DE1263938B - Device for the immaterial limitation of a high-temperature plasma - Google Patents
Device for the immaterial limitation of a high-temperature plasmaInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
G21bG21b
H05hH05h
Deutsche Kl.: 21g-21/21German class: 21g-21/21
Nummer: 1263 938Number: 1263 938
Aktenzeichen: C 31609 VIII c/21File number: C 31609 VIII c / 21
Anmeldetag: 6. Dezember 1963Filing date: December 6, 1963
Auslegetag: 21. März 1968Open date: March 21, 1968
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur immateriellen Begrenzung eines Hochtemperaturplasmas mit Hilfe einer Anordnung von magnetischen Spiegeln, welche gleichachsig und beiderseits einer zur gemeinsamen Symmetrieachse senkrechten Symmetrieebene angeordnete Spulen aufweist, wobei die Richtung des elektrischen Stromes durch die Spulen auf der einen Seite der Symmetrieebene der Stromrichtung in den Spulen auf der anderen Seite der Symmetrieebene entgegengesetzt ist.The invention relates to a device for the immaterial limitation of a high-temperature plasma with the help of an arrangement of magnetic mirrors, which are equiaxed and one on both sides to the common symmetry axis perpendicular plane of symmetry arranged coils, wherein the Direction of the electric current through the coils on one side of the plane of symmetry of the current direction is opposite in the coils on the other side of the plane of symmetry.
Ein Plasma läßt sich bekanntlich für die Zwecke der Kernspaltung nur dann verwenden, wenn seine Temperatur und seine Dichte über eine hinreichend lange Zeit auf einem sehr hohen Wert gehalten werden können. Die Einschließung eines solchen Plasmas innerhalb fester Wände scheitert aus Materialgründen, da es kein Material gibt, das den erforderlichen hohen Temperaturen über längere Zeit gewachsen wäre. Dementsprechend ist es üblich geworden, immaterielle Mittel für die Einschließung des Plasmas heranzuziehen und insbesondere mit magnetischen Feldern zu arbeiten.As is well known, a plasma can only be used for the purpose of nuclear fission if its Temperature and its density held at a very high value for a sufficiently long time can be. The confinement of such a plasma within solid walls fails for material reasons, because there is no material that can withstand the required high temperatures for long periods of time would have grown. Accordingly, it has become common to use intangibles for entrapment of the plasma and especially to work with magnetic fields.
In Anwendung dieses Prinzips sind zunächst Vorrichtungen bekanntgeworden, bei denen ein axialsymmetrisches magnetisches. Feld mittels einer Art von Spiegelwirkung ein zylinderförmiges Plasma nicht über die Stirnflächen des Zylinders hinaustreten läßt. Vorrichtungen zum Begrenzen eines Plasmas, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 1087 287, den Seiten 51 bis 64 des Buches von Bishop »Project Sherwood«, 1958, und den Seiten 145 bis 156 des Bandes 34 von 1962 der »Ergebnisse der Exakten Naturwissenschaften« beschrieben. Außer der auf diese Weise erzielbaren Begrenzung des Plasmas in axialer Richtung ist jedoch auch eine radiale Umschließung erforderlich. Auch diese läßt sich mit magnetischen Mitteln erzielen. Ein Beispiel für eine entsprechende Vorrichtung ist in der deutschen Auslegeschrift 1 094 889 beschrieben, bei der zwei einander gegenüberliegende Spulen von entgegengesetzten Strömen durchflossen werden. Dadurch entsteht ein Magnetfeld, bei dem nicht nur in Richtung der Kraftlinien durch deren Zusammenlaufen an den Enden der Nutzzone, innerhalb deren das Plasma eingeschlossen werden soll, eine Begrenzung erfolgt, sondern auch senkrecht zu diesen Kraftlinien dadurch, daß diese gegenüber dem Plasma eine konvexe Form aufweisen. