Физический энциклопедический словарь - тороидальные м. л.
Тороидальные м. л.
374
ного дрейфа можно сделать поле неоднородным вдоль М. л., как бы «прогофрировав» его (рис. 2, б). Но более удобно создать конфигурацию, при к-рой силовые линии магн. поля винтообразно навиваются на замкнутые поверхности, причём эти поверхности вложены одна в другую. Напр., если внутри тороидального соленоида поместить проводник с током, проходящий по его ср. линии (рис. 2, в), то
силовые линии поля будут навиваться на тороидальные поверхности. Ч-цы с малым RЛ будут не очень сильно отклоняться от этих поверхностей. Аналогичные конфигурации можно создать с помощью внеш. обмоток, напр. добавляя к обмотке тора (рис. 2, а) винтовую обмотку с попеременно направленными токами. Ещё один способ состоит в скручивании тора в фигуру типа восьмёрки (рис. 2, г). Можно также использовать более сложные конфигурации, комбинируя разл. элементы «гофрированных» и винтовых полей.
Зеркальные (адиабатические) М. п. Другой метод удержания ч-ц в М. л. в продольном (по полю) направлении состоит в использовании магнитных пробок, или магнитных зеркал,— областей, в к-рых напряжённость магн. поля сильно (но плавно) возрастает. Такие области могут отражать налетающие на них вдоль силовых линий заряж. ч-цы.
Рис. 3. Движение заряж. ч-цы в «зеркальной» магн. ловушке: при продвижении в область сильного поля радиус траектории ч-цы уменьшается. Магн. зеркало, от к-рого отражается ч-ца, находится в «горловой» части конфигурации.
На рис. 3 изображена траектория ч-цы в неоднородном магн. поле, напряжённость к-рого меняется вдоль его силовых линий. Эффект отражения обусловлен следующим. В сильном магн. поле, когда ларморовский радиус RЛ значительно меньше характ. длины изменения магн. поля, сохраняется постоянным адиабатический инвариант квазипериодич. движения — отношение поперечной энергии ч-цы к магн. полю: =mv2/2H — величина, имеющая смысл магн. момента ларморовского кружка. Поскольку —const, при приближении заряж. ч-цы к пробке поперечная компонента скорости v воз-
растает, а т. к. полная энергия заряж. ч-цы при движении в магн. поле не меняется, то при росте v будет уменьшаться v║. В точке, где v║ станет равной нулю, и происходит отражение ч-цы от магн. зеркала. Простейшая адиабатическая М. л. создаётся двумя одинаковыми коаксиальными катушками, в к-рых ток протекает в одинаковом направлении (рис. 4). Магн. зеркалами в ней явл. области наиб. сильного поля внутри катушек.
Рис. 4. Простейшая адиабатическая магн. ловушка. Стрелки указывают направление тока в коаксиальных катушках.
Адиабатич. М. л. удерживают не все ч-цы: если v║ достаточно велика по сравнению с v, то ч-цы вылетают за пределы магн. зеркал. Макс. отношение v║/v, при к-ром отражение ещё происходит, тем больше, чем выше т. н. зеркальное отношение — отношение наибольшей напряжённости магн. поля в магн. зеркалах к полю в центр. части М. л. (между магн. зеркалами). Напр., магн. поле Земли убывает пропорц. кубу расстояния от её центра. Соотв. при приближении заряж. ч-цы к Земле вдоль силовой линии, уходящей в плоскости экватора достаточно далеко от Земли, магн. поле возрастает очень сильно. «Зеркальное отношение» в этом случае велико, макс. отношение v║/v также велико (доля вылетающих из М. л. ч-ц мала).
М. л. для плазмы. Если заполнять М. л. ч-цами одного вида (напр., эл-нами), то по мере накопления этих ч-ц увеличивается создаваемое ими электрич. поле. Сила электростатич. отталкивания одноимённых зарядов растёт, и эффективность ловушки падает. Поэтому заполнить М. л. с достаточно большой плотностью можно только плазмой.
Когда электрич. поле в плазме настолько мало, что можно пренебречь его влиянием на движение ч-ц, механизмы их удержания в ловушке не отличаются от рассмотренных применительно к отд. ч-цам. Поэтому в М. л. для плазмы должны быть выполнены все сформулированные выше условия. Но, кроме того, к таким М. л. предъявляются дополнит. требования, связанные с необходимостью стабилизации плазменных неустойчиеостей — самопроизвольно возникающих и резко нарастающих отклонений электрич. поля и плотности ч-ц в плазме от их ср. значений. Простейшая неустойчивость, получившая назв. желобковой, обусловлена диамагнетизмом плазмы, вследствие к-рого
плазма выталкивается из областей более сильного магн. поля. Происходит след. процесс: сначала поверхность плазмы становится волнистой — образуются длинные желобки, направленные вдоль силовых линий поля (отсюда название неустойчивости), затем эти желобки углубляются, и плазма распадается на отд. трубочки, движущиеся к боковым границам объёма, занимаемого М. л. Напр., в простой зеркальной М. л. (рис. 4), в к-рой поле убывает в направлении, перпендикулярном общей оси катушки, плазма может быть выброшена в этом направлении. Желобковую неустойчивость можно стабилизировать с помощью дополнит. проводников с током, устанавливаемых вдоль М. л. по её периферии. При этом напряжённость магн. поля достигает минимума либо на оси, либо на нек-ром расстоянии от оси М. п., а затем возрастает к периферии. Чтобы добиться оптим. удержания ч-ц в продольном направлении, используются т. н. амбиполярные, или многопробочные, ловушки. В тороидальных М. л. можно создать конфигурацию со средним (по силовой линии) минимумом магн. поля. Примером таких М. л. явл. установки типа токамак. В этих установках стабилизированы не только желобковая, но и многие др. виды неустойчивости и достигнуто сравнительно длительное устойчивое удержание высокотемпературной плазмы (десятки мс при темп-ре в десятки миллионов градусов).
В М. л., наз. стеллараторами, конфигурации магн. поля, при к-рых силовые линии навиваются на тороидальные поверхности (напр., скрученные в «восьмёрку», рис. 2, г), в отличие от конфигураций поля в токамаках, создаются только внеш. обмотками. Различные модификации стеллараторов также интенсивно исследуются в целях использования их для удержания горячей плазмы.
Существуют и иные механизмы стабилизации желобковой неустойчивости. Напр., в радиац. лоясах Земли она стабилизируется за счёт электрич. контакта плазмы с ионосферой: заряж. ч-цы ионосферы могут компенсировать электрич. поля, возникающие в радиац. поясах.
• А р ц и м о в и ч Л. А., Элементарная физика плазмы, М., 1969; Роуз Д. Дж., Кларк М., Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции, пер. с англ., М., 1963.
Б. Б. Кадомцев.
Вопрос-ответ:
Похожие слова
Самые популярные термины
1 | 1387 | |
2 | 1053 | |
3 | 997 | |
4 | 945 | |
5 | 927 | |
6 | 831 | |
7 | 805 | |
8 | 804 | |
9 | 719 | |
10 | 713 | |
11 | 691 | |
12 | 639 | |
13 | 629 | |
14 | 619 | |
15 | 533 | |
16 | 526 | |
17 | 519 | |
18 | 504 | |
19 | 485 | |
20 | 481 |