Konfigurace s obráceným polem Princeton - Princeton field-reversed configuration

Jeden puls rotujícího magnetického pole zařízení PFRC-2 během experimentu

Konfigurace Princetonově obráceného pole ( PFRC ) je řada experimentů ve fyzice plazmatu , což je experimentální program pro vyhodnocení konfigurace pro fúzní výkonový reaktor v Laboratoři fyziky plazmatu Princeton (PPPL). Experiment zkoumá dynamiku konfigurací s dlouhým pulzem, bez kolizí a s nízkým parametrickým polem s obráceným polem (FRC) vytvořených s rotací magnetických polí s lichou paritou. Jeho cílem je experimentálně ověřit fyzikální předpovědi, že takové konfigurace jsou globálně stabilní a mají úrovně přenosu srovnatelné s klasickou magnetickou difúzí. Jeho cílem je také použít tuto technologii na koncept Direct Fusion Drive pro pohon kosmických lodí.

Dějiny

PFRC byl původně financován ministerstvem energetiky Spojených států . Na začátku svého fungování to bylo moderní s takovými RMF-FRC, jako je experiment s experimentem s omezením překladu (TCS) a Prairie View Rotamak (PV Rotamak).

Na PPPL experiment PFRC-1 probíhal od roku 2008 do roku 2011. PFRC-2 běží od roku 2019. PFRC-3 je naplánován jako další. PFRC-4 je naplánován na polovinu 20. let 20. století.

Liché paritní rotující magnetické pole

Elektrický proud, který tvoří konfiguraci s obráceným polem (FRC) v PFRC, je poháněn rotujícím magnetickým polem (RMF). Tato metoda byla dobře prostudována a přinesla příznivé výsledky v sérii experimentů Rotamak. Rotující magnetická pole použitá v těchto a dalších experimentech (tzv. Rovnoměrné paritní RMF ) však indukují otevření linek magnetického pole. Když se na osově symetrické rovnovážné magnetické pole FRC aplikuje příčné magnetické pole, místo aby se čáry magnetického pole uzavíraly samy o sobě a vytvářely uzavřenou oblast, krouží se kolem v azimutálním směru a nakonec procházejí separatrixovým povrchem, který obsahuje uzavřenou oblast FRC.

Jeden puls rotujícího magnetického pole zařízení PFRC-2 během experimentu, zpomaleně

PFRC používá antény RMF, které vytvářejí magnetické pole, které mění směr kolem roviny symetrie orientované s normálou podél osy, do poloviny délky podél osy stroje. Tato konfigurace se nazývá liché paritní rotující magnetické pole. Taková magnetická pole, pokud jsou přidána k osově symetrickým rovnovážným magnetickým polím, nezpůsobí otevření linek magnetického pole. Neočekává se tedy, že RMF přispěje k transportu částic a energie z jádra PFRC.

Nízký s-parametr

U FRC je název parametru s dán poměrem vzdálenosti mezi magnetickou nulou a separatrixem a poloměrem termálního iontu Larmor. To je kolik iontových drah se vejde mezi jádro FRC a místo, kde se setkává s objemovou plazmou. FRC s vysokou hodnotou by měl ve srovnání s velikostí stroje velmi malé iontové gyroradii. Při vysokém s-parametru tedy platí model magnetohydrodynamiky (MHD). MHD předpovídá, že FRC je nestabilní vůči režimu naklonění „n = 1“, ve kterém se obrácené pole nakloní o 180 stupňů, aby se vyrovnalo s aplikovaným magnetickým polem, čímž se FRC zničí.

Předpokládá se, že low-s FRC bude stabilní vůči režimu náklonu. Pro tento efekt stačí s-parametr menší nebo rovný 2. Avšak pouze dva iontové poloměry mezi horkým jádrem a chladným objemem znamenají, že k odstranění horkého iontu relevantního pro fúzi z jádra plazmy jsou v průměru postačující pouze dvě rozptylové periody (změny rychlosti v průměru o 90 stupňů). Volba je tedy mezi ionty s vysokým parametrem, které jsou klasicky dobře uzavřené, ale konvekčně špatně uzavřené, a ionty s nízkými parametry, které jsou klasicky špatně omezené, ale konvekčně dobře uzavřené.

PFRC má s-parametr mezi 1 a 2. Stabilizace režimu náklonu je předpovězena tak, aby napomáhala uvěznění více, než by omezoval malý počet tolerovatelných kolizí.

Pohon kosmické lodi

Vědci z Princeton Satellite Systems pracují na novém konceptu s názvem Direct Fusion Drive (DFD), který je založen na PFRC. Vyrábí elektrickou energii a pohon z jediného kompaktního fúzního reaktoru. První koncepční studie a modelování (fáze I) byla zveřejněna v roce 2017 a byla navržena k pohonu pohonného systému orbiteru a přistávacího modulu Pluto . Přidání hnacího plynu k toku chladné plazmy má za následek proměnný tah, když je veden magnetickou tryskou. Modelování naznačuje, že DFD může produkovat 5 newtonů tahu na každý megawatt generované fúzní energie. Asi 35% energie z fúze jde do tahu, 30% do elektrické energie, 25% se ztratilo teplem a 10% se recirkuluje pro vysokofrekvenční (RF) ohřev. Koncept postoupil do fáze II, aby dále posílal design a stínění.

Reference

externí odkazy

• Oficiální webové stránky , Princeton Plasma Physics Laboratory
• Profesor Samuel A. Cohen