울퉁불퉁한 토러스

울퉁불퉁한 토러스는 일련의 자기 미러가 엔드 투 엔드로 연결되어 닫힌 토러스를 형성하는 자기 핵융합 에너지 장치입니다.그것은 1960년대 ^[1]오크리지 국립 연구소의 레이 단들 박사가 이끄는 팀이 발견한 것에 기초하고 있다.

기존의 자기 미러 설계의 주요 단점은 양끝을 통한 과도한 플라즈마 누출입니다.울퉁불퉁한 토러스는 여러 개의 미러를 서로 연결하여 이 문제를 해결하므로 한 미러에서 연료가 누출되어 다른 미러로 이어집니다.플라즈마를 구성하는 연료 이온이 미러 셀 사이의 누출 전류보다 더 높은 밀도로 미러 내부에 집중되는 경향이 있기 때문에 "범피"라고 표현됩니다.다른 설명은 각 ^[2]세그먼트의 중심보다 미러 사이의 자기장이 더 좁다는 것입니다.이러한 배열은 그 자체로는 안정적이지 않으며, 대부분의 울퉁불퉁한 토러스 설계는 2차장 또는 상대론적 전자를 사용하여 원자로 내부에 안정적인 장을 형성한다.

울퉁불퉁한 토러스 디자인은 1960년대에 시작되어 1986년까지 오크리지 국립 ^[3]연구소의 ELMO(ELectro Magnetic Orbit) 울퉁불퉁한 토러스와 함께 계속되었다.그 중 하나는 특히 다음과 같습니다. "일련의 자기 미러 기계가 끝에서 끝까지 배치되어 토러스 모양으로 꼬여 있다고 상상해 보십시오.하나의 거울 구멍에서 새어나온 이온이나 전자는 다른 거울 세포에서 발견됩니다.이것은 울퉁불퉁한 토러스입니다.^[4]이러한 문제점들은 입증되었고 그 개념에 대한 대부분의 연구는 종료되었다.

배경

심플 미러

자기 거울은 물리적 복잡성 측면에서 가장 단순한 자기 핵융합 에너지 기계 중 하나입니다.실린더는 대부분 양 끝에 강력한 자석이 있는 실린더로 구성되어 있지만 실제로는 원통형 부분(기술적으로는 솔레노이드)에 덜 강력한 자석이 배치되어 필드를 더 잘 형성합니다.결과적으로 발생하는 자기장은 시가의 바깥쪽과 거의 비슷한 형태를 가지며, 실린더의 중앙은 넓고 양쪽 끝은 넥다운됩니다.

플라즈마는 하전 입자, 전자 및 사용되는 핵융합 연료의 핵(이온)으로 구성된 기체로 구성됩니다.자기장이 존재하면 하전 입자는 힘의 선을 선회합니다.그들은 또한 힘의 선을 따라 어떤 운동도 운반합니다. 그래서 실제로, 결과적인 운동은 자기 선을 중심으로 한 나선형입니다.

거울은 이 움직임이 실린더의 양 끝에 "잡히는" 방식으로 작동합니다.이온이 끝에 가까워지면 다른 자성선이 같은 위치에 모여 상승장을 형성합니다.올바른 조건의 집합이 주어지면 이온은 운동을 반전시켜 본질적으로 증가하는 필드(mirror)에서 튕겨 나옵니다.거시적인 시간에 걸쳐 개별 이온이 두 미러 코일 사이를 왔다 갔다 하며 장치 내에 갇힙니다.

주어진 필드 배열에 대해, 끝단에 가까워질 때 구부러지지 않는 힘의 선이 항상 남아 있습니다. 특히 미러의 중심에서 아래로 이어지는 선이 가장 두드러집니다.이 선을 도는 이온은 빠져나갈 수 있습니다.또한, 어떤 자기 강도에 대해서도, 항상 충분한 에너지를 가진 입자가 있어 반사되지 않고, 이것들도 빠져나갑니다.계산 결과 탈출 속도는 원자로가 오래 가동할 수 있을 정도로 낮았다.

