Princeton feltomvendt konfigurasjon - Princeton field-reversed configuration
Den Princeton feltreversert konfigurasjon ( PFRC ) er en serie forsøk i plasma fysikk , en eksperimentell program for å evaluere en konfigurasjon for et fusjonskraftreaktor, ved Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). Eksperimentet undersøker dynamikken til langpuls , kollisjonsløse, lave s-parameter feltomvendte konfigurasjoner (FRCer) dannet med roterende magnetfelt med oddeparitet. Det tar sikte på å eksperimentelt verifisere fysikkforutsigelsene om at slike konfigurasjoner er globalt stabile og har transportnivåer som kan sammenlignes med klassisk magnetisk diffusjon. Det tar også sikte på å anvende denne teknologien på Direct Fusion Drive- konseptet for fremdrift av romfartøy.
Historie
PFRC ble opprinnelig finansiert av United States Department of Energy . Tidlig i drift var det moderne med slike RMF-FRCer som Translation Confinement Sustainment experiment (TCS) og Prairie View Rotamak (PV Rotamak).
På PPPL gikk eksperimentet PFRC-1 fra 2008 til 2011. PFRC-2 kjører fra og med 2019. PFRC-3 er planlagt neste. PFRC-4 er planlagt til midten av 2020-tallet.
Odd-paritet roterende magnetfelt
Den elektriske strømmen som danner feltomvendt konfigurasjon (FRC) i PFRC drives av et roterende magnetfelt (RMF). Denne metoden har blitt godt studert og gitt gunstige resultater i Rotamak-serien av eksperimenter. Imidlertid induserer roterende magnetfelt som anvendt i disse og andre eksperimenter (såkalte even parity RMFs ) åpning av magnetfeltlinjene. Når et tverrmagnetisk felt påføres det aksesymmetriske likevekts FRC magnetfeltet, i stedet for at magnetfeltlinjene lukker seg selv og danner et lukket område, spiraler de rundt i azimutal retning og til slutt krysser separasjonsoverflaten som inneholder den lukkede FRC-regionen.
PFRC bruker RMF-antenner som produserer et magnetfelt som endrer retning rundt et symmetriplan orientert med sitt normale langs aksen, halvveis langs maskinens akse. Denne konfigurasjonen kalles et merkelig paritetsroterende magnetfelt. Slike magnetfelt forårsaker ikke åpning av magnetfeltlinjene når de legges til aksessymmetriske likevektsmagnetiske felt. Dermed forventes ikke RMF å bidra til transport av partikler og energi ut av kjernen i PFRC.
Lav s-parameter
I en FRC blir navnet s-parameter gitt til forholdet mellom avstanden mellom magnetisk null og separasjon og den termiske ion Larmor-radiusen. Det er hvor mange ionebaner som kan passe mellom kjernen i FRC og hvor den møter bulkplasmaet. En høy-s FRC ville ha veldig lite ion gyroradii sammenlignet med størrelsen på maskinen. Dermed, ved høy s-parameter, gjelder modellen for magnetohydrodynamikk (MHD). MHD spår at FRC er ustabil i forhold til "n = 1 vippemodus", der det omvendte feltet vipper 180 grader for å justere seg med det påførte magnetfeltet, og ødelegger FRC.
En lav-s FRC er spådd å være stabil til vippemodus. En s-parameter mindre enn eller lik 2 er tilstrekkelig for denne effekten. Imidlertid er det bare to ionradier mellom den varme kjernen og den kule bulk at det i gjennomsnitt bare er to spredningsperioder (hastighetsendringer på i gjennomsnitt 90 grader) tilstrekkelig til å fjerne et varmt, fusjonsrelevant ion fra kjernen i plasmaet. Dermed er valget mellom høye s-parameterioner som er klassisk godt begrenset, men konvektivt dårlig begrenset, og lave s-parameterioner som er klassisk dårlig begrenset, men konvektivt godt begrenset.
PFRC har en s-parameter mellom 1 og 2. Stabilisering av tilt-modus antas å hjelpe inneslutning mer enn det lille antallet tålelige kollisjoner vil skade inneslutning.
Romfart fremdrift
Forskere fra Princeton Satellite Systems jobber med et nytt konsept kalt Direct Fusion Drive (DFD) som er basert på PFRC. Det ville produsere elektrisk kraft og fremdrift fra en enkelt kompakt fusjonsreaktor. Den første konseptstudien og modelleringen (fase I) ble publisert i 2017, og ble foreslått å drive fremdriftssystemet til en Pluto- orbiter og lander. Tilsetning av drivmiddel til den kule plasmastrømmen resulterer i en variabel skyvekraft når den kanaliseres gjennom en magnetisk dyse. Modellering antyder at DFD kan produsere 5 Newtons skyvekraft per megawatt generert fusjonskraft. Cirka 35% av fusjonskraften går til skyvekraft, 30% til elektrisk kraft, 25% går tapt til varme, og 10% resirkuleres for radiofrekvensoppvarming (RF). Konseptet har gått videre til fase II for å fremme design og skjerming ytterligere.
Referanser
Eksterne linker
- Offisiell nettside , Princeton Plasma Physics Laboratory
- Professor Samuel A. Cohen