德國 仿星器 核聚變反應堆 W7 X 如何能實現對超高溫等離子體的長時間約束?

時間 2021-05-09 17:59:34

1樓:楓愁化境

我來簡要回答一下。首先題目中的W7-X對超高溫等離子體進行長時間約束,這裡的長時間應該不是能量約束時間或者粒子約束時間,而是指一次放電中能維持基本磁場位形的時間,也就是我們常說的一次放電的脈衝時間。

在托卡馬克中,平衡磁場由極向場和縱向場構成,而極向場主要來自於等離子體電流。也就是說,一旦等離子體電流出現什麼問題,平衡場可能就會被破壞,導致等離子體從磁籠中逃離。等離子體電流可能出現的問題有兩個,第乙個就是目前托卡馬克中等離子體電流由歐姆變壓器來啟動,這就導致了由於伏秒數的限制,等離子體電流只能維持一段時間。

不過這個問題可以解決,我們可以依靠等離子體本身產生的自發電流來代替歐姆變壓器產生的電流;另乙個問題就是在等離子體中存在著各式各樣的電流不穩定性,這些電流不穩定性及其他的一些因素都可能會導致電流的破裂。電流破裂,平衡場失效,等離子體就跑掉了。

現在回到W7-X(仿星器),仿星器中的極向磁場和縱向場都由外部複雜的線圈提供,這樣就避免了等離子體電流不穩定性可能造成的影響。如下圖所示,W7-X的位形基本由紅色的平面線圈和藍色的非平面線圈提供。其中藍色的非平面線圈就能夠提供平衡所需的磁場位形,紅色的非平面線圈能改變極向磁場和縱場的比例,使磁場位形更加靈活。

就是這兩組複雜的線圈提供了平衡位形,避免其受到等離子體電流不穩定性的影響,使其能夠維持長時間的脈衝時間

截至目前為止,W7-X一次放電的時間大概在百毫秒至數秒量級,還不能進行長達30min的脈衝放電,這主要是因為偏濾器靶板還沒有安裝好,放電時間過長可能會導致過高的熱負荷損害第一壁的材料。等到了2023年,水冷偏濾器安裝完成,就能嘗試進行長時間(目標30min)的脈衝放電了。

2樓:Blessing Zhu

作為國內為數不多接觸過仿星器的,我先占個坑簡單說下,回頭有時間慢慢完善。

一句話結論:仿星器主要依靠複雜的外部磁場對等離子體進行約束,線圈不崩,等離子體就不會散。

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