최소 B

제어된 핵융합 프로그램 초기에 이러한 장치가 자기장 배열에서 자연스러운 불안정성을 갖는다는 것이 지적되었다.전기장에 볼록한 부분이 있는 영역에서는 이온이 충돌할 때 원래 궤적 밖으로 이동하려는 경향이 있습니다.이 움직임의 결과로, 그들은 감금 구역을 통해 밖으로 돌아다닌다.특정 영역에서 충분한 이온이 이를 수행할 경우, 그 전하가 곡률을 더욱 증가시키는 방식으로 자기장을 수정하여 플라즈마가 가둬진 영역에서 쏟아져 나오는 폭주 효과를 일으킵니다.이 문제는 교환의 불안정성으로 알려지게 되었고 1950년대 후반의 모든 거울에 고유한 것으로 밝혀졌다.

교환의 불안정성은 자기장의 볼록한 영역에 의해 야기되었고, 영국의 연구자들에 의해 그 반대 또한 사실이라는 것이 빠르게 입증되었다: 오목한 장에서, 플라즈마가 "내부"에 있는 것은 자연적으로 안정적일 것이다.이것을 「최소 B설정」이라고 부릅니다.실제로 다른 이유로 연료가 새지 않는 필드 배치를 하는 것은 어렵지만, 1960년대 중반에는 "테니스 볼" 또는 "야구" 구성, 그리고 나중에는 음양 개념 등 여러 가지 유망한 디자인이 등장했다.이 모든 것들은 훨씬 더 복잡할 뿐만 아니라 주어진 부피의 플라즈마에서 더 크다는 단점이 있어 설계의 가격 성능에 부정적인 영향을 미칩니다.

울퉁불퉁한 토러스

울퉁불퉁한 토러스는 미러의 불안정성뿐만 아니라 미러의 끝부분에서 자연스럽게 누출되는 문제를 해결하기 위한 시도입니다.

누출을 제어하기 위해 여러 개의 미러가 엔드 투 엔드로 연결되었습니다.이것은 그 자체로 누설을 줄인 것이 아니라, 입자가 다른 거울로 새어나간다는 것을 의미했다.이것은 언뜻 보기에는 명백해 보이지만, 이 접근법의 문제는 결과적인 자기장이 더 이상 축을 따라 선형으로 내려가는 것이 아니라 곡선으로 되어 있어 교환의 불안정성을 증가시킨다는 것입니다.그러나 기계 전체를 고려할 때 단일 미러 셀을 검사하는 것이 아니라 전체 필드를 순 최소 ^[5]B 구성으로 배치할 수 있습니다.

불행히도 울퉁불퉁한 토러스 결과 필드에는 저항성 벌룬 모드라는 또 다른 문제가 있습니다.오크리지 국립연구소의 ELMO 팀은 고에너지("뜨거운") 전자를 거울 구속장 외부와 원자로 외부 사이의 공간에 주입하여 이를 제어할 것을 제안했다.이 전자들은 거울의 자연장을 원자로 벽으로부터 밀어내는 두 번째 자기장을 생성하고, 열기 ^[5]모드를 줄이기 위해 전체 자기장을 변경합니다.

엘모

울퉁불퉁한 토러스 디자인의 첫 번째 예는 1972년 ^[6]Oak Ridge National Laboratory의 ELMO로 만들어졌습니다.처음에는 설계가 유망한 결과를 보여주었지만, 새로운 진단 시스템이 추가됨에 따라 시스템이 설계대로 작동하지 않는 것이 분명해졌다.특히, 전자껍질 개념은 예상만큼 강력하지 않았고, 문제를 더하게도, 마이크로파 가열 시스템은 ^[5]예상보다 훨씬 낮은 효율성을 가지고 있는 것으로 입증되었습니다.

나고야에서도 비슷한 시스템이 구축되어 전자에 의해 생성된 자기장의 몇 퍼센트만이 가둬진 영역 안쪽에 도달하는 것으로 나타났으며, 이는 불안정성을 상쇄하기에 충분하지 않았다.1988년, 전체 분야의 검토는 전자 구속이 단순히 필요한 조건을 만들어내지 못했다는 것을 시사했고, 그 개념에 대한 더 이상의 관심은 ^[5]끝이 났다.

레퍼런스

인용문

참고 문헌

• Group, EBT (September 1985). "ELMO Bumpy Torus Programme". Nuclear Fusion. 25 (9): 1271–1274. doi:10.1088/0029-5515/25/9/046.
• Braams, C.M.; Stott, P.E. (2002). Nuclear Fusion: Half a Century of Magnetic Confinement Fusion Research. CRC Press.