równa 1 ms opóźnienie w pomiarach. Post został zmuszony do konkluzji: „nie mamy teraz ani jednego eksperymentalnego faktu wskazującego na długie i stabilne utrzymywanie plazmy z gorącymi jonami w prostej geometrii lustra magnetycznego”.

Nowe geometrie

Baseball II był nadprzewodzącą wersją konstrukcji cewki baseballowej, widzianej tutaj w 1969 roku podczas budowy.

Eksperyment z 2x magnetyczną butelką z 1978 roku. Na zdjęciu Fred Coensgen. W cylindrze mieści się jeden komplet wtryskiwaczy z wiązką neutralną, samo lusterko nie jest widoczne.

Kwestia potencjalnych niestabilności była rozważana w terenie od dłuższego czasu i wprowadzono szereg możliwych rozwiązań. Generalnie działały one poprzez zmianę kształtu pola magnetycznego tak, aby było wszędzie wklęsłe, w tak zwanej konfiguracji "minimum-B".

Na tym samym spotkaniu w 1961 r. Michaił Ioffe przedstawił dane z eksperymentu minimum B. Jego projekt wykorzystywał serię sześciu dodatkowych prętów przewodzących prąd we wnętrzu typowego lustra, aby wygiąć plazmę w kształt skręconej muszki, aby uzyskać konfigurację minimum B. Wykazali, że znacznie poprawiło to czasy uwięzienia do rzędu milisekund. Dziś ten układ znany jest jako „bary Ioffe”.

Grupa z Culham Center for Fusion Energy zauważyła, że ​​układ Ioffe można poprawić, łącząc oryginalne pierścienie i pręty w jeden nowy układ podobny do szwu na piłce tenisowej. Ta koncepcja została podjęta w Stanach Zjednoczonych, gdzie zmieniono jej nazwę po szwach na baseballu. Te „cewki baseballowe” miały tę wielką zaletę, że pozostawiały otwartą wewnętrzną objętość reaktora, umożliwiając łatwy dostęp do instrumentów diagnostycznych. Z drugiej strony wielkość magnesu w porównaniu z objętością plazmy była niewygodna i wymagała bardzo silnych magnesów. Post później wprowadził kolejne ulepszenie, „cewki yin-yang”, które wykorzystywały dwa magnesy w kształcie litery C do wytworzenia tej samej konfiguracji pola, ale w mniejszej objętości.

W USA trwały poważne zmiany w programie syntezy jądrowej. Robert Hirsch i jego asystent Stephen O. Dean byli podekscytowani ogromnym postępem wydajności radzieckich tokamaków , co sugerowało, że produkcja energii stała się teraz realną możliwością. Hirsch zaczął zmieniać program z tego, z którego wyśmiewał się jako seria nieskoordynowanych eksperymentów naukowych, w zaplanowany wysiłek, aby ostatecznie osiągnąć próg rentowności . W ramach tej zmiany zaczął domagać się, aby obecne systemy wykazywały rzeczywisty postęp lub zostałyby anulowane. Wyboista torus , Levitron i Astron były opuszczone, nie bez walki.

Dean spotkał się z zespołem Livermore i wyjaśnił, że Astron prawdopodobnie zostanie przecięty, a lustra muszą zostać ulepszone lub cięte twarzą, co pozostawiłoby laboratorium bez większych projektów fuzji. W grudniu 1972 Dean spotkał się z zespołem lustrzanym i przedstawił szereg żądań; ich systemy musiałyby wykazać wartość nT wynoszącą 10 ¹² , w porównaniu z obecnie najlepszą liczbą na 2XII wynoszącą 8x10 ⁹ . Po znacznym zaniepokojeniu badaczy, że byłoby to niemożliwe, Dean wycofał się z wykazania 10 ¹¹ pod koniec 1975 roku.

DCLC

Chociaż 2XII nie zbliżało się do poziomu wymaganego przez wymagania Deana, niemniej jednak było niezwykle skuteczne w wykazaniu, że układ yin-yang jest wykonalny i tłumił główne niestabilności widoczne we wcześniejszych lustrach. Jednak w miarę jak eksperymenty trwały do ​​1973 r., wyniki nie poprawiły się zgodnie z oczekiwaniami. Pojawiły się plany brutalnego wymuszenia wydajności poprzez dodanie wstrzykiwania wiązki neutralnej, aby szybko podnieść temperaturę w celu osiągnięcia warunków Deana. Wynik to 2XIIB, B dla "belek".

