Плазменный рельсотрон
Линейный ускоритель

Плазменный рельсотрон — это линейный ускоритель, который, как и снарядный рельсотрон , использует два длинных параллельных электрода для ускорения «скользящего короткого» якоря. Однако в плазменном рельсотроне якорь и выбрасываемый снаряд состоят из плазмы или горячих, ионизированных, газообразных частиц, а не из твердого куска материала. Научные плазменные рельсотроны обычно работают в вакууме, а не под давлением воздуха. Они представляют ценность, поскольку создают начальную скорость до нескольких сотен километров в секунду. Из-за этого эти устройства находят применение в термоядерном синтезе с магнитным удержанием (MCF), магнитоинерциальном термоядерном синтезе (MIF), исследованиях физики высокой плотности энергии (HEDP), лабораторной астрофизике и в качестве плазменного двигателя для космических аппаратов.

Теория

Плазменные рельсотроны представлены в двух основных топологиях: линейной и коаксиальной. Линейные рельсотроны состоят из двух плоских пластинчатых электродов, разделенных изолирующими прокладками, и ускоряют листовые арматуры. Коаксиальные рельсотроны ускоряют тороидальные плазменные арматуры с помощью полого внешнего проводника и центрального, концентрического, внутреннего проводника.

Линейные плазменные рельсотроны предъявляют экстремальные требования к своим изоляторам, поскольку они должны быть электроизолирующим, обращенным к плазме вакуумным компонентом, который может выдерживать как тепловые, так и акустические удары . Кроме того, в казенной части канала ствола может существовать сложное тройное уплотнение, что часто может представлять собой экстремальную инженерную проблему. Коаксиальным ускорителям требуются изоляторы только в казенной части, но плазменный якорь в этом случае подвержен неустойчивости «прорыва». Это неустойчивость, при которой фронт магнитного давления может опережать или «прорывать» плазменный якорь из-за радиальной зависимости плотности тока ускорения, что резко снижает эффективность устройства. Коаксиальные ускорители используют различные методы для смягчения этой нестабильности. В любой конструкции плазменный якорь формируется в казенной части. Поскольку плазменные рельсотроны являются открытой областью исследований, метод формирования якоря различается. Однако использовались такие методы, как взрыв фольги, впрыск разрывного диска газовой ячейки, впрыск нейтрального газа через быстрый газовый клапан и плазменный капиллярный впрыск.

После формирования арматуры плазмоид затем ускоряется по длине рельсотрона импульсом тока, проходящим через один электрод, арматуру и выходящим из другого электрода, создавая большое магнитное поле позади арматуры. Поскольку ток драйвера через арматуру также движется через и перпендикулярно самогенерируемому магнитному полю, частицы арматуры испытывают силу Лоренца , ускоряющую их по длине пушки. Геометрия и материалы электрода ускорителя также являются открытыми областями исследований.

Приложения

Управляемые струи из плазменных рельсовых пушек могут иметь пиковую плотность в диапазоне от 10 13 до 10 16 частиц/м 3 и скорость от 5 до 200 км/с , в зависимости от конфигурации конструкции устройства и рабочих параметров, а верхние пределы могут быть выше. [ необходима цитата ] Плазменные рельсовые пушки оцениваются для применения в термоядерном синтезе с магнитным удержанием для смягчения сбоев и заправки токамаков. [1]

Магнитно-инерционный синтез стремится взорвать намагниченную DT-мишень с помощью сферически симметричного, коллапсирующего, проводящего лайнера. Плазменные рельсотроны оцениваются как возможный метод имплозивного линейного формирования для синтеза. [ необходима цитата ]

Массивы плазменных рельсотронов могут быть использованы для создания импульсных взрывов с пиковым давлением около 1 мегабара, что обеспечивает более широкий доступ к картированию этой открывающейся области физики плазмы. [ необходима ссылка ]

Высокоскоростные струи с контролируемой плотностью и температурой позволяют частично моделировать в лабораторных условиях астрофизические явления, такие как солнечный ветер, галактические струи, солнечные события и астрофизическая плазма, и измерять их напрямую, в дополнение к астрономическим и спутниковым наблюдениям. [ необходима ссылка ]

