Многощелевая магнитная ловушка

 

МНОГОЩЕЛЕВАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТРАЯ ЛОВУШКА, состоящая из вакуумной |самеры с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерно охватывающими объем удержания плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образуя магнитные щели, в которых размещены электроды, отличающаяся тем, что, с целью повышения средней энергии ионов, каждый из проводников снабжен заземленным экраном, поверхность которого совпадает -с . граничной магнитной поверхностью, причем края соседних экранов закреплены в щелях между проводниками по разные стороны медианных плоскостей щелей.

СО)ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51) 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3 (21) 3678027/24-25 (22) 21. 12.83 (46) 15.02.86. Бюл. В 6 (72) Н.Н.Саппа и А.Д.Комаров (53) 533.9(088.8) (56) Азовский Ю.С. и др. Исследова- ние однощелевой электромагнитной лову)пки "Юпитер 1М" .Физика. Плазмы.

1980, т. 6, )1 2, с. 256-263.

Авторское свидетельство СССР

Ô 414952, кл. Н 05 Н, опублик.

05.05.74. (54)(57) МНОГОЩЕЛЕВАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЛОВУШКА, состоящая из вакуумной камеры с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерно охватывающими объем удержания плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образуя магнитные щели, в которых размещены электроды, отличающаяся тем, что, с целью повьппения средней энергии ионов, каждый из проводников снабжен заземленным экраном, поверхность которого совпадает с граничной магнитной поверхностью, причем края соседних экранов закреплены в щелях между проводниками по разные стороны.медианных плоскостей щелей.

1175342

55

Изобретение относится к физике плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано для создания и удержания высокотемпературной плазмы.

Известна электромагнитная ловушка, удерживающее магнитное поле которой образовано двумя встречновключенными соленоидами, а магнитные щели закрыты заряженными электродами. Инжектированные в ловушку электроны ионизируют рабочий газ в

1 ловушке, создают в ее центре отрицательный объемный "заряд, электрическое поле которого ускоряет образованные ионизацией газа ионы к центру ловушки и препятствует их выходу поперек магнитного поля. Однако в однощелевых электромагнитных ловушках лишь малая область внутри объема удержания свободна от магнитного поля, и ионы, ускоряясь к центру, захватываются магнитным полем и не успевают набрать максимально возможную энергию. Это заметно ограничивает среднюю энергию ионов (до величины - 50 эВ при запирающем магнитные щели потенциале Ц =

= -4 кВ) в электромагнитной ловушке.

Наиболее близкой к предложенной ловушке является многощелевая электромагнитная ловушка, состоящая из вакуумной камеры с размещенньпн в ней кольцевыми проводниками, равномерно охватывающими объем удержания плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образуя магнитные щели,. в которых размещены электроды.

Удерживающее магнитное поле создают пропусканием встречно направленных параллельных токов по четно-. му числу проводников, расположенных по образующим цилиндрической или тороидальной поверхности либо коаксиально ей. Такие многощелевые ловушки имеют, сравнительно с однощелевой, больший объем удержания плазмы, т.е. область, свободную от магнитного поля, что позволяет ускоренному полем иону набрать энергию, соответствующую разности потенциалов центра плазмы и места образования иона. Однако на величине, приобретаемой ионом энергии, существенно сказывается пространственное распределение ускоряющего ионы потенииала в объеме удержания

1О

40 и за его границами, Отрицательный потенциал, установившийся в центре ловушки, плавно спадает к периферии причем основной спад его (около 807) приходится на область, лежащую вне объема удержания и простирающуюся до ближайшей защемленной поверхности.

Таким образом, несмотря на существование обширной области внутри объема удержания, свободной от магнитного поля, величина средней энергии ионов не достигает максимально возможной величины, что связано с распространением потенциала, ускоряющего ионы, в область, лежащую вне объема удержания.

Целью изобретения является увеличение средней энергии ионов в электромагнитной ловушке.

Это достигается тем, что в электромагнитной ловушке, содержащей вакуумную камеру с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерно охватывающими объем удержания плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образуя магнитные щели, в которых размещены электроды, каждый из проводников снабжен заземленным экраном, поверхность которого совпадает с граничной магнитной поверхностью,. причем края соседних экранов закреплены в щелях между проводниками по разные стороны медианных плоскостей щелей.

На фиг. 1 изображена предлагаемая электромагнитная ловушка для удержания и нагрева плазмы с аксиальной симметрией, продольное сечение на фиг. 2 — то же, с транзи- . тивной симметрией, поперечное сечение.

В. вакуумной камере 1 расположены встречно подключенные к источнику тока проводники 2, равномерно охватывающие объем удержания плазмы.

Иежду проводниками, с внешней стороны ограниченного ими объема, расположены электроды 3, закрывающие магнитные щели ловушки. Каждый из проводников 2 снабжен заземленным экраном 4 гиперболической формы, соответствующей форме магнитных поверхностей, причем края соседних экранов закреплены в щелях между проводниками по разные стороны медианных плоскостей щелей.

1175342

Редактор Ю.Юркова Техред М.Пароцай Корректор М.Максимишинец

Заказ 657/2 Тираж 767 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г„ Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство работает следующим образом.

После достижения необходимого вакуума в вакуумной камере 1 по проводникам 2 пропускают токи для создания удерживающего магнитного поля, причем направления токов в любых двух соседних проводниках противоположны. На электроды 3 подают высокий отрицательный потенциал. После включения, инжектора электронов (не показан) инжектируемые электроны накапливаются в ловушке, образуя в центре ее высокий, относительно расположенных вблизи границы плазмы заземленных экранов 4, отрицательный потенциал. Ионы, появляющиеся в ре-. зультате ионизации рабочего газа, ускоряются этим потенциалом в центральную область объема удержания.

Граница плазмы определяется краней ,магнитной поверхностью, еще hepeceкающей заземленный экран. Устройство,,будет работать наиболее эффективно, если внешняя поверхность экрана будет вся совпадать с выбранной магнитной поверхностью, которая в этом случае и будет граничной, т.е. определяющей границу плазмы. Размещение защемленного экрана вблизи границы удержания плазмы, позволяет создать разность потенциалов между

10 центральной и периферийной областью удерживаемой в ловушке плазмы пбрядка 1000 В вместо зарегистрированных сейчас экспериментально 200—

250 В. Это в свою очередь приведет

1 .к более эффективному ускорению ионов, образованных в процессе ионизации и, следовательно, возрас.танию их средней энергии. При раз ных пространственных распределениях

2р плотности электронов и потенциала в плазме величина средней энергии ионов будет достигать 150-250 эВ, т.е. в 3-5 раз больше по сравнению с прототипом.