Kiedy budowano 2XIIB, w listopadzie 1974 Fowler otrzymał list od Ioffe zawierający serię zdjęć śladów oscyloskopowych bez żadnego innego wyjaśnienia. Fowler zdał sobie sprawę, że zademonstrowali, że wstrzyknięcie ciepłej plazmy podczas biegu poprawiło odosobnienie. Wydaje się, że jest to spowodowane długo oczekiwaną niestabilnością, znaną jako „dryft-cyclotron loss-cone” lub DCLC. Fotografie Ioffe pokazały, że DCLC był obserwowany w sowieckich reaktorach i że ciepła plazma wydawała się go stabilizować.

Reaktor 2XIIB rozpoczął prawdziwe eksperymenty w 1975 roku i natychmiast zaobserwowano znaczący DCLC. Irytująco, efekt narastał, ponieważ poprawiły się warunki pracy dzięki lepszemu odkurzaniu i sprzątaniu wnętrza. Fowler zauważył, że osiągi były identyczne jak na zdjęciach Ioffe, a 2XIIB został zmodyfikowany, aby wstrzykiwać ciepłą plazmę w środku biegu. Gdy wyniki były widoczne, opisywano je jako „światło słoneczne przedzierało się przez chmury i była szansa, że ​​wszystko będzie w porządku”.

Q-enhancement i lusterka tandem

Eksperyment Tandem Mirror (TMX) w 1979 roku. Jedno z dwóch luster yin-yang można zobaczyć odsłonięte na końcu bliżej kamery.

W lipcu 1975 r. zespół 2XIIB przedstawił swoje wyniki dla nT przy 7x10 ¹⁰ , o rząd wielkości lepszym niż 2XII i wystarczająco zbliżonym do wymagań Deana. W tym czasie Princeton Large Torus pojawił się w Internecie i ustanawiał rekord za rekordem, co skłoniło Hirscha do planowania jeszcze większych maszyn na początku lat 80. z wyraźnym celem osiągnięcia progu rentowności , czyli Q =1. Stało się to znane jako Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR), którego celem było działanie na deuterze - paliwie trytu i osiągnięcie Q =1, podczas gdy przyszłe maszyny miałyby Q >10.

Z najnowszymi wynikami na 2XIIB okazało się, że większy projekt yin-yang również poprawiłby wydajność. Jednak obliczenia wykazały, że osiągnie on tylko Q =0,03. Nawet najbardziej rozwinięte wersje podstawowej koncepcji, z przeciekiem na absolutnej dolnej granicy dozwolonej przez teorię, mogły osiągnąć tylko Q = 1,2. To sprawiło, że te projekty były w dużej mierze bezużyteczne do produkcji energii, a Hirsch zażądał ulepszenia tego, jeśli program miałby być kontynuowany. Ten problem stał się znany jako „Q-enhancement”.

W marcu 1976 r. zespół Livermore zdecydował o zorganizowaniu grupy roboczej na temat Q-enhancement na międzynarodowym spotkaniu w sprawie syntezy jądrowej w październiku 1976 r. w Niemczech. W weekend 4 lipca Fowler i Post wpadli na pomysł zwierciadła tandemowego, systemu składającego się z dwóch luster na każdym końcu dużej komory, w której znajdowały się duże ilości paliwa fuzyjnego przy niższym ciśnieniu magnetycznym. Powrócili do LLNL w poniedziałek i odkryli, że pomysł został opracowany niezależnie przez fizyka, Granta Logana. Przywieźli dalej rozwinięte wersje tych pomysłów do Niemiec, aby znaleźć sowieckiego badacza proponującego dokładnie to samo rozwiązanie.

Po powrocie ze spotkania Dean spotkał się z zespołem i postanowił zamknąć system Baseball II i skierować jego finansowanie na projekt tandemowych luster. Powstało to jako Tandem Mirror Experiment lub TMX. Ostateczny projekt został przedstawiony i zatwierdzony w styczniu 1977 roku. Budowa największego wówczas eksperymentu w Livermore została ukończona w październiku 1978 roku. Do lipca 1979 roku eksperymenty wykazały, że TMX działa zgodnie z oczekiwaniami.

