SU1175342A1

SU1175342A1 - Multislit magnetic trap

Info

Publication number: SU1175342A1
Application number: SU833678027A
Authority: SU
Inventors: Н.Н. Саппа; А.Д. Комаров
Original assignee: Предприятие П/Я В-8851
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1986-02-15

Abstract

МНОГОЩЕЛЕВАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТРАЯ ЛОВУШКА, состо ща из вакуумной |самеры с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерно охватывающими объем удержани плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образу магнитные щели, в которых размещены электроды, отличающа с тем, что, с целью повышени средней энергии ионов, каждый из проводников снабжен заземленным экраном, поверхность которого совпадает -с . граничной магнитной поверхностью, причем кра соседних экранов закреплены в щел х между проводниками по разные стороны медианных плоскостей щелей.A MULTIPLE ELECTROMAGNETIC TRAP, consisting of a vacuum | semera with annular conductors placed in it, uniformly covering the plasma confinement volume, while the adjacent conductors are oppositely connected to the current source, forming magnetic slots in which electrodes are placed, which, in order to increase average ion energy, each of the conductors is equipped with a grounded shield, the surface of which coincides with -c. a boundary magnetic surface, with the edges of the adjacent screens being fixed in the gaps between the conductors on different sides of the median planes of the slots.

Description

1 one

Изобретение относитс к физике плазмы и проблеме управл емого термо дерного синтеза и может быть использовано дл создани и удержани высокотемпературной плазмы,The invention relates to plasma physics and the problem of controlled thermo-nuclear synthesis and can be used to create and maintain high-temperature plasma,

Известна электромагнитна ловушка , удерживающее магнитное поле которой образовано двум встречновключенными соленоидами, а магнитные вдели закрыты зар женными электродами . Инжектированные в ловушку электроны ионизируют рабочий газ в ловушке, создают и ее центре отрицательньй объемный зар д, электричекое поле которого ускор ет образованные ионизацией газа ионы к центру ловушки и преп тствует их выходу поперек магнитного пол . Однако в однощелевых электромагнитных ловушках лишь мала область внутри объема удержани свободна от магнитного пол , и ионы, ускор сь к центру,захватываютс , магнитным полем и не успевают набрать максимально возможную энергию. Это заметно ограничивает среднюю энергию ионов (до величины 50 эВ при запирающем магнитные щели потенциале U -4 кВ) в электромагнитной ловушкеThe electromagnetic trap is known, the holding magnetic field of which is formed by two oppositely connected solenoids, and the magnetic trap is closed by charged electrodes. The electrons injected into the trap ionize the working gas in the trap, create a negative volume charge at its center, the electric field of which accelerates the ions formed by the ionization of the gas to the center of the trap and prevents them from escaping across the magnetic field. However, in single-slot electromagnetic traps, only a small area within the confinement volume is free from the magnetic field, and the ions, accelerating to the center, are captured by the magnetic field and do not have time to gain the maximum possible energy. This markedly limits the average ion energy (up to a value of 50 eV with a potential of U -4 kV for locking magnetic gaps) in an electromagnetic trap.

Наиболее близкой к предложенной ловушке вл етс многощелева электромагнитна ловушка, состо ща из вакуумной камеры с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерно охватьгоающими объем удержани плазмы, причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока , образу магнитные щели, в которых размещены электрода.Closest to the proposed trap is a multislit electromagnetic trap consisting of a vacuum chamber with annular conductors placed in it, uniformly covering the plasma confinement volume, with adjacent conductors being oppositely connected to the current source, forming magnetic slots in which the electrodes are located.

Удерживающее магнитное поле создают пропусканием встречно направленных параллельных токов по четному числу проводников, расположенных по образующим- цилиндрической или тороидальной поверхности либо коаксиально ей. Такие многощелевые ловушки имеют, сравнительно с однощелевой , больший объем удержани плазмы, т,е, область, свободную от магнитного пол , что позвол ет ускоренному полем иону набрать энергию, соответствующую разности потенциалов центра плазмы и места образовани иона, Однако на величине , приобретаемой ионом энергии, существенно сказываетс пространственное распред ение ускор ющего ионы потенциала в объеме удержани A holding magnetic field is created by passing oppositely directed parallel currents along an even number of conductors located along a coaxial or toroidal surface that forms a cylindrical surface. Such multislit traps have, in comparison with a single-slot, a larger plasma confinement volume, t, e, an area free from a magnetic field, which allows an ion accelerated by the field to gain energy corresponding to the potential difference of the plasma center and the place of formation of the ion. energy, significantly affects the spatial distribution of the accelerating ion potential in the retention volume

5342253422

и за его границами, Отрицательньй потенциал, установившийс в центре ловушки, плавно спадает к периферии причем основной спад его (около 80%)and beyond its borders, the Negative potential, established in the center of the trap, smoothly decreases to the periphery and its main decline (about 80%)

5 приходитс на область, лежащую вне объема удержани и простирающуюс до ближайшей защемленной поверхности .5 falls on an area beyond the containment volume and extending to the nearest clamped surface.

Таким образом, несмотр на существование обширной области внутри объема удержани , свободной от магнитного пол , величина средней энергии ионов не достигает максимально возможной величины, что св зано с распространением потенциала, ускор ющего ионы, и область, лежащую вне объема удержани .Thus, despite the existence of a vast area within the confinement volume free from the magnetic field, the average ion energy does not reach the maximum possible value, which is due to the propagation of the ion accelerating potential and the region outside the confinement volume.

