Что такое стелларатор?
Стелларатор — это тип экспериментального термоядерного реактора, предназначенный для удержания высокотемпературной плазмы с помощью магнитного поля сложной конфигурации с целью достижения условий для протекания управляемого термоядерного синтеза.
Ключевое отличие стелларатора от более распространенного токамака заключается в том, что магнитное поле, необходимое для удержания плазмы, создается исключительно внешними катушками. В нем нет электрического тока, протекающего через саму плазму (или он не является основным для удержания), что является фундаментальным принципом работы токамака.
Принцип работы и ключевая идея
Цель любого магнитного термоядерного реактора — удержать разогретую до миллионов градусов плазму, не позволяя ей соприкасаться со стенками камеры. Для этого плазму помещают в «магнитную бутылку».
1. Проблема прямого соленоида: Если бы плазма удерживалась в простом прямом соленоиде (катушке с проводом), заряженные частицы быстро бы дрейфовали поперек силовых линий магнитного поля и уходили в стороны из-за неоднородности поля. Это связано с дрейфом частиц в магнитном поле.
2. Решение — тороидальная форма: Чтобы решить эту проблему, и токамак, и стелларатор имеют форму тора (бублика). В тороидальном магнитном поле силовые линии замкнуты сами на себя, что теоретически может предотвратить утечку частиц.
3. Новая проблема — вращательное преобразование: Однако в простом тороидальном поле частицы по-прежнему дрейфуют вверх или вниз из-за кривизны силовых линий и градиента поля. Чтобы компенсировать этот дрейф, необходимо закрутить силовые линии магнитного поля вокруг тора.
4. Как создается закрученное поле:
· В токамаке: Это делается путем пропускания через плазму сильного электрического тока. Этот ток создает свое собственное полоидальное магнитное поле, которое, складываясь с тороидальным полем от катушек, закручивает силовые линии в спираль.
· В стеллараторе: Закрученность магнитного поля создается геометрией самих внешних катушек. Они имеют сложную, часто асимметричную форму, которая и придает полю необходимую конфигурацию без необходимости создания тока в плазме.
Таким образом, магнитное поле в стеллараторе полностью запрограммировано формой его катушек.
Конструктивные особенности
· Винтовые/Несимметричные катушки: Это главный признак стелларатора. Вместо простых тороидальных катушек, как у токамака, здесь используются катушки, которые сами по себе закручены в сложные трехмерные формы (например, как у немецкого стелларатора Wendelstein 7-X).
· Отсутствие трансформатора: Так как нет необходимости создавать большой ток в плазме, стелларатору не нужен огромный центральный соленоид-трансформатор, как в токамаке. Это позволяет ему работать в непрерывном (постоянном) режиме, в то время как токамак работает в импульсном.
· Сложная геометрия плазмы: Плазма в стеллараторе также имеет сложную трехмерную форму, а не простой симметричный "бублик".
Наш ТГ канал: https://t.me/s/typicaleinstein