Bariery termiczne i MFTF

Jeszcze zanim pojawiła się koncepcja lustra tandemowego, Departament Energii zgodził się sfinansować budowę znacznie większego lustra, znanego jako Mirror Fusion Test Facility lub MFTF. W tamtym czasie plan MFTF miał być po prostu największym magnesem yin-yang, który ktokolwiek mógłby wymyślić, jak zbudować. Wraz z sukcesem koncepcji TMX, projekt został zmodyfikowany, aby stać się MFTF-B, wykorzystując dwa największe magnesy yin-yang, które każdy mógł wymyślić, jak zbudować w ogromnej konfiguracji tandem. Celem było spotkanie Q =5. Pod koniec 1978 roku, kiedy zespoły zaczęły faktycznie rozważać etapy zwiększania skali TMX, stało się jasne, że po prostu nie osiągnie wymaganych celów. W styczniu 1979 roku Fowler przerwał prace, stwierdzając, że trzeba będzie znaleźć jakąś poprawę.

Podczas eksperymentów na TMX, ku zaskoczeniu wszystkich, okazało się, że prawo wprowadzone przez Lymana Spitzera w latach pięćdziesiątych nie było w mocy; przynajmniej w TMX, elektrony na każdej pojedynczej linii magnetycznej okazały się mieć wiele różnych prędkości, co było całkowicie nieoczekiwane. Dalsze prace Johna Clausera wykazały, że było to spowodowane wtryskiem ciepłej plazmy, stosowanym do tłumienia DCLC. Logan wziął te wyniki i wykorzystał je, aby wymyślić zupełnie nowy sposób na ograniczenie plazmy; dzięki starannemu rozmieszczeniu tych elektronów można by wytworzyć obszar z dużą liczbą „chłodnych” elektronów, które przyciągałyby dodatnio naładowane jony. Dave Baldwin wykazał następnie, że można to wzmocnić dzięki neutralnym wiązkom. Fowler określił wynik jako „barierę termiczną”, ponieważ cieplejsze paliwo zostało odepchnięte z tych regionów. Wyglądało na to, że jest w stanie utrzymać zamknięcie, zużywając znacznie mniej energii niż sama koncepcja TMX.

Wynik ten sugerował, że MFTF nie tylko spełniłby arbitralne Q =5, ale uczyniłby z niego prawdziwego konkurenta dla tokamaków, które obiecywały znacznie wyższe wartości Q. Fowler rozpoczął projektowanie kolejnej wersji MFTF, wciąż nazywanej MFTF-B, opartej na koncepcji bariery termicznej. laboratorium zdecydowało, że powinni rozpocząć budowę, nie mając żadnych eksperymentalnych dowodów na to, że koncepcja zadziałała, aby uzyskać konkurencyjną maszynę mniej więcej w tym samym czasie co TFTR. Podczas budowy tej ogromnej maszyny TMX został zmodyfikowany, aby przetestować koncepcję.

28 stycznia 1980 roku Fowler i jego zespół przedstawili swoje wyniki Departamentowi Energii. Demonstrując, że TMX zadziałał i uzbrojony w dodatkowe dane z ZSRR, a także symulacje komputerowe, przedstawili plan rozpoczęcia budowy MFTF o wartości 226 mln USD, jednocześnie modernizując TMX, aby dodać bariery termiczne w TMX-U o wartości 14 mln USD. Propozycja została przyjęta i rozpoczęto budowę obu systemów, a TMX zamknięto we wrześniu 1980 roku w celu przebudowy.

TMX-U zawodzi, MFTF jest na mokro

TMX-U rozpoczął eksperymenty w lipcu 1982 r., kiedy to części MFTF wielkości Boeinga 747 były instalowane w budynku 431. Jednak gdy próbowali zwiększyć gęstość plazmy do wartości, które byłyby potrzebne dla MFTF, odkryli, że plazma wydostająca się z centralnego zbiornika pokonała bariery termiczne. Nie było oczywistego powodu, by sądzić, że to samo nie wydarzy się w przypadku MFTF. Gdyby stawki obserwowane w TMX-U były typowe, nie było mowy, aby MFTF choć trochę zbliżył się do swoich celów Q.

Budowa na MFTF, już przewidziana w budżecie, była kontynuowana, a system został oficjalnie uznany za ukończony 21 lutego 1986 r., za ostateczną cenę 372 mln USD. Dziękując zespołowi za wkład w budowę systemu, nowy dyrektor DOE, John Clarke, ogłosił również, że nie będzie funduszy na jego uruchomienie. Clarke ubolewał później, że decyzja o anulowaniu projektu była bardzo trudna: „Byłoby o wiele łatwiej, gdybym miał techniczną awarię, na którą mógłbym wskazać”.