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind also zwei Bedingungen erfüllt: es herrscht einmal in Axialrichtung im Inneren der Nutzzone ein Feldstärkeminimum, und es ergibt sich Vorrichtung zur immateriellen Begrenzung eines HochtemperaturplasmasIn application of this principle, devices have first become known in which an axially symmetrical magnetic. Field by means of a kind a cylindrical plasma does not have a mirror effect beyond the end faces of the cylinder leaves. Devices for limiting a plasma that work according to this principle are, for example in German Auslegeschrift 1087 287, pages 51 to 64 of the book by Bishop "Project Sherwood," 1958, and pages 145 to 156 of Volume 34 of 1962 of "Results of the Exact natural sciences «. In addition to the limitation of the However, a radial enclosure is also required for plasma in the axial direction. Also this leaves achieve with magnetic means. An example of a corresponding device is in German Auslegeschrift 1 094 889 described in which two opposing coils of opposite currents are flowed through. This creates a magnetic field in which not only in the direction of the lines of force by their convergence at the ends of the useful zone, within them If the plasma is to be enclosed, a limitation is made, but also perpendicular to these lines of force in that they have a convex shape compared to the plasma. With this well-known So two conditions are met: there is one in the axial direction inside the device Usable zone a field strength minimum, and there is a device for the immaterial limitation of a High temperature plasma
Anmelder:Applicant:
Commissariat ä l'Energie Atomique, ParisCommissariat a l'Energie Atomique, Paris
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte,Dipl.-Ing. R. Beetz and Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patent attorneys,
8000 München 22, Steinsdorfstr. 108000 Munich 22, Steinsdorfstr. 10
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Jean Andreoletti,Jean Andreoletti,
Le Chesnay, Seine-et-Oise (Frankreich)Le Chesnay, Seine-et-Oise (France)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Frankreich vom 12. Juli 1963 (941 318)France of July 12, 1963 (941 318)
andererseits durch den konvexen Verlauf der Kraftlinien eine stabile Begrenzung des Plasmas senkrecht zu den Kraftlinien. Nachteilig ist jedoch bei dieser Vorrichtung, daß das Plasma relativ leicht verlorengeht. Das Feldstärkeminimum im Bereich der Ein-Schließungszone hat nämlich den Wert Null; ein solches System ist zwar gegenüber den hydromagne-1 tischen Austauschkräften stabil, erfährt jedoch durch den Nullwert des Magnetfeldes eine erhebliche Schwächung der Einschließungskräfte für die unabhängigen Teilchen. Diese diffundieren daher in erheblichem Ausmaß in den Verlustkegel des Einschließungsfeldes, und demzufolge vermindert sich die effektive Einschließungszeit der Plasmateilchen erheblich.on the other hand, due to the convex course of the lines of force, a stable delimitation of the plasma perpendicular to the lines of force. However, the disadvantage of this device is that the plasma is relatively easily lost. The field strength minimum in the area of the confinement zone has the value zero; Although such a system is stable to the hydromagne- 1 schematically exchange forces but learns from the zero value of the magnetic field a significant weakening of the encircling for the independent particles. These therefore diffuse to a considerable extent into the loss cone of the confinement field, and consequently the effective confinement time of the plasma particles is considerably reduced.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten
Art eine Einschließung des Plasmas nicht wie bei den bekannten Vorrichtungen im Zentrum
und bei einem Wert Null für die magnetische FeIdstärke, sondern an anderer Stelle in der Weise vorzunehmen,
daß das Plasma parallel und senkrecht zu den Kraftlinien stabil begrenzt ist und nicht
verlorengehen kann.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Magnetfeldstärke zwischen den jeweiligen beiden
Endspulen der beiderseits der Symmetrieebene angeordneten Gruppen von Spulen ein Minimum auf-The invention is therefore based on the object, proceeding from a device of the type mentioned at the outset, not to enclose the plasma as in the known devices in the center and at a value of zero for the magnetic field strength, but elsewhere in such a way that the plasma is stably bounded parallel and perpendicular to the lines of force and cannot be lost.
This is achieved according to the invention in that the magnetic field strength between the respective two end coils of the groups of coils arranged on both sides of the plane of symmetry is a minimum.