Целью изобретени вл етс увеличение средней энергии ионов вThe aim of the invention is to increase the average ion energy in

20 электромагнитной ловушке,20 electromagnetic trap,

Это достигаетс тем, что в электромагнитной ловушке, содержащей вакуумную камеру с размещенными в ней кольцевыми проводниками, равномерноThis is achieved by the fact that in an electromagnetic trap containing a vacuum chamber with annular conductors placed in it,

25 охватывающими объем удержани плазмы , причем соседние проводники встречно подключены к источнику тока, образу магнитные щели, в которых размещены электроды, каждый из проводников снабжен заземленным экра- , ном, поверхность которого совпадает с граничной магнитной поверхностью, причем кра соседних экранов закреплены в щел х между проводниками по25 covering the plasma confinement volume, with adjacent conductors oppositely connected to a current source, forming magnetic slots in which electrodes are placed, each of the conductors is provided with a grounded shield, whose surface coincides with the boundary magnetic surface, and the edges of adjacent screens are fixed in slots between conductors on

, разные стороны медианных плоскостей щелей., different sides of median cleft planes.

На фиг, 1 изображена предлагаема электромагнитна ловушка дл удержани и нагрева плазмы с акси Q альной симметрией, продольное сечение; на фиг, 2 - то же, с транзитивной симметрией, поперечное сечение .Fig. 1 shows a proposed electromagnetic trap for holding and heating a plasma with axial Q symmetry, a longitudinal section; in FIG. 2, the same with transitive symmetry, the cross section.

В. вакуумной камере 1 расположены встречно подключенные к источнику тока проводники 2, равномерно охватьшающие объем удержани плазмы, Между проводниками, с внешней стороны ограниченного ими объема, расположены электроды 3, закрьшающие магнитные щели ловушки. Каждый из проводников 2 снабжен заземленным экраном 4 гиперболической формы, .соответствующей форме магнитных поверхностей, причем кра соседних экранов закреплены в щел х между проводниками по разные стороны медианных плоскостей щелей. Устройство работает следующим образом. После достижени необходимого вакуума в вакуумной камере 1 по про водникам 2 пропускают токи дл создани удерживающего магнитного пол Причем направлени токов в любых двух соседних проводниках противоположны . На электроды 3 подают высокий отрицательный потенциал. После включени ,инжектора электронов (не показан) инжектируемые электроны накапливаютс в ловушке, образу в центре ее высокий, относительно расположенных вблизи границы плазмы заземленных экранов 4, отрицательны потенциал. Ионы, по вл кмциес в результате ионизации рабочего газа, ускор ютс этим потенциалом в центральную область объемгГ удержани . Граница плазмы определ етс краней .магнитной поверхностью, еще hepeceкающей заземленньй экран. Устройств 24 будет работать наиболее эффективно, если внешн поверхность экрана будет вс совпадать с выбранной магнитной поверхностью, котора в этом случае и будет граничной, т.е. определ ющей границу плазмы. Размещение защемленного экрана вблизи границы удержани , плазмы, позвол ет создать разность потенциалов между центральной и периферийной областью удерживаемой в ловушке плазмы пор дка 1000 В вместо зарегистрированных сейчас экспериментально 200 250 В. Это в свою очередь приведет к более эффективному ускорению ионов, образованных в процессе ионизации и, следовательно, возрас- танию их средней энергии. При разных пространственных распределени х плотности электронов и потенциала в плазме величина средней энергии ионов будет достигать 150-250 эВ, т.е. в 3-5 раз больше по сравнению с прототипом.B. The vacuum chamber 1 has conductors 2 oppositely connected to the current source, uniformly covering the plasma confinement volume. Electrodes 3 located on the outside of the volume bounded by them are located electrodes 3 which encroach the magnetic gaps of the trap. Each of the conductors 2 is provided with a grounded shield 4 of hyperbolic shape corresponding to the shape of the magnetic surfaces, and the edges of the adjacent screens are fixed in the gaps between the conductors on different sides of the median planes of the slots. The device works as follows. After the required vacuum has been reached in the vacuum chamber 1, the conductors 2 are passed through the conductors 2 to create a holding magnetic field. Moreover, the directions of the currents in any two adjacent conductors are opposite. A high negative potential is applied to the electrodes 3. After switching on, the electron injector (not shown) injected electrons accumulate in the trap, forming in the center of its high, relatively grounded screens 4 located near the plasma boundary, negative potential. The ions, due to the ionization of the working gas, are accelerated by this potential into the central region of the retention volume. The boundary of the plasma is determined by the edge of the magnetic surface, which still hepends the grounded screen. The devices 24 will work most efficiently if the outer surface of the screen coincides entirely with the chosen magnetic surface, which in this case will be the boundary surface, i.e. defining the plasma boundary. Placing the clamped screen near the confinement boundary, plasma, creates a potential difference between the central and peripheral regions of a plasma trapped in the order of 1000 V, instead of 200,250 V now experimentally recorded. This in turn will lead to more efficient acceleration of ions generated in the ionization process. and, therefore, an increase in their average energy. With different spatial distributions of the electron density and potential in a plasma, the average ion energy will reach 150-250 eV, i.e. 3-5 times more compared to the prototype.

Claims

MULTI-SHELT ELECTROMAGNETIC TRAP, consisting of a vacuum chamber with ring conductors placed in it uniformly covering the plasma confinement volume, the adjacent conductors being counter-connected to the current source, forming magnetic slots in which the electrodes are placed, characterized in that, in order to increase the average energy of ions, each of the conductors is equipped with a grounded shield, the surface of which coincides with the boundary magnetic surface, and the edges of adjacent screens are fixed in the slots between the conductors along Various side of median planes of the slits.

FIG. 1

1 1175342