Był niewykorzystany przez kilka lat, bez szans na zapewnienie finansowania operacyjnego. Nigdy tak nie było, a maszyna została ostatecznie złomowana w 1987 roku. DOE obniżył również finansowanie większości innych programów lustrzanych.

Po 1986

Badania zwierciadeł magnetycznych kontynuowano w Rosji, jednym z nowoczesnych przykładów jest Gas Dynamic Trap , eksperymentalna maszyna do syntezy jądrowej używana w Instytucie Fizyki Jądrowej Budkera w Akademgorodok w Rosji. Ta maszyna osiągnęła współczynnik beta 0,6 przez 5E-3 sekundy, w niskiej temperaturze 1 KeV.

Koncepcja wiązała się z szeregiem wyzwań technicznych, w tym z zachowaniem nieMaxwellowskiego rozkładu prędkości. Oznaczało to, że zamiast wielu jonów o wysokiej energii uderzających o siebie, energia jonów rozłożyła się w krzywą dzwonową. Jony następnie uległy termicznej, pozostawiając większość materiału zbyt zimną do stopienia. Zderzenia również rozproszyły naładowane cząstki do tego stopnia, że ​​nie dało się ich powstrzymać. Wreszcie niestabilności przestrzeni prędkości przyczyniły się do ucieczki plazmy .

Zwierciadła magnetyczne odgrywają ważną rolę w innych typach urządzeń wykorzystujących energię fuzji magnetycznej , takich jak tokamaki , w których toroidalne pole magnetyczne jest silniejsze po wewnętrznej stronie niż po zewnętrznej. Wynikające z tego efekty są znane jako neoklasyczne . Lustra magnetyczne występują również w przyrodzie. Na przykład elektrony i jony w magnetosferze będą odbijać się tam i z powrotem między silniejszymi polami na biegunach, prowadząc do pasów promieniowania Van Allena .

Wyprowadzenie matematyczne

Efekt lustra można pokazać matematycznie. Załóżmy adiabatyczną niezmienność momentu magnetycznego , to znaczy, że moment magnetyczny i całkowita energia cząstki nie ulegają zmianie. Niezmienność adiabatyczna jest tracona, gdy cząstka zajmuje punkt zerowy lub strefę bez pola magnetycznego. Moment magnetyczny można wyrazić jako:

${\ Displaystyle \ mu = {\ Frac {mv_ {\ sprawca} ^ {2}} {2B}}}$

Zakłada się, że μ pozostanie stałe, podczas gdy cząstka wejdzie w gęstsze pole magnetyczne. Matematycznie, aby tak się stało, prędkość prostopadła do pola magnetycznego również musi wzrosnąć. Tymczasem całkowitą energię cząstki można wyrazić jako: ${\displaystyle v_{\sprawca}}$${\ Displaystyle {\ Mathcal {E}}}$

${\ Displaystyle {\ mathcal {E}} = q \ phi + {\ Frac {1} {2}} mv_ {\ równoległy} ^ {2} + {\ Frac {1} {2}} mv_ {\ sprawca} ^{2}}$

W regionach bez pola elektrycznego, jeśli całkowita energia pozostaje stała, prędkość równoległa do pola magnetycznego musi spaść. Jeśli może być ujemna, to jest ruch odpychający cząstkę od gęstych pól.

Współczynniki lustrzane

Same lustra magnetyczne mają współczynnik zwierciadła, który jest wyrażony matematycznie jako:

${\ Displaystyle r_ {\ tekst {lustro}} = {\ Frac {B_ {\ tekst {maks}}} {B_ {\ tekst {min}}}}}$

Jednocześnie cząsteczki w lustrze mają kąt nachylenia . Jest to kąt pomiędzy wektorem prędkości cząstek a wektorem pola magnetycznego. Co zaskakujące, cząstki o małym kącie nachylenia mogą uciec z lustra. Mówi się, że cząstki te znajdują się w stożku strat . Odbite cząstki spełniają następujące kryteria:

${\displaystyle {\frac {v_{\ sprawca}}{v}}>{\frac {1}{\sqrt {r_{\tekst {lustro}}}}}}$