809 519/511809 519/511
mindern. Man gelangt auf diese Weise zu einer Vorrichtung, bei der die beiden Windungsgruppen etwa die Form zweier Kegelstümpfe aufweisen, deren Basen nahe der Ebene liegen.reduce. In this way one arrives at a device in which the two groups of turns are approximately have the shape of two truncated cones, the bases of which are close to the plane.
Diese Kegelstümpfe können entweder durch gegebenenfalls zu Spulen zusammengefaßte Windungen oder durch ein zusammenhängendes Blech gebildet werden, das man beispielsweise mit pulsierendem Strom speist.These truncated cones can either by optionally Windings combined into coils or formed by a continuous sheet metal be fed, for example, with pulsating current.
In der Zeichnung ist schematisch ein Ausf ührangsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die Achse der Vorrichtung ist mit Oz bezeichnet, die Spur der Symmetrieebene auf der Zeichenebene mit Or. Oberhalb der Achse Oz ist die Vorrichtung im SchnittIn the drawing, an exemplary embodiment of the invention is illustrated schematically. The axis of the device is designated with Oz , the trace of the plane of symmetry on the plane of the drawing with Or. Above the axis Oz , the device is in section
weist und die zweite Ableitung der Funktion B(f) nach r kleiner ist als——, wobei B die Magnetfeldstärke und r der auf der gemeinsamen Achse vom Schnittpunkt der Achse mit der Symmetrieebene aus gerechnete Abstand ist.and the second derivative of the function B (f) with respect to r is less than -, where B is the magnetic field strength and r is the distance calculated on the common axis from the intersection of the axis with the plane of symmetry.
Die Erfindung beruht dabei auf der im folgenden näher erläuterten Erkenntnis, daß man die beiden eingangs genannten, für die Begrenzung des Plasmas wesentlichen Bedingungen (Feldminimum und Begrenzung des Plasmas durch konvex gekrümmte Feldlinien) nicht nur im Zentrum einer Gruppe von zwei entgegengesetzt stromdurchflossenen Spulen (wie bei der bekannten Ausführung), sondern auchThe invention is based on the finding, explained in more detail below, that the two Conditions mentioned at the beginning, essential for the limitation of the plasma (field minimum and limitation of the plasma by convexly curved field lines) not only in the center of a group of two oppositely current-carrying coils (as in the known version), but also
bei einem von Null verschiedenen Wert des Achs- 15 veranschaulicht. Sie wird durch zwei symmetrisch abstandes oder Radius r erfüllen kann, wobei sich angeordnete Gruppen von je fünf ringförmigen dann ein vom Wert Null verschiedenes Minimum Spulen 1, 2, 3, 4 und 5 bzw. 1', 2', 3', 4' und 5' gedes Magnetfeldes B ergibt. bildet. Die Lage der Mittelpunkte der Spulenquer-illustrated with a non-zero value of the axis 15. It can be fulfilled by two symmetrically spaced or radius r, with arranged groups of five ring-shaped each then a minimum of coils 1, 2, 3, 4 and 5 or 1 ', 2', 3 ', 4' different from zero. and 5 'of the magnetic field B results. forms. The position of the center points of the coil transverse
Nimmt man an — was der einfachste Fall ist, von schnittsflächen sowie die durch die Spulen fließenden
dem man sich in der Praxis meist nicht allzu weit 20 Ströme gehen aus folgender Tabelle hervor:
entfernen wird —, daß die von den beiden Windungsgruppen gebildeten Flächen symmetrisch zu
der genannten Ebene liegende Rotationsflächen
(bezogen auf die senkrecht auf der Ebene stehende
Achse der beiden Windungsgruppen) sind, und be- 25
zeichnet man die Höhe eines beliebigen Punktes
einer Kraftlinie, d. h. den Abstand von der genannten
Ebene, mit z, so ergibt sich die Bedingung der konvexen Form der zur Symmetrieebene benachbarten
Kraftlinien leicht aus der Gleichung, die die Auf- 30
rechterhaltung des Magnetflusses F in einem Kraft-If one assumes - which is the simplest case, of the cut surfaces as well as the currents flowing through the coils, which in practice are usually not too far removed, the following table shows that the surfaces formed by the two groups of turns are symmetrical
surfaces of revolution lying on said plane
(based on the one that is perpendicular to the plane
Axis of the two groups of turns), and 25
draw the height of any point
a line of force, ie the distance from said line
Plane, with z, the condition of the convex shape of the one adjacent to the plane of symmetry results
Lines of force can easily be derived from the equation that leads to the 30
maintenance of the magnetic flux F in a force
linienrohr ausdrückt (2nrzB = F):
2 52 + 2 ß'2r2 + 2 BB'r line pipe expresses (2nrzB = F):
2 52 + 2 ß ' 2 r 2 + 2 BB'r
BBBB
coco
Die Striche bedeuten hierbei die Ableitungen nach r. Da für das Minimum gilt: B' = 0, folgt aus Gleichung (I)The lines here mean the derivatives according to r. Since the following applies to the minimum: B '= 0, it follows from equation (I)
B" < —. B "< -.