Примеры

УстройствоУчреждение
Пистолет маршала [2]Лос-Аламосская национальная лаборатория
Компактный тороидальный ускоритель (CTA) [3]
МАРОДЕР [4]База ВВС Киртланд
РАСА [5]Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе
Эксперимент по инжекции компактного тороида (CTIX) [6]Калифорнийский университет в Дэвисе
Компактный торовый ускоритель (КТУ) [7]Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе
Компактный тороидальный инжектор [8]Университет Саскачевана , Канада
Компактный тороидальный инжектор (HIT-CTI) [9]Технологический институт Химедзи , Япония
Эксперимент по импульсному высокоплотному термоядерному синтезу (PHD) [10]Вашингтонский университет
Инжектор плазмы синтеза [11]General Fusion , Канада
Линейные и коаксиальные рельсотроны [12]HyperJet Fusion Corp., США
Линейные и коаксиальные рельсотроны [13]NearStar Fusion Inc., США

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Р. Раман и К. Итами Концептуальное описание конструкции CT Fueler для JT-60U (2000)
  2. ^ Маршалл, Дж. (январь 1960 г.). «Характеристики гидромагнитной плазменной пушки». Physics of Fluids . 3 (1): 134–135. Bibcode : 1960PhFl....3..134M. doi : 10.1063/1.1705989. OSTI  4191479.
  3. ^ Воронин, А.В. и др. (июнь 2008 г.). Двухступенчатая плазменная пушка как средство заправки токамака «Глобус-М» (PDF) . 35-я конференция Европейского физического общества по физике плазмы.
  4. ^ Seiler, S. (апрель 1993 г.). Поддержка программы обеспечения выживаемости/уязвимости (отчет). Альбукерке: Logicon RDA. Архивировано из оригинала 1 июля 2015 г.
  5. ^ Molvik, AW; Eddleman, JL; Hammer, JH; Hartman, CW; McLean, HS (14 января 1991 г.). «Квазистатическое сжатие компактного тора». Physical Review Letters . 66 (2): 165–168. Bibcode :1991PhRvL..66..165M. doi :10.1103/PhysRevLett.66.165. PMID  10043527.
  6. ^ Бейкер, К. Л. и др. (январь 2002 г.). "Динамика компактного тороида в эксперименте по инжекции компактного тороида". Ядерный синтез . 42 (1): 94. Bibcode :2002NucFu..42...94B. doi :10.1088/0029-5515/42/1/313. ​​S2CID  250808512.
  7. ^ Логан, Б. Г. и др. (1 апреля 2005 г.). Компактный тороидальный ускоритель, управляемый инерциальной термоядерной электростанцией (PDF) (Отчет). Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса . UCRL-TR-211025.
  8. ^ Лю, Д.; Сяо, К.; Хиросе, А. (январь 2008 г.). «Характеристики компактного торового инжектора Университета Саскачевана с изогнутыми ускоряющими электродами». Обзор научных приборов . 79 (1): 013502–013502–6. Bibcode : 2008RScI...79a3502L. doi : 10.1063/1.2828056. PMID  18248029.
  9. ^ Фукумото, Н. и др. (ноябрь 1997 г.). Эксперименты по инжекции компактного тора на испытательном стенде HIT и токамаке JFT-2M . Американское физическое общество, заседание Отдела физики плазмы. Bibcode : 1997APS..DPPkWP205F.
  10. ^ "Домашняя страница эксперимента PHD". Вашингтонский университет .
  11. ^ Говард, Стивен и др. (25 июня 2008 г.). Разработка объединенных компактных тороидов для использования в качестве намагниченной мишени для термоядерной плазмы (PDF) . Семинары по инновационным концепциям удержания (ICC). Рино, Невада.
  12. ^ Witherspoon, FD; Case, A.; Messer, S.; Bomgardner II, R.; Phillips, MW; Brockington, S.; Elton, R. (2009). "Контурная коаксиальная плазменная пушка с арматурой для инжекции плазмы". Review of Scientific Instruments . 80 (8): 083506–083506–15. Bibcode : 2009RScI...80h3506W. doi : 10.1063/1.3202136. PMID  19725654.
  13. ^ Witherspoon, FD; Case, A.; Messer, S.; Bomgardner II, R.; Phillips, MW; Brockington, S.; Elton, R. (2009). "Контурная коаксиальная плазменная пушка с арматурой для инжекции плазмы". Review of Scientific Instruments . 80 (8): 083506–083506–15. Bibcode : 2009RScI...80h3506W. doi : 10.1063/1.3202136. PMID  19725654.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Plasma_railgun&oldid=1185960770"