Gdzie jest prędkość cząstki prostopadła do pola magnetycznego i prędkość cząstki. ${\displaystyle v_{\sprawca}}$${\displaystyle v}$

Wynik ten był zaskakujący, ponieważ spodziewano się, że cięższe i szybsze cząstki lub te o mniejszym ładunku elektrycznym będą trudniejsze do odbicia. Spodziewano się również, że mniejsze pole magnetyczne odbija mniej cząstek. Jednak promień żyroskopowy w tych okolicznościach jest również większy, tak że składowa promieniowa pola magnetycznego widziana przez cząstkę jest również większa. Prawdą jest, że minimalna objętość i energia magnetyczna są większe w przypadku szybkich cząstek i słabych pól, ale wymagany współczynnik zwierciadła pozostaje taki sam.

Niezmienność adiabatyczna

Właściwości zwierciadeł magnetycznych można wyprowadzić za pomocą adiabatycznej niezmienności strumienia magnetycznego pod wpływem zmian natężenia pola magnetycznego. Gdy pole staje się silniejsze, prędkość wzrasta proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego z B, a energia kinetyczna jest proporcjonalna do B. Można to traktować jako efektywny potencjał wiążący cząstkę.

Butelki magnetyczne

Ten obraz pokazuje, jak naładowana cząstka będzie korkociągać się wzdłuż pól magnetycznych wewnątrz butelki magnetycznej, która jest dwoma magnetycznymi lustrami umieszczonymi blisko siebie. Cząstka może zostać odbita od gęstego obszaru pola i zostanie uwięziona.

Butelki magnetyczne jest dwa zwierciadła magnetyczne umieszczone blisko siebie. Na przykład dwie równoległe cewki oddzielone niewielką odległością, przenoszące ten sam prąd w tym samym kierunku, wytworzą między sobą butelkę magnetyczną. W przeciwieństwie do maszyny z pełnym zwierciadłem, która zwykle miała wiele dużych pierścieni prądu otaczających środek pola magnetycznego, butelka ma zwykle tylko dwa pierścienie prądu. Cząsteczki w pobliżu obu końców butelki doświadczają siły magnetycznej skierowanej do środka obszaru; cząsteczki z odpowiednią prędkością krążą wielokrotnie od jednego końca obszaru do drugiego iz powrotem. Butelki magnetyczne mogą być używane do tymczasowego wychwytywania naładowanych cząstek. Łatwiej jest złapać elektrony niż jony, ponieważ elektrony są o wiele lżejsze Ta technika służy do ograniczania wysokiej energii plazmy w eksperymentach syntezy jądrowej.

W podobny sposób niejednorodne pole magnetyczne Ziemi wychwytuje naładowane cząstki pochodzące ze Słońca w rejonach Ziemi w kształcie pączka, zwanych pasami radiacyjnymi Van Allena , które zostały odkryte w 1958 roku przy użyciu danych uzyskanych z instrumentów na pokładzie satelity Explorer 1 .

Bikoniczne guzki

Dwustronny wierzchołek

Jeśli jeden z biegunów w butelce magnetycznej zostanie odwrócony, staje się dwustożnym wierzchołkiem , który może również zawierać naładowane cząstki. Dwustożkowe guzki zostały po raz pierwszy zbadane przez Harolda Grada w Courant Institute , badania wykazały obecność różnych typów cząstek wewnątrz dwustożkowego guzka.

Zobacz też

• Lista artykułów dotyczących plazmy (fizyki)
• Polywell

Uwagi

Bibliografia

Cytaty

Bibliografia

• Heppenheimer, Thomas (1984). Stworzone przez człowieka słońce: poszukiwanie mocy syntezy jądrowej . Mały, Brązowy. Numer ISBN 9780316357937.
• Bromberg, Joan Lisa (wrzesień 1982). Fusion: nauka, polityka i wynalezienie nowego źródła energii . MIT Naciśnij. Numer ISBN 9780262521062.
• Herman, Robin (2006). Fusion: poszukiwanie nieskończonej energii . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. Numer ISBN 9780521024952.
• Booth, William (9 października 1987). „Mothball za 372 miliony dolarów firmy Fusion” . Nauka . 238 (4824): 152–155. doi : 10.1126/science.238.4824.152 . PMID  17800453 .

Zewnętrzne linki

• Notatki z wykładu Richarda Fitzpatricka