Hieraus ergibt sich ein Magnetfeld, das ein Minimum zwischen den Spulen 3 und 3' aufweist. Das »Spiegelverhältnis«, d.h. das Verhältnis des Wertes des Feldes an einem seiner Maxima (zwischen den Spulen 1 und 1' einerseits und den Spulen 5 und 5' anderseits) zu dem Wert des Feldes beim Minimum beträgt 1,085. Das Feld im Ursprung O ist selbstverständlich Null. Die Stromversorgung der Spulen ist nicht veranschaulicht, da sie keine Besonderheit aufweist. Ebenso sind die Einführung des zu ionisierenden Gases sowie die Pumpeinrichtungen nicht dargestellt. Die Ionisation ergibt sich in bekannter Weise aus dem Anwachsen des Stromes in den Spulen.This results in a magnetic field which has a minimum between the coils 3 and 3 '. The "mirror ratio", ie the ratio of the value of the field at one of its maxima (between coils 1 and 1 'on the one hand and coils 5 and 5' on the other hand) to the value of the field at the minimum is 1.085. The field at the origin O is of course zero. The power supply to the coils is not illustrated as it has nothing special. The introduction of the gas to be ionized and the pumping devices are also not shown. The ionization results in a known manner from the increase in the current in the coils.
Unterhalb der Achse Oz sind zwei symmetrischBelow the Oz axis, two are symmetrical
Bei der vorliegenden Vorrichtung liegt das Feld- 45 zueinander verlaufende magnetische Kraftlinien 6,6'
minimum auf einem Kreis in der Symmetrieebene. veranschaulicht. In der Höhe der Spulen 3 und 3'
Das Plasma in dieser Nutzzone ist dabei von konvex
gekrümmten Kraftlinien begrenzt. Diese Vereinbarkeit zwischen der konvexen Form der auf die Symmetrieebene
zu gerichteten Kraftlinien mit der-50
Existenz eines Minimums der Funktion B (r) läßt
sich wie folgt verstehen: Bei großen Werten von r
laufen die Kraftlinien in Richtung auf die Symmetrieebene zusammen (vgl. die Zeichnung); bei
kleinen Werten von r laufen sie dagegen — bei Be- 55 barter Kraftlinien im Hinblick auf das radiale Zutrachtung
in einer senkrecht zu Oz liegenden Ebene sammenlaufen mit zunehmender Annäherung an die
— in Richtung auf die Rotationsachse Oz radial zu- Achse Oz verkleinert.In the present device, the field 45 mutually extending magnetic lines of force 6,6 'is at least on a circle in the plane of symmetry. illustrated. At the height of the coils 3 and 3 ', the plasma in this useful zone is convex
curved lines of force. This compatibility between the convex shape of the lines of force directed towards the plane of symmetry with the -50
Existence of a minimum of the function B (r)
understand each other as follows: With large values of r
the lines of force converge in the direction of the plane of symmetry (cf. the drawing); at
On the other hand, they converge with small values of r - with visible lines of force in view of the radial approach in a plane perpendicular to Oz converge with increasing approach to the axis Oz - in the direction of the axis of rotation Oz radial to- axis Oz.
