Hier ist die Zukunft der nuklearen Fusion Forschung aussah wie, 1962

Zu Beginn des Atomzeitalters suchte Regierungen auf beiden Seiten des Eisernen Vorhangs, die Kraft der Kernfusion nutzen. Forscher an der Princeton Plasma Physics Laboratory in New Jersey Stand an der Spitze der amerikanischen Bemühungen als 1953, begann sie mit Stellaratoren – eines der ersten Fusion-Systeme gesteuert.

Frühe Fusionsforschung in der westlichen Welt fast sofort geteilt in zwei Hälften nach dem Ende des zweiten Weltkriegs, eine Teilmenge von Super-komprimierte Fusionsmaterialien bei sehr kurzen Zeitskalen, die anderen beobachten Forscher — einschließlich Dr. Lyman Spitzer, Vorsitzender der Abteilung für Astronomie an der Princeton University – diese Materialien auf eine niedrige Kompression für längere Zeit zu beobachten. Spitzers Erfindung diente diesem Zweck wunderbar. Der Stellarator, die Spitzer in 1950 erfunden wurde entwickelt, um überhitzten, elektrisch geladenes Plasma halten – eine wichtige und grundlegende Komponente der Kernfusionsforschung — in einem dafür vorgesehenen Feld verwenden elektromagnetische Ströme.

Ein 1996 Bericht von UCSD für die Fusion Energy Science Advisory Committee, erklärt: diese Geräte sind wichtig für unser Verständnis der Plasmaphysik erweitert:

Die Stellarator treibt die Entwicklung von dreidimensionalen (3D) Plasmaphysik, die benötigt wird, während die toroidal Fusion-Programm und für das Studium des natürlich vorkommenden Plasmen. Resistive Wand-Modi und Feld Fehler Effekte sind beispielsweise 3-d-Gleichgewicht Probleme. 3D-Effekte bieten wesentliche Einschränkungen auf die Leistung von nominell axialsymmetrisch Geräten wie Tokamaks und RFPS. Bahnen der Elektronen in der Magnetosphäre sind mit der magnetischen Koordinate untersucht und driften Hamiltonian Techniken für Stellaratoren entwickelt.

Normalerweise wenn Sie eine Gas in Plasma Heizen, es natürlich abführen wird, die Chance gegeben, und da es nicht wirklich keine physischen Materialien, die die enormen Mengen an ertragen können Wärme Energie Plasma emittiert, die Partikel müssen beschränkt werden elektromagnetische Abstoßung mit – insbesondere die Lorentz-Kraft. Wenn eine Draht-Helix ist eine röhrenförmige Tragstruktur umwickelt und elektrifiziert, erzeugt es ein Magnetfeld, das sich entlang der Durchmesser des Drahtes ausstrahlt. Da das Feld stärker auf der Innenseite der Spule als von außen, es effektiv komprimiert das Plasma und verhindert, dass es tatsächlich berühren die Stützmauer. Und damit das Plasma nicht schießen aus den Enden der Spule wie Soda aus einem Strohhalm, die beiden Enden werden einfach einen Donut aus Draht mit einem überhitzten Teilchen zu füllen.

Das Problem mit diesem Entwurf war, dass die höchste Energie – und daher wertvollsten — Partikel würde schließlich drehen sich klar aus dem Feld Entbindung. Spitzers Stellarator minimiert dieses Ereignis durch verdrehen und Dehnung der Ringform in eine Figur 8 mit einer 180-Grad-Wendung in der Mitte. Auf diese Weise hochenergetischen Teilchen am äußeren Rand des Rings (wo das Feld am schwächsten ist) würde durch die Zeit zurück zu der Mitte des Balkens gespiegelt werden es die nächste Kurve eingetragen.

Praktisch alle Plasmaphysik Forschung in den 1950er Jahren und der 1960er Jahre ereignete sich am Stellaratoren. Das Modell C oben, war das größte dieser Geräte. "Die Maschine war in Form von einer Rennstrecke t, 200 cm lang mit 5-7,5 cm Nebenradius für das Plasma" beschreibt Thomas H Stix Highlights im frühen Stellarator-Forschung an der Princeton University. "Toroidale Magnetfeld war in der Regel bei 35.000 Gauß betrieben. Eines der zwei geraden Beinen der Rennstrecke enthielt ein Divertor, dem andern eine Sektion um 4 Megawatt von 25 MHz Ion Cyclotron Resonance Heizung (ICRH) liefern. L:2 und L:3 spiralförmige Windungen installiert in den U-Kurven zur Verfügung gestellt einer Rotations-Transformations bis zu ca. 180'."

Es wurde im Jahre 1962 in Dienst und blies sofort die Türen aus der früheren Abbildung 8 Design. Es integriert ein paar Neuerungen – Divertor, die unerwünschten Abfall Partikel aus dem Datenstrom ohne Unterbrechung Feld Entbindung gesogen, und ICRH, die Radiowellen um die Ionen um die Mittelachse des Feldes die gleiche Art und Weise die Draht-Helix der älteren Modelle, die um den zentralen Kern ihrer Support-Matrix gewickelt Spin zu erzwingen – frühere Modelle Probleme mit Plasma Verlust verringert. Dieses Design beeinflusst auch direkt die Designentwicklung der neueren Tokamak-Experimente. In der Tat umgewandelt im Jahr 1969 der PPPL Modell C selbst zu einem Tokamak-Design, Umbenennung der symmetrischen Tokamak.

Diese Maschinen waren in der Lage, die Heizung Ionen auf 1,6 keV, Elektronen auf 3,5 keV und Verpackung, die weniger als 3 x 1020 Partikel in einem Kubikmeter des Innenraums, was in etwa was die Tokamak-Technologie, die in den 1970er Jahren Stellaratoren verdrängt waren in der Lage. Jedoch nicht die Tokamaks anomale Plasma Verlust leiden – sie laufen den elektrischen Strom durch das Plasma selbst und nicht durch die externe Leitung Helix – und wieder bessere Ergebnisse als die früheren Technologie. Dies führte zur Stellaratoren für fast drei Jahrzehnte, bis sich Mängel in der Tokamak-Technologie angetrieben ein Wiederaufleben im Interesse für den Stellarator-Design in den 1990er Jahren mit der Forschungsgemeinschaft in Ungnade fallen. Heute Wendelstein 7-X in Deutschland, wendelförmig symmetrischen Experiment in Wisconsin und Japans großen schraubenartigen Vorrichtung tragen auf die Arbeit und den Geist der ursprünglichen Stellaratoren. [IOP - Wiki - JSPF - UCSD - PPPL]

Bilder: PPPL