Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mở Rộng Cơ Bản Của Việc Nén Động Năng Của Plasmas Nhiệt Hạch Cấu Hình Đảo Ngược Từ Trường
Tóm tắt
Plasmas cấu hình đảo ngược từ (FRC) là các thiết bị plasma đã chứng minh rằng qua quá trình nén từ tính, chúng có thể được nung nóng đến điều kiện nhiệt hạch trong không gian tham số của một máy phát điện có khả năng sản xuất năng lượng (Kirtley et al., Hội nghị Kỹ thuật Nhiệt Hạch của IEEE, 2021). Đặc biệt, FRC là loại plasma beta cao, tức là năng lượng động học của các hạt plasma cân bằng với một trường từ bên ngoài được áp dụng ở tất cả các giai đoạn hoạt động. Công trình này sẽ cho thấy rằng một sự xấp xỉ hình trụ cho năng lượng và phân bố hạt bên trong một FRC có thể, trong khoảng 11%, phù hợp với kết quả hiệu suất nhiệt hạch của cả mô phỏng Magnetohydrodynamic (MHD) đầy đủ cũng như tất cả các mô hình phân bố không gian và năng lượng lý thuyết hiện đại và vững chắc. Hơn nữa, bằng cách sử dụng mô hình hình trụ đơn giản hóa, các phương trình phản ứng nhiệt hạch, bức xạ, và vận chuyển năng lượng giờ đây có thể được tính toán một cách số học và có thể được mô hình hóa trên một không gian tham số rộng. Ở phần thứ hai của công trình này, một mô hình số chi tiết sẽ được trình bày với các hiệu suất lý thuyết chính của việc nén các plasmas nhiệt hạch beta cao trong cả nhiên liệu deuterium–tritium (D–T) và deuterium–helium-3 (D–He-3). Như sẽ được trình bày, một plasma D–He-3 beta cao vượt trội hơn so với nhiên liệu D–T beta thấp và có thể lý thuyết mang lại năng suất nhiệt hạch dương.
Từ khóa
#Plasma cấu hình đảo ngược từ #nhiệt hạch #nén động năng #năng lượng #mô hình sốTài liệu tham khảo
D. Kirtley, A. Hine, R. Milroy, C.Pihl, R. Ryan, A. Shimazu, G. Votroubek, Thermonuclear field reversed configuration plasmas in the trenta prototype. IEEE Symposium on Fusion Engineering. (2021)
D. Kirtley et al., Overview of staged magnetic compression of FRC targets. APS Division of Plasma Physics Meeting. (2018).
D.Kirtley, et al., Vacuum vessel and divertor design and results of 16 month operation of the Trenta Magneto-Inertial Fusion prototype. IEEE symposium on fusion engineering, 2021
J.F. Santarius et al., Final report for the field-reversed configuration power plant critical-issue scoping study. University of Illinois, Fusion Studies Laboratory, Urbana, IL (US); University of Wisconsin-Madison, WI; University of Washington (US) (2001)
J.F. Santarius et al., Could advanced fusion fuels be used with today’s technology? J. Fus. Energy 17(1), 33–40 (1998)
L.C. Steinhauer, T.P. Intrator, Equilibrium paradigm for field-reversed configurations and application to experiments. Phys. Plasmas 16(7), 072501 (2009)
H.Y. Guo et al., Formation of a long-lived hot field reversed configuration by dynamically merging two colliding high-β compact toroids. Phys. Plasmas 18(5), 056110 (2011)
A.L. Hoffman, R.D. Milroy, Particle lifetime scaling in field-reversed configurations based on lower-hybrid-drift resistivity. Phys. of Fluids 26(11), 3170–3172 (1983)
L.C. Steinhauer, R.D. Milroy, J.T. Slough, A model for inferring transport rates from observed confinement times in field-reversed configurations. Phys. Fluids 28(3), 888–897 (1985)
Y. Wang, R. Kulsrud, H. Ji, An analytic study of the perpendicularly propagating electromagnetic drift instabilities in the magnetic reconnection experiment. Phys. Plasmas 15(12), 122105 (2008)
L. Steinhauer, D.C. Barnes, Tearing relaxation and the globalization of transport in field-reversed configurations. Phys. Plasmas 16(9), 092505 (2009)
MITRE. Prospects for low cost fusion development. Report on behalf of JASON. JSR-10-011 (2018). https://irp.fas.org/agency/dod/jason/fusiondev.pdf
R.D. Milroy, J.U. Brackbill, Toroidal magnetic field generation during compact toroid formation in a field-reversed theta pinch and a conical theta pinch. Phys. Fluids 29(4), 1184–1195 (1986)
G. Votroubek et al., Compression of dynamically formed and merged FRCs. APS Division of Plasma Physics Meeting Abstracts. 49. (2007)
W.T. Armstrong et al., Field-reversed experiments (FRX) on compact toroids. Phys. Fluids 24(11), 2068–2089 (1981)
