Helikálně symetrický experiment - Helically Symmetric Experiment

HSX
Helikálně symetrický experiment
HSX picture.jpg
Typ zařízeníStellarátor
UmístěníMadison, Wisconsin, NÁS
PřidruženíUniversity of Wisconsin – Madison
Technické specifikace
Major Radius1,2 m (3 ft 11 v)
Menší poloměr0,15 m (5,9 palce)
Objem plazmy0.44 m3
Magnetické pole1,25 T (12500 G)
Topný výkon100 kW (ECH)
Doba vybíjení0.2 s (puls)
Plazmový proud13.4 kA
Plazmová teplota2000–2500 eV (teplota elektronů)
Dějiny
Rok (y) provozu1999-dosud
Odkazy
Další odkazyParametry zařízení HSX

The Helikálně symetrický experiment (HSX, stylizované jako Helikálně symetrický experiment), je experimentální plazma zadržovací zařízení na University of Wisconsin – Madison, s principy designu, které mají být začleněny do a fúzní reaktor. HSX je modulární cívka stellarator což je toroid -tvarovaná tlaková nádoba s externím elektromagnety které generují a magnetické pole za účelem uložení plazmy. Do provozu byla uvedena v roce 1999.[1]

Pozadí

Hlavní článek: Stellarátor

A stellarator je fúze magnetického vězení zařízení, které generuje všechna potřebná magnetická pole k omezení vysokoteplotního plazmatu vnějšími magnetickými cívkami. Naproti tomu v tokamaky a sevření obráceného pole, magnetické pole je tvořeno interakcí vnějších magnetů a an elektrický proud protékající plazmou. Nedostatek tohoto velkého externě poháněného plazmového proudu činí stellarátory vhodné pro fúzní elektrárny v ustáleném stavu.

Avšak kvůliosově souměrné Vzhledem k povaze polí mají konvenční stellarátory kombinaci toroidní a spirálovité modulace čar magnetického pole, což vede k vysokému transportu plazmy z omezeného objemu za podmínek významných pro fúzi. Tento velký transport v konvenčních stellarátorech může omezit jejich výkon jako fúzní reaktory.

Tento problém lze do značné míry snížit přizpůsobením geometrie magnetického pole. Dramatická vylepšení schopnosti počítačového modelování v posledních dvou desetiletích pomohla „optimalizovat“ magnetickou geometrii tak, aby se tento transport snížil, což vedlo k nové třídě stellarátorů zvaných „kvazi-symetrické stellaratory“. Počítačově modelovaný lichý pohled elektromagnety přímo vytvoří potřebnou konfiguraci magnetického pole. Tato zařízení kombinují dobré omezující vlastnosti tokamaků a ustálenou povahu konvenčních stellarátorů. Helikálně symetrický experiment (HSX) na University of Wisconsin-Madison je takový kvazi-helikálně symetrický stellarator (spirálová osa symetrie ).

přístroj

Magnetické pole v HSX je generováno sadou 48 zkroucených cívek uspořádaných do čtyř period pole. HSX typicky pracuje v magnetickém poli 1 Tesla ve středu plazmového sloupce. Sada pomocných cívek se používá k záměrnému rozbití symetrie k napodobení konvenčních vlastností stellarátoru pro srovnání.

Vakuová nádoba HSX je vyrobena z nerezové oceli a je spirálovitě tvarována podle magnetické geometrie.

Tvorby plazmy a ohřevu je dosaženo použitím 28 GHz, 100 kW elektronová cyklotronová rezonance topení (ECRH). Druhý 100 kW gyrotron byl nedávno nainstalován na HSX k provádění studií modulace tepelných pulsů.[2]

Operace

Plazma až 3 kiloelektronvoltů při teplotě a asi 8×1012Pro různé experimenty se rutinně tvoří hustota / cm3.[Citace je zapotřebí ]

Subsystémy, diagnostika

HSX má velkou sadu diagnostiky pro měření vlastností plazmatických a magnetických polí. Následující text obsahuje seznam hlavních diagnostických systémů a subsystémů.

Cíle a hlavní úspěchy

HSX zásadním způsobem přispívá k fyzice kvazisymetrických stellarátorů, které oproti konvenčnímu konceptu stellarátoru významně zlepšují.[Citace je zapotřebí ] Tyto zahrnují:

  • Měření velkých toků iontů ve směru kvazimymetrie
  • Snížené tlumení průtoku ve směru kvazisymetrie
  • Snížená odchylka procházejících částic od povrchu toku
  • Snížené oběžné dráhy přímé ztráty
  • Snížený neoklasický transport
  • Snížené rovnovážné paralelní proudy kvůli vysoce efektivní transformaci

Probíhající experimenty

V HSX provádějí studenti, zaměstnanci a fakulty velké množství experimentálních a výpočetních výzkumných prací. Některé z nich spolupracují s dalšími univerzitami a národními laboratořemi v USA i v zahraničí. Níže jsou uvedeny hlavní výzkumné projekty:

  • Vliv kvazi-symetrie na plazmové proudy
  • Přeprava nečistot
  • Vysokofrekvenční ohřev
  • Nadzvukový plazmové palivo a neutrální populace
  • Experimenty šíření tepelných impulzů ke studiu přenosu tepla
  • Interakce turbulence a toků v HSX a účinky kvazi-symetrie na stanovení radiálního elektrického pole
  • Rovnovážná rekonstrukce profilů hustoty, tlaku a proudu plazmy
  • Účinky viskozity a symetrie na určování toků a radiálního elektrického pole
  • Toky odklonu, toky okrajů částic
  • Vliv radiálního elektrického pole na proud bootstrapu
  • Vliv kvazi-symetrie na rychlé zadržování iontů

Reference

  1. ^ Lobner, Pete. „Helically Symetric Experiment | Lyncean Group of San Diego“. Citováno 2020-06-20.
  2. ^ "Parametry zařízení HSX". HSX - helikálně symetrický experiment. Citováno 2020-06-20.

Dodatečné zdroje

externí odkazy