В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 13

Амбиполярный потенциалал

Вдоль силовой линии профиль амбиполярного потенциала определяется для максвелловских электронов формулой Больцмана:

eϕ(s) =Te ln[n(s)] + const

Амбиполярное электрическое поле: E|| = −	∂ϕ	= −	Te	∂n
	∂s
			en ∂s

M iV||2 = ε −Ueff

2

		M	V 2
	где ε =	i		+ eϕ - полная энергия частицы;
		2

U eff = eϕ + μB(s)

- эффективная потенциальная энергия, часто называемая потенциалом Юшманова. Скорость потерь ионов из ловушки определяется соотношением между энергией иона и максимумом потенциала Юшманова, который зависит от профиля плотности.

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 13

Равновесиеиустойчивостьв пробкотронеобкотроне

Вдоль направления магнитного поля уравнение равновесия плазмы сводится к соотношению

∂p|| = ( p|| − p )

∂B B

Отсюда видно, что продольное давление падает по направлению к пробке, если поперечное давление превышает продольное, т.е. плазма в пробочной ловушке анизотропна.

Анизотропия плазмы связана с наличием конуса потерь. Отличие функции распределения ионов от изотропного максвелловского распределения приводит к тому, что в ней могут развиваться целый ряд кинетических неустойчивостей.

Механизмы стабилизации кинетических неустойчивостей в открытых ловушках достаточно хорошо изучены теоретически и экспериментально.

Центральная проблема открытых систем – слишком большая скорость продольных потерь плазмы.

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 13

Стабилизацияжелобковой неустойчивостиойчивости

pV γ = const

при перестановке силовых трубок изменение энергии

δW =δ pδV +γ p(δV )2 V > 0

для стабильности

> 0 всегда

δ pδV > 0

если в удерживаемой плазме давление спадает наружу						δ p < 0
и трубка движется по радиусу наружу, то условие стабильности
						Φ = BS
	δV =δ ∫S(l) dl	= Φ δ	∫dl B	< 0

«средний минимум В»

T.J.Dolan. Fusion research

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 13

Простейшиеконфигурациис minmin BB

пробкотрон (неустойчив)

касп (антипробкотрон)

в такой системе нет сохранения адиабатического инварианта – магнитного момента

катушки инь-янь

«палки Иоффе» и ловушка-бейсбол

T.J.Dolan. Fusion research

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 13

Скейлингэнергетического временини жизнижизни

Если температура электронов достаточно мала и влияние амбиполярного потенциала несущественно, то при увеличении пробочного отношения время удержания ионов растет очень медленно - логарифмически:

τ ≈ 0.4τii ln R

Таким образом, увеличением пробочного отношения нельзя существенно увеличить время жизни. Численные расчеты показывают, что термоядерный реактор на основе открытой ловушки в лучшем случае может иметь коэффициент усиления вводимой в ловушку мощности Q, близкий к единице.

требуется улучшение схемы классического пробкотрона

Открытые ловушки были первой системой удержания плазмы, на которой была получена ионная температура 10 кэВ (ловушка 2X-IIB, Ливермор, США, 1978)

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 13

Современныеоткрытые ловушкиушки

© Е.Бендер

Институт ядерной физики СО АН СССР:

Амбиполярная	Газодинамическая	Многопробочная
ловушка	ловушка	ловушка
АМБАЛ	ГДЛ	ГОЛ-3