термоизоляция магнитная

ТЕРМОИЗОЛЯЦИЯ МАГНИТНАЯ -радикальное снижение теплопереноса высокотемпературной разреженной плазмы при помещении её в сильное магн. поле. Т. м. была предложена в 3950 А. Д. Сахаровым и И. Е. Таммом для осуществления непрерывной реакции синтеза лёгких ядер (изотопов водорода) в магн. термоядерном реакторе. Принцип Т. м. используется во всех магнитных ловушках для осуществления управляемого термоядерного синтеза (УТС).

В основе Т. -м. лежит ограничение движения составляющих плазму заряж. частиц (электронов и ионов) в направлении, поперечном к магн. полю В, за счёт силы Лоренца. В результате траектории частиц выглядят как спирали, обвивающие магн. силовые линии, и если бы частицы не испытывали столкновений (точнее, кулоновского взаимодействия между собой), то Т. м. в магн. ловушках была бы идеальной. Но при большой частоте столкновений v, значительно превосходящей циклотронную частоту w_В = еВ/т вращения частицы (с зарядом е и массой т)вокруг магн. силовой линии, когда ср. длина свободного пробега частицы l=u/v (u- ср. тепловая скорость) много меньше ср. радиуса спирали r_вu / w_В (ларморовский радиус), магн. поле практически не влияет на траекторию частиц и Т. м. отсутствует. Т. м. становится эффективной при l/r_B = w_В/v>> 1.

Согласно законам диффузии, коэф. температуропроводности c = D²v, а энергетич. время жизни плазмы т, характеризующее темп выноса энергии из плазмы за счёт диффуз. процессов, определяется ф-лой

где D - ср. смещение частицы в результате столкновения. В направлении, поперечном магн. полю, ср. смещение D_| = r_B -/w_В, тогда как в отсутствие магн. поля (или вдоль поля) D = l = u/ v. Таким образом, "классическое" время жизни плазмы, находящейся в магн. поле, в (w_В/v)² раз больше, чем без магн. поля. Это отношение для ионов дейтерия составляет ~ 10⁹ B² T³/n₂₀ (магн. поле выражается в теслах, темп-pa - в кэВ, плотность ионов - в единицах 10²⁰м^-3). В условиях термоядерного реактора в этих единицах В~5, Т~ 1030, n~1. Для электронов численный коэф. в ф-ле равен 4 · 10¹².

Реальный теплоперенос в магн. ловушках оказывается существенно выше классического по двум причинам. Во-первых, кривизна магн. силовых линий в магн. ловушках приводит к дрейфу заряженных частиц. В результате дрейфа отклонение траекторий тех частиц, к-рые совершают многократные отражения от неизбежных в магн. ловушках областей макс. напряжённости магн. поля (магн. пробок), оказывается значительно больше ларморовского радиуса, D>>r_B. Результирующие "неоклассич." коэф. температуропроводности и диффузии, зависящие от геометрии системы, строго рассчитываются в неоклассич. теории переносов (см. Переноса процессы в плазме).

Вторая и гл. причина ухудшения Т. м--неизбежные неустойчивости плазмы ,к-рые в лучшем случае приводят к подстройке профилей темп-ры и плотности плазмы к устойчивым распределениям. Такой процесс самоорганизации плазмы сопровождается повышением темпа потерь частиц и энергии, тем более высоким, чем менее согласовано распределение источников выделения частиц и тепла в объёме плазмы с устойчивыми профилями плотности и темп-ры. Этот турбулентный процесс описывается полу-эмпирич. коэф. теплопроводности и диффузии или глобальными зависимостями т от параметров плазмы, магн. системы, мощности нагрева и т. п. Как показали многолетние эксперим. исследования, путём подбора оптимальных условий можно добиться Т. м., достаточной для техн. реализации магн. термоядер, реактора. В. Д. Шафранов.

   <<      Предметный указатель      >>