sammen. Denkt man sich somit das durch die beidentogether. So if you think of them through the two
Im Interesse der Stabilität des Plasmas nimmt Spulengruppen erzeugte Magnetfeld durch eine Anman die Begrenzung zweckmäßig in der Nähe des 60 zahl von radial verlaufenden Kraftlinienrohren erdem Minimum von B entsprechenden Kreises vor, setzt, in denen der Magnetfluß konstant bleibt, so ist damit das Minimum von B (r) so ausgeprägt wie für die Vorrichtung wesentlich, daß sich mit zumöglich ist. Man gibt zu diesem Zweck dem Ver- nehmendem r der Querschnitt eines solchen Krafthältnis der extremen Radien große Werte. linienrohres zunächst vergrößert, dann ein MaximumIn the interests of the stability of the plasma, the magnetic field generated by the groups of coils is expediently limited in the vicinity of the circle corresponding to the minimum of B , in which the magnetic flux remains constant, so that is the minimum of B (r) as pronounced as essential for the device that it is possible with. For this purpose, the person taking r the cross-section of such a force ratio of the extreme radii is given large values. line pipe initially enlarged, then a maximum
Zur Erzielung des Zusammenlaufens der magne- 65 erreicht (Feldminimum) und dann wieder abnimmt, tischen Kraftlinien zur Symmetrieebene bei großen wobei der genannte mittlere Bereich des Feld-Werten von r ist es anderseits zweckmäßig, die minimums von konvex gekrümmten Feldlinien beHöhe ζ der Windungen bei zunehmendem r zu ver- grenzt wird.To achieve the convergence of the magnetic lines of force (field minimum) and then decreases again, tic lines of force to the plane of symmetry at large with the mentioned middle range of the field values of r , on the other hand, it is expedient to use the minimum of convexly curved field lines at height ζ of the windings at increasing r becomes too limited.
verlaufen sie noch — wenn auch nur geringfügig — auf die Symmetrieebene Oz zu; ihre konvexe Form ist also noch zum Plasma hin gerichtet.do they still run - even if only slightly - towards the plane of symmetry Oz ; its convex shape is therefore still directed towards the plasma.
Um sich das erwähnte Zusammenlaufen der Kraftlinien bei kleiner werdendem r zu vergegenwärtigen, denke man sich die Kraftlinien einer Spulengrüppe auf die Symmetrieebene Or projiziert. Man erkennt dann, daß sich der Abstand benach-In order to visualize the mentioned convergence of the lines of force with decreasing r, imagine the lines of force of a coil group projected onto the plane of symmetry Or. You can then see that the distance is adjacent
Claims (5)
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1094 889,Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1094 889,
A. S. B i s h ο ρ, Project Sherwood, 1958, Reading,287;
AS B ish ο ρ, Project Sherwood, 1958, Reading,
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR941318A FR1375083A (en) | 1963-07-12 | 1963-07-12 | Double conductive structure for the magnetic confinement of an ionized gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1263938B true DE1263938B (en) | 1968-03-21 |
Family
ID=8808216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEC31609A Pending DE1263938B (en) | 1963-07-12 | 1963-12-06 | Device for the immaterial limitation of a high-temperature plasma |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1263938B (en) |
| FR (1) | FR1375083A (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1087287B (en) * | 1958-05-08 | 1960-08-18 | Atomic Energy Commission | Reaction chamber for high-current plasma discharges, which is equipped with magnetic end closures |
| DE1094889B (en) * | 1958-07-02 | 1960-12-15 | Atomic Energy Commission | Device for enclosing a plasma at high temperature |
-
1963
- 1963-07-12 FR FR941318A patent/FR1375083A/en not_active Expired
- 1963-12-06 DE DEC31609A patent/DE1263938B/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1087287B (en) * | 1958-05-08 | 1960-08-18 | Atomic Energy Commission | Reaction chamber for high-current plasma discharges, which is equipped with magnetic end closures |
| DE1094889B (en) * | 1958-07-02 | 1960-12-15 | Atomic Energy Commission | Device for enclosing a plasma at high temperature |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR1375083A (en) | 1964-10-16 |
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