Что такое треугольность плазмы?
Треугольность определяется как отклонение формы поперечного сечения плазмы от круговой. Если представить себе разрез токамака в плоскости, перпендикулярной главной оси (тороидальной), плазма может иметь форму, близкую к эллиптической или грушевидной, а не идеальной окружности.
Треугольность вычисляется как:
где:
- Rверх — радиус точки, где плазма достигает своей максимальной высоты,
- Rцентр — радиус центра плазмы,
- a — малая полуось плазмы (характеризует ширину плазмы).
Влияние треугольности на параметры плазмы
- Улучшение удержания энергии: Повышение треугольности связано с улучшением удержания энергии в плазме. Это связано с усилением магнитного удержания, так как магнитные линии становятся более «плотными» вокруг плазмы.
- Стабильность плазмы: Треугольность помогает улучшить устойчивость плазмы к различным типам гидромагнитных неустойчивостей, включая:
- Баллонные неустойчивости (возникают из-за градиента давления),
- Кинк-неустойчивости (деформация формы плазмы).
- Работа на высокой β: Треугольность позволяет достигать более высоких значений параметра β, который характеризует отношение давления плазмы к магнитному давлению. Высокая β — это важная цель для эффективной работы термоядерного реактора.
- Распределение токов: При высокой треугольности улучшается контроль над профилем тока в плазме, что важно для работы плазмы в режиме высокой производительности.
Практические применения
Современные токамаки, такие как будущий ITER, JET и DIII-D, используют продвинутые формы плазмы с высокой треугольностью для достижения более высоких показателей производительности. Например:
- В токамаке DIII-D, треугольность плазмы составляет около 0.6, что позволяет проводить исследования высокоэффективных режимов удержания, таких как H-mode.
- В ITER треугольность будет помогать увеличить эффективность удержания энергии и обеспечить стабильную работу на длительных временных интервалах.
Заключение
Треугольность плазмы — это ключевой параметр, позволяющий оптимизировать удержание энергии и улучшить стабильность работы токамаков. Исследования продолжаются, чтобы найти оптимальные значения треугольности для будущих термоядерных установок, таких как DEMO, которые должны будут обеспечить коммерческую генерацию энергии.