Stellarator

Un stellarator est un dispositif utilisé pour confiner un plasma chaud avec des champs magnétiques afin de soutenir une réaction commandée de la fusion nucléaire . Le champ magnétique nécessaire pour confiner le plasma est complètement produit par les enroulements externes. Il a été inventé par le Lyman Spitzer et les premiers dispositifs ont été établis au laboratoire de physique des plasmas de Princeton de dans le 1951 . Le nom a été donné à ce premier concept de fusion en raison de la possibilité d'armer la source d'énergie du soleil (qui est un objet stellaire : une étoile ).

Quelques expériences importantes de stellarator sont le Wendelstein , dans le Allemagne , et dispositif hélicoïdal le grand, dans le Japon . Un nouveau stellarator, le NCSX , actuellement est établi au laboratoire de physique des plasmas de Princeton de .

Description

Le stellarator résout des problèmes faits face par des réacteurs à fusion du tokamak où les enroulements du câblage d'un électro-aimant autour d'un tore sont moins denses sur l'extérieur de la boucle que sur l'intérieur, qui le rend difficile pour que le tore magnétique contienne le plasma. Le stellarator aborde cette issue en employant un tore plié dans une figure-huit forme.

Dans des particules d'un plasma de tore de norme (ions) sur la partie intérieure du tube sont soumis à une plus grande force magnétique que ceux à l'extérieur. Seulement les particules près du milieu reçoivent la quantité optima. Puisque les forces magnétiques sont généralement perpendiculaires au mouvement, le plasma non-centré déplaçant autour le tore serait obligatoire vers le haut ou vers le bas jusqu'à ce qu'il ait frappé les bords du tube.

Dans un stellerator, quand une particule satellise le tube, il dépense la moitié du temps sur l'intérieur du tube et la moitié sur l'extérieur. Ceci aide égalise les forces et la particule est sujette à une force de dérive beaucoup plus petite.

Les stellarators les plus tôt étaient figure-eights, se composant de deux côtés d'un tore relié ainsi que les tubes droits croisés. Pour permettre aux tubes de croiser sans frapper, les sections de tore sur l'une ou l'autre extrémité ont été tournées légèrement. Cet arrangement était moins que parfait, cependant, car une particule sur la partie intérieure à une extrémité ne finirait pas vers le haut à la partie externe à l'autre, mais à un autre point tourné à partir de l'endroit parfait dû à l'inclinaison des deux extrémités.

Les différentes géométries ont été essayées pour aborder ces problèmes, commençant par les changements simples pour permettre aux extrémités de se trouver à plat à différents niveaux et à placer les courbures symétriques dans les bras à la place. Une version postérieure a résolu le problème plus d'une façon convaincante en présentant un tube arachide-shaped au lieu d'une figure-huit, dans-a plié des côtés que la compensation dehors-plient les sections toroïdales sur l'une ou l'autre extrémité.

La solution était magnétique plutôt que mécanique. En tournant les enroulements magnétiques eux-mêmes pendant qu'ils étaient enroulés autour de la chambre, le plasma serait tourné autour d'un tore simple, se déplaçant lentement de l'intérieur à l'extérieur.

Configurations de stellarator

Torsatron : Une configuration de stellarator avec les enroulements hélicoïdaux continus. Elle peut également faire remplacer les enroulements continus par un certain nombre d'enroulements discrets produisant un champ semblable.

Heliotron : Une configuration de stellarator dans laquelle un enroulement hélicoïdal est employé pour confiner le plasma, ainsi qu'une paire de pf love pour fournir un champ vertical. Des enroulements de TF peuvent également être employés pour commander les caractéristiques extérieures magnétiques.

Helias : Une configuration de stellarator dans laquelle les enroulements ressemblent au TF tordu et non plan love de sorte que les enroulements hélicoïdaux continus ou tokamak-comme des enroulements de pf soient présents. On a proposé le Helias (tellarator de dvanced par S A de HELI calorie) pour être le concept de stellarator le plus prometteur pour une centrale, avec une conception de technologie modulaire et un plasma optimisé, des propriétés de magnétohydrodynamique et de champ magnétique. Le dispositif de Wendelstein VII-X est basé sur une configuration de Helias de cinq champ-périodes.

Comparaison aux tokamaks

Le tokamak fournit à la torsion required aux lignes de champ magnétique pas en manoeuvrant le champ les courants externes, mais en conduisant un courant par le plasma lui-même. Les lignes de champ autour du cartel courant de plasma avec le champ toroïdal pour produire les lignes de champ hélicoïdales, qui enroulent autour du tore dans les deux directions.

Bien qu'elles aient également une topologie toroïdale de champ magnétique, les stellarators sont distincts des tokamaks du fait ils ne sont pas azimuthally symétriques. Ils ont à la place une symétrie de rotation discrète, souvent quintuple, comme un pentagone régulier.

On lui discute généralement que le développement des stellarators moins est avancé que des tokamaks bien que la stabilité intrinsèque qu'ils fournissent ait été suffisante pour poursuivre un développement actif de ce concept. Les stellarators, à la différence des tokamaks, n'exigent pas un courant toroïdal, de sorte que les dépenses et la complexité de la commande courante et/ou la perte de disponibilité et les efforts périodiques de l'opération pulsée puissent être évités. En outre, il n'y a aucun risque de ruptures courantes.

En baisse, la nature tridimensionnelle du champ, le plasma, et le navire le rendent beaucoup plus difficile de faire la théorie ou les diagnostics expérimentaux avec des stellarators. D'une part, il pourrait être possible d'employer les degrés de liberté additionnels pour optimiser un stellarator des manières qui ne sont pas possibles avec des tokamaks. Il est beaucoup plus difficile de concevoir un divertor (la section du mur qui reçoit la puissance d'échappement du plasma) dans un stellarator, le dehors-de-avion il est beaucoup plus difficile de fabriquer les enroulements que magnétiques (communs dans beaucoup de stellarators modernes et probablement des tous les futurs) que les enroulements simples et planaires qui suffisent pour un tokamak, et l'utilisation du volume et de la force de champ magnétique est généralement plus pauvre qu'en les tokamaks.

Résultats récents

Le but des dispositifs magnétiques d'emprisonnement est de transporter l'énergie lentement à travers un champ magnétique. Les dispositifs toroïdaux sont relativement réussis parce que les propriétés magnétiques vues par les particules sont ramenées à une moyenne pendant qu'elles voyagent autour du tore. La force du champ vu par une particule, cependant, varie généralement, de sorte que quelques particules soient emprisonnées par l'effet de miroir de . Ces particules ne pourront pas faire la moyenne des propriétés magentic tellement effectivement, qui auront comme conséquence le transport accru d'énergie. Dans la plupart des stellarators, ces changements de l'intensité de champ sont plus grands que dans les tokamaks, qui est une raison importante qui transportent dans les stellarators tend à être plus haute que dans les tokamaks.

L'université de professeur David Anderson de génie informatique du Wisconsin et d'aide John Canik de recherches a récemment montré que l'expérience hélicoïdal symétrique (HSX) peut surmonter cette barrière principale dans la recherche de plasma. Le HSX est le premier stellarator pour employer un champ magnétique quasi-symétrique. L'équipe a conçu et a construit le HSX avec la prévision que quasisymmetry réduirait le transport. Car la dernière recherche de l'équipe montre, est exactement ce ce qu'il fait. " ; C'est la première démonstration que les travaux quasisymmetry, et vous peuvent réellement mesurer la réduction du transport qui vous obtenez, " ; dit Canik.

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