Электромагнитная ловушка для получения и удержания высокотемпературной плазмы

СОЮЗ СОВЕТСНИХОЙИМИРМЕСИИЖРЕСПУБЛИК 119) (11) 151)В 21 В 1 00 ТЕНИЯ . ЬСТВУ сред путе медл ны р оси колл рых из у Штер вушке ловушке введешими к нточные в которхности м,вй; Я г-Д е- числ р пров икову ньший нно, меадиусы цих поверлносорых располоники, см; проводниГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕ(56) 1, Авторское свидетельство СССР Р 602067, кл. Н 051/00, 1975.2Лаврентьев О.А. и др., "Бесси-. ловые систеьы с цилиндрической магнитной стенкой для удержания высокой температурной плазмы". фукраинский физический журналгг, т.23/1978/, 9 3, стр. 418-422 )прототип . (54)(57) ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЛОВУШКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И УДЕРЖАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ, содержащая запирающие электроды и четное количество проводников, поровну распределенных по образующим двух соосных ловушке цилиндрических поверхностей, причем соседние проводники, расположенные на разных поверхностях смещены относительно друг друга на одинаковый угол, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения ей энергии плазмы в ло удаления.из плазмы в нных электронов, в нее сположенные за ближай овушки проводниками ле кторы, расстояния краеот оси ловушки опред авнения магнитной пове ера: / к - соответстве2и больший рлиндрнческитей, на котжены проводЭ - сила тока вках, А;Е - минимально допустимэнергия электроноввушке, эв.35 Изобретение относится к физикеплазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза,Известна электромагнитная ловушкадля удержания высокотемпературнойплазмы, содержащая размещенные в торцовых частях вакуумной камеры соосные соленоиды, запирающие электродыи четное количество проводников, рас"положенных по образующим цилиндрической поверхности соосно соленоидам Г 1.Недостатком известного устройства являются большие потери плазмычерез магнитные щели.Наиболее близкой к изобретению 15по технической сущности являетсяэлектромагнитная ловушка для получения и удержания высокотемпературной плазмы, содержащая размещенные в торцовых частях вакуумнойкамеры соосные соленоиды, запирающие электроды и четное количествопроводников, поровну распределенных по образующим двух соосных ловушке цилиндрических поверхнос 25тей, причем соседние проводники,расположенные на разных поверх -ностях, смещены относительно другдруга на одинаковый угол. По проводникам находящимся на разных циГ30линдрических поверхностях, пропускают встречно-параллельные токи,создающие слабое поперечное магнитное поле в пространстве между проводниками, силовые линии которогоогибают токонесущие проводникии замыкают объем удерживаемой плазмы. Благодаря этому в ловушке снижается утечка плазмы из объема удержания. Слабое поперечное магнитноеполе в пространстве между проводниками не оказывает влияния на движение быстрых электронов, но вынуждает медленные .электроны ионизациипроцессировать вдоль силовых линиймагнитного поля, в результате чего 45медленные электроны накапливаютсямежду проводниками, создавая дополнительный объемный заряд 23.Недостатком такой электромагнитной ловушки является малая средняяэнергия плазмы, обусловленная тем,что образовавшиеся в процессе ионизации плазмы медленные электронысоздают в пространстве между проводниками дополнительный отрицательный объемный заряд, который уменьшает эффективную энергию инжекцииэлектронов в ловушку и, следовательно, среднюю энергию плазмы.Целью изобретения является повышение средней энергии плазмы в 60ловушке путем удаления из нее медленных электронов.Это достигается тем, что в электромагнитную ловушку, содержащуюразмещенные в торцовых частях ва куумной камеры соосные соленоиды,запирающие электроды и четное количество проводников, поровну распределенных по образующим двух соосных ловушке цилиндрических поверхностей, причем соседние проводники,расположенные на разных поверхностях, смещены относительно другдруга на одинаковый угол, введенырасположенные за ближайшими к осиловушки проводниками ленточныеколлекторы, расстояние краев гкоторых от оси ловушки определены изуравнения магнитной поверхности Штермера 2 ( 2 ( 2где о - число пар проводников;Я ,Р - соответственно меньший и1больший радиусы цилиндрических поверхностей, накоторых расположены проводники см3 - сила тока в проводниках,А;Е в минимально допустимая энер.гия электронов в ловушке, эВ.Размещение ленточных коллекторовза проводниками, которые расположены ближе к оси ловушки, позволяетсобирать медленные электроны, двигающиеся вдоль силовых линий магнитного поля, на коллекторах и выводитьэлектроны из объема ловушкиШирина коллектора ( расстояниекраев от оси ловушки ), определеннаяиз уравнения магнитной поверхностипозволяет собрать все медленныеэлектроны, энергия которых меньшеминимально допустимой энергии электронов в ловушке ЕНа фиг. 1 представлена ловушка,продольный разрез, на фиг, 2 то же,поперечный разрез.Электромагнитная ловушка дляудержания высокотемпературной плазмы содержит соленоиды 1, запирающиеэлектроды 2, проводники 3 и ленточные коллекторы 4,Соленоиды 1 расположены в торцовых частях вакуумной камеры начертеже не показана ), Проводники 3поровну распределены по образующимдвух соосных ловушке цилиндрических поверхностей с радиусами Р иР, причем й( кСоседние проводники, расположенные наповерхностях разныхрадиусов, смещены относительно другдруга нъ одинаковый угол (на чертеже не показан). Ленточные коллекторы 4 установлены за проводниками 3, расположенными по образующимближайшей к оси ловушки цилиндрической поверхности с радиусом й.,т,=т.= - " (ф -дФ). 25.И ПИ Заказ 1056 7/9 Ти 427 Подпис П "Па нт",г.ужгород,ул.Проектная,4 ию Расстояния г концов коллектора от оси ловушки определены из уравнения поверхности Штермера 11.Предлагаемая электромагнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы работает следующим образом.По достижении необходимого ваку. ума в ловушке к запирающим электродам 2 прикладывают отрицательный потенциал. Соленоиды 1 встречно подключают к источнику питания. По проводникам 3, расположенным на . разном расстоянии от оси ловушки, пропускают равные и противоположно направленные токи, создающие в области магнитных щелей слабое поперечное поле (магнитную стенку), силовые линии 5 которого огибают проводники и замыкаются вокруг рабочего объема ловушки.После этого в электромагнитную ловушку напускают рабочий газ и инжектируют поток быстрых электроновВ результате ионизации рабочего газа образуются ионы и медленные электроны ионизации. Быстрые электроны свободно прохбдят в магнитные щели и отражаются обратнов ловушку запирающими электродами 2.Медленные электроны, энергия которых 1 меньше минимально допустимой энергии электронов в ловушке,захватываются поперечным магнитнымполем и, двигаясь вдоль силовыхлиний 5, попадают на коллектор 4.Следовательно, предлагаемая ло-.5 вушка позволяет повысить среднююэнергию плазмы, так как обеспечивает удаление медленных электроновплазмы и тем садним практически устраняет провисание потенциала между 10 проводниками, которое снижает среднюю эффективную энергию инжекцииэлектронов.Величина провисания потенциалад ф , зависящего от наличия медленных электронов в пространстве междупроводниками в магнитных щелях ),бывает порядка 1/2 и больше чем ускоряющий электроны потенциал анод -катодного пространства ф. Дляпростого случая равенства среднихэлектронных и ионных температур Для прототипа эта величина порядка 625 эВ. При использовании предлагаемого устройства аф может быть очень малой величиной, и Т при этом возрастает примерно в два раза.1