D. Gupta, et al. Time-evolution of ion-temperature radial profiles for high performance FRC (HPF) plasma in C-2. APS Division of Plasma Physics Meeting Abstracts. 2014. (2014)
Nations, M., et al., Measurements of impurity ion temperature and velocity distributions via active charge-exchange recombination spectroscopy in C-2W. Rev. Sci. Instrum. 92(5), 053512 (2021)
A. Shimazu, D. Barnes et al. Cygnus code simulation of magnetoshell aerocapture and entry system. APS Division of Plasma Physics. (2017)
R. Milroy, C. Kim, and A. Necas, NIMROD simulations of the stabilization of the FRC tilt instability with energetic ion beams. APS Division of Plasma Physics Meeting Abstracts. 54. (2012)
Y. Nakao et al., Time dependent multigroup analysis of nuclear elastic scattering effects in advanced fuel fusion plasmas. Nucl. Fus. 28(6), 1029 (1988)
W.T. Armstrong, R.K. Linford, J. Lipson, D.A. Platts, E.G. Sherwood, Field-reversed experiments (FRX) on compact toroids. Phys Fluids 24(11), 2068–2089 (1981)
D.J. Rej, W.T. Armstrong, Electron temperature measurements in the field-reversed configuration experiment FRX-C. Nucl. Fus. 24(2), 177 (1984)
B.H. Deng, J.S. Kinley, J. Schroeder, Electron density and temperature profile diagnostics for C-2 field reversed configuration plasmas. Rev. Sci. Instrum. 83(10), 10E339 (2012)
H. Gota et al., Formation of hot, stable, long-lived field-reversed configuration plasmas on the C-2W device. Nucl. Fus. 59(11), 112009 (2019)
T. Roche et al., Edge/SOL plasma parameter/magnetic field profile and fluctuation measurements at C-2U mid-plane. APS Division of Plasma Physics Meeting Abstracts. 2016. (2016)
A. Hoffman, Field reversed configurations. University of Washington Text Book. (2006)
T.K. Fowler, Mirror theory, in Fusion, part B. ed. by E. Teller (Elsevier, Hoboken, 1981), p.350
L.C. Steinhauer, Review of field-reversed configurations. Phys. Plasmas 18(7), 070501 (2011)
L.C. Steinhauer, H.L. Berk et al., Coupled transport in field-reversed configurations. Phys. Plasmas 25(2), 022503 (2018)
R.L. Spencer, M. Tuszewski, R.K. Linford, Adiabatic compression of elongated field-reversed configurations. Phys Fluids 26(6), 1564–1568 (1983)
G.V. Oost, R. Eckhard, Thermonuclear burn criteria. Fus. Sci. Technol. 53(2), 16–26 (2008)
A. Richardson, 2019 NRL plasma formulary (US Naval Research Laboratory, Washington, DC, 2019)
J.M. Dawson, Advanced fusion reactors, in Fusion, part B. ed. by E. Teller (Academic Press, London, 1983), p.465
D.J. Rose, Feasibility of power by nuclear fusion (Oak Ridge National Lab, Tenn, 1968)
T.P. Intrator, R.E. Siemon, P.E. Sieck, Adiabatic model and design of a translating field reversed configuration. Phys. Plasmas 15(4), 042505 (2008)
L.C. Steinhauer, Electron thermal confinement in the edge plasma of a field-reversed configuration. Phys. Fluids B 4(12), 4012–4018 (1992)
M. Inomoto, T. Asai, S. Okada, Neutral beam injection heating on field-reversed configuration plasma decompressed through axial translation. Nucl. Fus. 48(3), 035013 (2008)
L.C. Steinhauer, Improved analytic equilibrium for a field-reversed configuration. Phys. Fluids B 2(12), 3081–3085 (1990)
G. Votroubek et al., Formation of a stable field reversed configuration through merging. J. Fus. Energy 27(1), 123–127 (2008)
J. Slough, G. Votroubek, C. Pihl, Creation of a high-temperature plasma through merging and compression of supersonic field reversed configuration plasmoids. Nucl. Fus. 51(5), 053008 (2011)
M. Tuszewski, Field reversed configurations. Nucl. Fus. 28(11), 2033 (1988)
S. Wurzel, S. Hsu, Progress toward fusion energy breakeven and gain as measured against the Lawson criterion. Phys. Plasmas 29(6), 062103 (2022)
T.K. Fowler, Mirror theory, in Fusion, part B. ed. by E. Teller (Elsevier, Hoboken, 1981), p.353
T.A. Oliphant, F.L. Ribe, T.A. Coultas, Direct conversion of thermonuclear plasma energy by high magnetic compression and expansion. Nucl. Fus. 13(4), 529 (1973)
J.F. Santarius, Lunar 3He and fusion power lunar 3He and fusion power. Fus. Technol. 325, 350 (2004)
J.T. Slough, D.E. Kirtley, C.J. Pihl (2022) Advanced fuel cycle and fusion reactors utilizing the same. US Patent No. 11,469,003. 11 Oct. 2022