2016-08-25知识 上面已经说的很好啦~ 补充一些基础内容,图片、视频和新的结果~ 直观的区别—— 托卡马克就像个游泳圈,帅! 仿星器,像个用松了的发箍——丑! 但是真把这么歪歪扭扭装置设计加工出来,真的是超级难啊。 言归正传,原理上的差别—— 简单讲,区别就是 托卡马克的环形螺旋磁笼产生需要等离子体电流,仿星器不需要,直接通过外部线圈产生扭曲的环形磁笼。 稍微科普下: 可控核聚变难点在于聚变的 产生 与聚变物质的 约束 方法。产生就不说了。 地球上公认可行的约束方式有 磁约束 和 惯性约束 。 为什么不能用电约束呢?因为无法构造出三维的闭合电场。(谢@ruran君提醒,有静电约束装置fusor,内部是阳离子~ 有兴趣可以DIY,详见: Fusor.net) 为什么不能用重力约束呢?审题!地球上~~ 惯性约束行不行呢?笔者是做激光的,说句得罪同行的话,惯性约束是个坑。对,神2神3是大坑,NIF是天坑。激光能做到千赫兹吗?靶怎么换?单说增益有什么用!用万院士的话说:你用一分钱赚了一毛钱,然后说你多牛逼能赚大钱,合适吗? 这些点火装置基本上都是干别的活的,打着发展新能源的幌子模拟核爆什么的。(这部分不多扯,免得查水表了。) 那就只剩下磁约束了。 磁约束首先要构造 封闭的磁力线 ,否则带电粒子沿磁力线自由运动,hold不住,飞出去就损失掉了。 那么最简单直接的搞法是,一系列通电线圈沿着大环围出一个环形磁场。 假设此时仅存在外部磁场,此时磁场是一系列的同心圆磁力线,且内侧磁场强度大于外侧,带电粒子受磁梯度力的影响,会导致 电荷分离电场 ,进而造成等离子体整体向外漂移: 也就是说这种简单磁场无法约束带点粒子。那么如果构造一个如下图所示的磁力线,每根线既过上边也过下边,可以抵消电荷分离。 具体以含铁芯变压器的托卡马克为例,如下图: 初级线圈、铁芯和环状的等离子体共同组成了一个变压器,初级线圈将电流加至最大后突然撤销,铁芯产生变化磁场,通过变化的磁场在环形等离子体中感生一个大电流,电流再产生一个极化的磁场(poloidal magnetic field),这个极化磁场加上原先的环形磁场(toroidal magnetic field),合成一个环形螺旋的磁场(twisted helical magnetic field)。 另外由于存在热膨胀力和中心内环向外的磁压力,等离子体环会向外膨胀扩散,需要再加一个垂直环面的极化磁场将等离子体流体向内推,使稳定在平衡位置。因此托卡马克装置的磁容器由三部分组成: 环形磁场+等离子体电流磁场 形成环形螺旋场, 极向磁场 控制约束高温等离子流体的平衡位形。 极化磁场通常比环形磁场小得多,因为较强的环形磁场有利于克服等离子流体的不稳定。一条磁力线绕小环一圈所需要绕大环的圈数,称为安全因子q值。通常q越大,等离子体环向电流越小,等离子磁流体的稳定性越好。 但托卡马克装置中,实际的等离子体电流高达上千万安培,这会带来一系列问题:扭曲模、磁面撕裂、磁岛产生等,都会降低对等离子流体的约束;失控的话轻则熄火重则爆炸,需要花大力气研究。 换言之, 等离子体电流形成的极向磁场使得磁笼的构成非常简洁,但高温(10^8K)、大电流(10^7A)的控制令人煞费苦心。 ============分=======割========线============ 仿星器的做法就是:内部的等离子体电流不要了,把等离子体电流控制的难度转移为三维磁场设计和线圈加工安装的难度,直接通过外部复杂的线圈,在内部搞出闭合、扭曲的环状磁笼。 W7-X的磁容器设计【1】: 外部线圈为螺旋绕组,产生旋转变化的磁场。 3D模型: 50个蓝的是不规则超导线圈,20个黄的是普通环形线圈。 由于无等离子体环电流,运行更安全,有望建立小型、稳态反应堆。 仿星器懂的不多,不强答了。 分享两个科普: W7-X仿星器介绍: Germany is about to start up a monster machine that could revolutionize the way we use energy 网易公开课:可控核聚变 ——万元熙 院士 放两张帅照: 德国W7-X: 我国全超导托卡马克 EAST: ITER太墨迹了。。。。 按上面的分析,iron man很可能是用的stellarator。逃~) 参考文献: [1] Renner H, Boscary J, Erckmann V, et al. The capabilities of steady state operation at the stellarator W7-X with emphasis on divertor design[J]. Nuclear Fusion, 2000, 40(6): 1083.
