Experiment hvězdného tahu - Star Thrust Experiment

The Experiment hvězdného tahu (STX) byl experiment fyziky plazmatu v laboratoři plazmové fyziky Redmond University ve Washingtonu, který probíhal v letech 1999 až 2001.[1] Experiment studoval magnetické plazma vězení na podporu kontrolované jaderná fůze experimenty. STX konkrétně propagovalo možnost vytvoření a Konfigurace s obráceným polem (FRC) pomocí a Rotující magnetické pole (RMF).

Pozadí

Hlavní článek: Konfigurace s obráceným polem

FRC jsou zajímavé pro komunitu fyziky plazmatu kvůli jejich omezujícím vlastnostem a jejich malé velikosti. Zatímco většina velkých fúzních experimentů na světě je tokamaky, FRC jsou považovány za životaschopnou alternativu, protože jsou vyšší Beta, což znamená, že stejný výstupní výkon může být vyroben z menšího objemu plazmy a jejich dobro stabilita plazmy.

Dějiny

STX byl postaven v roce 1998. STX byl motivován objevem nesouvisejícího experimentu; před několika lety experiment Large-S (LSX) prokázal existenci kineticky stabilizovaného parametrického režimu, který se pro fúzní reaktor jeví jako výhodný. Experiment LSX však vytvořil FRC násilným, násilným způsobem zvaným a theta-špetka.

The Americké ministerstvo energetiky financoval Udržení překladu v omezení (TCS) jako pokračování programu LSX, ale to ještě nezačalo, když STX zahájil provoz. Účelem TCS bylo zjistit, zda by rotující magnetická pole dokázala udržet FRC vzniklé metodou theta-pinch, ale zůstávala otázka, zda by samotný RMF mohl tvořit FRC. Pokud ano, očekávalo se, že to bude lehčí a efektivnější způsob tvorby FRC.[1] To byla otázka, na kterou měl STX odpovědět.

STX byl moderní s následujícími experimenty RMF-FRC: The TCS, PFRC a PV Rotamak.

Relevance pro pohon kosmických lodí

NASA financovala konstrukci experimentu.[1] Důvodem je to, že fúzní reaktory na bázi FRC se zdají být velmi vhodné pro hluboké vesmírné fúzní rakety, zejména ty, které tvoří RMF.[2] Tento koncept je podobný Direct Fusion Drive, současný výzkumný projekt na vytvoření fúzní rakety z fúzního reaktoru FRC poháněného RMF.

Zařízení

Vakuová nádoba STX byla vyrobena z křemene, protože potřebovala být nevodivá, aby umožnila průchod RMF. Byl dlouhý 3 metry a průměr 40 centimetrů. Axiální magnetické pole bylo vytvořeno elektromagnetickými cívkami a mělo sílu 100 Gauss.[3] RMF byl vytvořen novým vysokofrekvenčním zesilovačem v pevné fázi, který byl navržen tak, aby byl výkonnější a efektivnější než předchozí experimenty Rotamak.[4] Systém RMF jako běh fungoval při 350 kHz, při výkonu 2 MW, hluboko pod svým designovým hodnocením.

Pro měření chování plazmy byl experiment STX vybaven vložitelnou magnetickou sondou, řadou diamagnetických smyček, interferometrem, diagnostikou spektroskopie viditelného světla a trojitou sondou Langmuir.[5]

Příspěvky

Experiment STX dokázal použít RMF k dosažení teplot 40 eV, což je teplejší než povrch slunce, ale stále je to faktor 500 z teplot nutných ve fúzním reaktoru. Experiment STX dokázal dosáhnout hustoty plazmy částic na kubický centimetr, což je faktor 200 z teplot nutných ve fúzním reaktoru.[3]

Zatímco model STX byl navržen tak, aby demonstroval vznik FRC pomocí RMF,[1] měla větší úspěch v demonstraci nárůstu a udržení FRC vytvořených metodou theta-pinch.[3]

Nedostatky

FRC plazma se při nízké teplotě hřeje hůře. Z tohoto důvodu byl systém RMF na STX navržen tak, aby na začátku výboje produkoval desítky MW k rychlému zahřátí plazmy za tuto takzvanou „radiační bariéru“ na stovky eV teploty, kde by plazma mohla být více snadno udržitelný.[1] Problémy s novým vysokofrekvenčním zesilovačem v pevné fázi však vedly k tomu, že k ohřevu byl k dispozici pouze zlomek této energie.[5] Výsledkem bylo, že místo stovek eV, v které doufali, bylo dosaženo pouze 40 eV teploty.

Dále se původně doufalo, že plazma může být udržována mimo stěny vakuové nádoby pomocí nízkoodporových smyček mědi, které těsně přiléhají kolem nádoby zvané „konzervátory toku“.[1] Bylo však často pozorováno, že plazma je v kontaktu s křemennou nádobou o vnitřním průměru 40 cm.[3]

Dědictví

Zjištění STX byla použita ke zlepšení TCS experiment, který nakonec demonstroval tvorbu FRC pouze z RMF. TCS pokračoval v ohřívání plazmy na 350 eV.[6]

Myšlenka použití FRC řízeného RMF k vytvoření fúzní rakety přetrvává dodnes. Jedním z příkladů je Direct Fusion Drive.

Reference

  1. ^ A b C d E F Miller, Kenneth; Slough, John; Hoffman, Alan (1998). "Přehled experimentu s hvězdným tahem". Sborník konferencí AIP. AIP. 420: 1352–1358. doi:10.1063/1.54907.
  2. ^ Slough, John; Miller, Kenneth (1999-06-20). „Fúzní pohonný systém FRC pro průzkum hlubokého vesmíru z experimentu Star Thrust Experiment (STX)“. 35. společná konference a výstava o pohonu. Reston, Virginie: Americký letecký a astronautický institut. doi:10.2514/6.1999-2705.
  3. ^ A b C d Slough, J. T .; Miller, K. E. (2000). "Generování toku a zachování konfigurace s obráceným polem s proudovým pohonem točivého magnetického pole". Fyzika plazmatu. 7 (5): 1945–1950. doi:10.1063/1.874019. ISSN  1070-664X.
  4. ^ Slough, J. T .; Miller, K.E .; Lotz, D. E.; Kostora, M. R. (2000). "Multimegawattový polovodičový ovladač RF pro generování rotujících magnetických polí". Recenze vědeckých přístrojů. 71 (8): 3210–3213. doi:10.1063/1.1304873. ISSN  0034-6748.
  5. ^ A b Elric, Miller, Kenneth (2001). „Experiment hvězdného tahu, rotující proudový pohon magnetického pole v obrácené konfiguraci pole“. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  6. ^ Guo, H. Y .; Hoffman, A. L .; Milroy, R. D .; Steinhauer, L. C .; Brooks, R. D .; Deards, C. L .; Grossnickle, J. A .; Melnik, P .; Miller, K. E. (2008). "Vylepšené omezení a současný pohon obrácených konfigurací pole s vysokou teplotou v novém zařízení pro překlad, omezení a udržení". Fyzika plazmatu. 15 (5): 056101. doi:10.1063/1.2837056. ISSN  1070-664X.