Термоядерный ракетный двигатель: как, зачем, почему и почем

УЛУЧШЕНИЕ УДЕРЖАНИЯ ПЛАЗМЫ В ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ЛОВУШКЕ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕЙТРОННОГО ИСТОЧНИКА НА ОСНОВЕ ГДЛ
А.В. Аникеев, П.А. Багрянский
Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН,г. Новосибирск, РФ,
e-mail: p.a.bagryanskyinp.nsk.su
Реализация вихревого удержания для подавления МГД неустойчивости [1], а также результаты успешных экспериментов с компактным пробкотроном в качестве амбиполярной пробки [2] на установке ГДЛ мотивируют рассмотрение вопроса о возможности увеличения эффективности проектируемого источника нейтронов на основе ГДЛ [3] за счет использования амбиполярных пробок и вихревого удержания. В докладе будет представлен обзор работ по результатам исследования подавления продольных потерь при помощи амбиполярной пробки, а также изучения вихревого удержания двухкомпонентной плазмы с высоким относительным давлением на установке ГДЛ. Будут представлены результаты оценок и расчетов, которые показывают, что указанные меры позволяют существенно снизить энергетическую «цену нейтрона» в нейтронном генераторе и сделать его конкурентоспособным в качестве «драйвера» для подкритических реакторов деления и «дожигателей» радиоактивных отходов [4] по сравнению с источниками нейтронов ускорительного типа.

 

ПОДАВЛЕНИЕ ПРОДОЛЬНЫХ ПОТЕРЬ В ГДЛ С ПОМОЩЬЮ
АМБИПОЛЯРНОЙ ПРОБКИ
А.В. Аникеев, П.А. Багрянский, А.Д. Беклемишев, А.А. Иванов, А.В. Киреенко, К.Ю. Кириллов, М.С. Коржавина, А.А. Лизунов, В.В. Максимов, С.В. Мурахтин, Е.И. Пинженин, В.В. Приходько, Е.И. Солдаткина, А.Л. Соломахин
Институт Ядерной Физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск, Россия
Новосибирский Государственный Университет, Новосибирск, Россия
На установке Газодинамическая ловушка (ГДЛ) продолжаются эксперименты c торцевым компактным пробкотроном [1]. Для реализации эксперимента вблизи имеющегося пробочного узла была установлена дополнительная катушка. В образовавшийся короткий пробкотрон с полем 2.7 T в центре и пробочным отношением ~2 из центральной части ГДЛ втекала теплая плазма с температурой 100 эВ и плотностью порядка 1013 см-3. Вторая компонента плазмы — быстрые ионы — формировались с помощью инжекции фокусированных атомарных пучков с энергией частиц 21-22 кэВ и суммарной мощностью 0.8 кВт. Длительность инжекции составляла 4 мс, что позволяло достичь квазистационарного режима удержания. Результаты предыдущих экспериментов показывают, что удержание быстрых ионов определяется парными кулоновскими столкновениями и процессами перезарядки на атомарных пучках.
Данная работа посвящена изучению амбиполярного эффекта, связанного с накоплением быстрых ионов в торцевом компактном пробкотроне. Плотность потока тёплой плазмы, вытекавший из центральной части ГДЛ сквозь компактный пробкотрон, уменьшалась в 5 раз. При этом амбиполярный потенциал не превышал температуры. Обнаружено, что при нарастании плотности быстрых ионов в компактном пробкотроне от 3•1013 см-3 до максимально достижимой 4.5•1013 см-3 подавление продольных потерь не улучшается (поток остаётся подавленным в 5 раз). Этот эффект может быть объяснён наличием «фонового» тока не связанного с тёплой плазмой. Источником «фонового» тока могут служить быстрые ионы центральной ячейки, затормозившиеся до энергий 0.5-1 кэВ и рассеявшиеся в конус потерь.
Показано, что для описания наблюдаемого подавления продольных потерь нельзя использовать приближение частых столкновений в центральной ячейке. Приближение редких столкновений, использованное в формуле Пастухова, также неприменимо при низких амбиполярных потенциалах. Качественное объяснение состоит в том, что эксперименту соответствует переходной режим от первого случая ко второму. Длина пробега тёплых ионов относительно рассеяния на угол порядка единицы увеличивается с ростом энергии и достигает размера установки ГДЛ для энергий порядка 2-3 температур плазмы. Поэтому продольные потери при отрицательных амбиполярных потенциалах близки к столкновительному случаю. При нарастании амбиполярного потенциала граница конуса потерь смещается в область, где частицы не испытывают столкновений на длине ловушки. Потери в этом случае должны описываться формулой Пастухова.
Литература
[1]. A.V.Anikeev, P.A.Bagryansky, A.A.Ivanov, A.A.Lizunov, S.V.Murakhtin, V.V.Prikhodko, A.L.Solomahin, and K.Noack, “Confinement of Strongly Anisotropic Hot-Ion Plasma in a Compact Mirror”, Journal of Fusion Energy, Vol.26 (June 2007), p.103-107