上面已经说的很好啦~ 补充一些基础内容,图片、视频和新的结果~ 直观的区别—— 托卡马克就像个游泳圈,帅! 仿星器,像个用松了的发箍——丑! 但是真把这么歪歪扭扭装置设计加工出来,真的是超级难啊。 言归正传,原理上的差别—— 简单讲,区别就是 托卡马克的环形螺旋磁笼产生需要等离子体电流,仿星器不需要,直接通过外部线圈产生扭曲的环形磁笼。 稍微科普下: 可控核聚变难点在于聚变的 产生 与聚变物质的 约束 方法。产生就不说了。 地球上公认可行的约束方式有 磁约束 和 惯性约束 。 为什么不能用电约束呢?因为无法构造出三维的闭合电场。(谢@ruran君提醒,有静电约束装置fusor,内部是阳离子~ 有兴趣可以DIY,详见: Fusor.net) 为什么不能用重力约束呢?审题!地球上~~ 惯性约束行不行呢?笔者是做激光的,说句得罪同行的话,惯性约束是个坑。对,神2神3是大坑,NIF是天坑。激光能做到千赫兹吗?靶怎么换?单说增益有什么用!用万院士的话说:你用一分钱赚了一毛钱,然后说你多牛逼能赚大钱,合适吗? 这些点火装置基本上都是干别的活的,打着发展新能源的幌子模拟核爆什么的。(这部分不多扯,免得查水表了。) 那就只剩下磁约束了。 磁约束首先要构造 封闭的磁力线 ,否则带电粒子沿磁力线自由运动,hold不住,飞出去就损失掉了。 那么最简单直接的搞法是,一系列通电线圈沿着大环围出一个环形磁场。 假设此时仅存在外部磁场,此时磁场是一系列的同心圆磁力线,且内侧磁场强度大于外侧,带电粒子受磁梯度力的影响,会导致 电荷分离电场 ,进而造成等离子体整体向外漂移: 也就是说这种简单磁场无法约束带点粒子。那么如果构造一个如下图所示的磁力线,每根线既过上边也过下边,可以抵消电荷分离。 具体以含铁芯变压器的托卡马克为例,如下图: 初级线圈、铁芯和环状的等离子体共同组成了一个变压器,初级线圈将电流加至最大后突然撤销,铁芯产生变化磁场,通过变化的磁场在环形等离子体中感生一个大电流,电流再产生一个极化的磁场(poloidal magnetic field),这个极化磁场加上原先的环形磁场(toroidal magnetic field),合成一个环形螺旋的磁场(twisted helical magnetic field)。 另外由于存在热膨胀力和中心内环向外的磁压力,等离子体环会向外膨胀扩散,需要再加一个垂直环面的极化磁场将等离子体流体向内推,使稳定在平衡位置。因此托卡马克装置的磁容器由三部分组成: 环形磁场+等离子体电流磁场 形成环形螺旋场, 极向磁场 控制约束高温等离子流体的平衡位形。 极化磁场通常比环形磁场小得多,因为较强的环形磁场有利于克服等离子流体的不稳定。一条磁力线绕小环一圈所需要绕大环的圈数,称为安全因子q值。通常q越大,等离子体环向电流越小,等离子磁流体的稳定性越好。 但托卡马克装置中,实际的等离子体电流高达上千万安培,这会带来一系列问题:扭曲模、磁面撕裂、磁岛产生等,都会降低对等离子流体的约束;失控的话轻则熄火重则爆炸,需要花大力气研究。 换言之, 等离子体电流形成的极向磁场使得磁笼的构成非常简洁,但高温(10^8K)、大电流(10^7A)的控制令人煞费苦心。 ============分=======割========线============ 仿星器的做法就是:内部的等离子体电流不要了,把等离子体电流控制的难度转移为三维磁场设计和线圈加工安装的难度,直接通过外部复杂的线圈,在内部搞出闭合、扭曲的环状磁笼。 W7-X的磁容器设计【1】: 外部线圈为螺旋绕组,产生旋转变化的磁场。 3D模型: 50个蓝的是不规则超导线圈,20个黄的是普通环形线圈。 由于无等离子体环电流,运行更安全,有望建立小型、稳态反应堆。 仿星器懂的不多,不强答了。 分享两个科普: W7-X仿星器介绍: Germany is about to start up a monster machine that could revolutionize the way we use energy 网易公开课:可控核聚变 ——万元熙 院士 放两张帅照: 德国W7-X: 我国全超导托卡马克 EAST: ITER太墨迹了。。。。 按上面的分析,iron man很可能是用的stellarator。逃~) 参考文献: [1] Renner H, Boscary J, Erckmann V, et al. The capabilities of steady state operation at the stellarator W7-X with emphasis on divertor design[J]. Nuclear Fusion, 2000, 40(6): 1083.