Liten stram sideforhold Tokamak - Small Tight Aspect Ratio Tokamak

The Small Tight Aspect Ratio Tokamak , eller START, var et kjernefysisk fusjonseksperiment som brukte magnetisk inneslutning for å holde plasma . START var den første maskinen i full størrelse som brukte den sfæriske tokamak- designen, som hadde som mål å sterkt redusere sideforholdet til den tradisjonelle tokamak- designen.

Eksperimentet begynte på Culham Science Centre i Storbritannia i 1990 og ble pensjonert i 1998. Det ble bygget som en lavprisdesign, i stor grad ved bruk av deler som allerede var tilgjengelige for START-teamet. START-eksperimentet revolusjonerte tokamak ved å endre den forrige toroidformen til en strammere, nesten sfærisk, doughnutform . Den nye formen økte effektiviteten ved å redusere kostnadene i forhold til den konvensjonelle designen, mens feltet som kreves for å opprettholde et stabilt plasma var en faktor 10 mindre.

Konstruksjon

Hovedkomponentene som utgjorde START inkluderte støttestrukturen, pulstransformatoren, vakuumtanken, toroideformede og poloidale feltspoler og en begrenser. Støttestrukturen plasserte og støttet vakuumtanken som også delte det samme sfæriske senteret som den store pulstransformatoren. Pulstransformatorens hovedrolle var å tilveiebringe strømmen til de toroidefeltet spolene som ble tilført gjennom femten jernkjerner som ble spiralviklet fra en 0,03 millimeter jernstrimmel. Toroidefeltet var en sentral leder laget av kobber på vakuumtankens akse, og ble festet til vakuumtanken gjennom kobberlemmer dekket av isolerte klemmer. START hadde seks poloidale feltspoler i vakuumtanken og var innkapslet i 3 millimeter rustfritt stålkasser. De poloide spolene ble støttet fra bunnen av tanken, og hver kunne justeres etter behov. Vakuumtanken var det primære fartøyet der eksperimenter foregår; den var sylindrisk i form og ble delt inn i tre seksjoner. Tanken tilbød mange porter for feste av pumper og diagnostikk. En grafittbegrenser ble plassert rundt det sentrale rustfrie stålrøret, og dette ga en enkel måte å måle den innerste kanten av plasmaet under eksperimenter.

Operasjon

For å lykkes med å varme opp eksperimenter i en sfærisk tokamak, utførte fysikere nøytral stråleinjeksjon. Dette involverte å injisere hydrogen i hydrogen- eller deuteriumplasmaer, og ga effektiv oppvarming av både ioner og elektroner. Selv om atomer ble injisert uten netto elektrostatisk ladning, da strålen passerte gjennom plasmaet, ble atomene ionisert da de spratt av ionene som allerede var i plasmaet. Derfor, fordi magnetfeltet inne i torusen var sirkulært, var disse raske ionene begrenset til bakgrunnsplasmaet. Bakgrunnsplasmaet bremset de begrensede raske ionene, på samme måte som hvordan luftmotstand bremser en baseball. Energioverføringen fra de raske ionene til plasmaet økte den totale plasmatemperaturen. Den nøytrale stråleinjektoren som ble brukt i START, var utlånt fra Oak Ridge National Laboratory .

Den magneto-hydro-dynamiske grensen (MHD) var en operasjonell grense for tokamaks, med START som intet unntak. START-teamet ville teste MHD ved å bruke førti-seks sett med Mirnov-spoler i forskjellige høyder på midtkolonnen til START. Plasmer som dannes ved kompresjon i START begrenset svingningen i MHD.

Før oktober 1995 hadde START ingen raske avslutninger. I oktober 1995 ble avledningsspoler installert, og bilder viste at plasmaet ville samhandle med spolene før forstyrrelser skjedde. Disse mistankene ble ytterligere styrket da avlederspolene ble flyttet nærmere plasmaet i desember 1996, noe som resulterte i en høyere frekvens av forstyrrelser.

Egenskapene til plasma innen START ble også målt. Typisk plasma innen START hadde et sideforhold A = 1,3, forlengelse k = 1,8 og en temperatur på 400 eV.

En rekke eksperimenter nådde 32 prosent beta med START, hvor den forrige verdensrekorden for beta i en tokamak var 12,6 prosent. Faktorer som bidro til det betydelig høyere beta-tallet inkluderer bedre vakuumforhold, en kraftigere nøytral stråleinjeksjon , et lavere toroidefelt, et høyere plasmatrykk og et lavere magnetisk trykk . I 1998 ble en ikke-ohmsk beta på 40% oppnådd.

Arv

I mars 1998 ble START-eksperimentet ferdig og har siden blitt demontert og overført til ENEAs forskningslaboratorium i Frascati , Italia , hvor det dannet grunnlaget for Proto-Sphera . START-teamet startet Mega Ampere Spherical Tokamak Experiment eller MAST i 1999 som opererte i Culham Science Centre, Storbritannia frem til 2013.

Referanser

Eksterne linker

• MAST (START følg på eksperiment)