Пінч зі зворотним полем (Reversed-field pinch, RFP) – це пристрій, що використовується для створення та утримання плазми, близької до термоядерного рівня. Це тороїдальний пінч, який використовує унікальну конфігурацію магнітного поля як схему магнітного утримання плазми, головним чином для вивчення магнітного утримання термоядерного синтезу. Його магнітна геометрія дещо відрізняється від геометрії токамака.

При радіальному русі частина магнітного поля, спрямована тороїдально, змінює свій напрямок, що породжує термін «обернене поле». Цю конфігурацію можна підтримувати з порівняно нижчими полями, ніж у токамака з подібною щільністю потужності.

Одним з недоліків цієї конфігурації є те, що вона, як правило, більш схильна до нелінійних ефектів та турбулентності. Це робить її корисною системою для вивчення неідеальної (резистивної) магнітогідродинаміки. RFP також використовуються для вивчення астрофізичної плазми, яка має багато спільних рис.

Найбільшим пристроєм зворотного пінчу, що працює наразі, є RFX (R/a = 2/0,46) у Падуї, Італія.

Інші включають MST (R/a = 1,5/0,5) у Сполучених Штатах, EXTRAP T2R (R/a = 1,24/0,18) у Швеції, RELAX (R/a = 0,51/0,25) в Японії та KTX (R/a = 1,4/0,4) у Китаї.

Характеристики На відміну від Токамака, який має набагато більше магнітне поле в тороїдальному напрямку, ніж у полоїдальному, RFP має порівнянну напруженість поля в обох напрямках (хоча знак тороїдального поля змінюється на протилежний).

Більше того, типовий RFP має напруженість поля приблизно від половини до однієї десятої від напруженості поля порівнянного Токамака. RFP також спирається на збуджуючий струм у плазмі для посилення поля від магнітів за допомогою динамо-ефекту.

Магнітна топологія

Пінч з оберненим полем працює над станом мінімальної енергії.

Лінії магнітного поля вільно згортаються навколо центрального тора. Вони згортаються назовні. Біля краю плазми тороїдальне магнітне поле змінює напрямок, і лінії поля згортаються у зворотному напрямку.

Внутрішні поля більші, ніж поля на магнітах .

Запит пропозицій (RFP) у дослідженнях термоядерного синтезу: порівняння з іншими конфігураціями утримання RFP має багато особливостей, які роблять його перспективною конфігурацією для потенційного термоядерного реактора.

Переваги

Надпровідні магніти: RFP можуть не потребувати надпровідних магнітів, що забезпечує значну перевагу над токамаками. Надпровідні магніти є делікатними, дорогими та повинні бути захищені від середовища синтезу, багатого на нейтрони. Оболонка як магнітна котушка: У деяких експериментах з RFP, таких як симетричний тор Медісона, як магнітна котушка використовується щільно прилягаюча оболонка. Пропускання струму безпосередньо через саму оболонку є привабливим підходом для конструкції термоядерного реактора. Суцільна мідна оболонка може бути більш стійкою до впливу високоенергетичних нейтронів порівняно з надпровідними магнітними системами. Поверхневі нестабільності: RFP схильні до поверхневої нестабільності, що вимагає щільно прилягаючої оболонки. Бета-ліміт: Для запитів пропозицій немає встановленого бета-ліміту . Можливість займання: Існує ймовірність того, що пінч у зворотному полі може забезпечити запалювання виключно за допомогою омічної енергії. Це передбачає пропускання струму через плазму та генерацію тепла за рахунок електричного опору, а не електронного циклотронного резонансу, що потенційно спрощує конструкцію реактора порівняно з токамаками. Однак, він може не працювати в стаціонарному режимі.

Недоліки Кілька ключових областей створюють труднощі у розробці реакторів RFP. Дослідники активно працюють над вирішенням цих проблем:

Механізми керування струмом: Сучасні пристрої RFP використовують метод, відомий як омічний струмовий керований пристрій, який має обмеження. Дослідники досліджують альтернативні методи струмового керування для підвищення ефективності та контролю. Зменшення впливу режиму розриву: плазма RFP схильна до режимів розриву, які можуть негативно вплинути на продуктивність. Розробка методів активного керування для цих режимів має вирішальне значення для досягнення стабільного утримання плазми. Оптимізація утримання плазми: Сучасні пристрої RFP досягають меншого часу утримання плазми порівняно з токамаками. Тривають дослідження з оптимізації утримання плазми в RFP, включаючи вивчення впливу розміру пристрою за допомогою таких проектів, як Madison Symmetric Torus (MST). Міркування щодо конструкції оболонки: Конструкція RFP потребує розміщення провідної оболонки поблизу плазми, що створює значні інженерні виклики під час проєктування реакторної установки. Дослідження зосереджені на оптимізації геометрії та параметрів оболонки для досягнення компромісу між ефективністю плазмового утримання та практичністю реалізації конструкції. Стратегії технічного обслуговування систем керування плазмою: Деякі конструкції RFP використовують складні системи магнітних котушок для контролю та стабілізації плазми. Близьке розташування цих котушок до високотемпературної плазми створює потребу в розробці надійних стратегій технічного обслуговування, які забезпечуватимуть їхню довготривалу роботу та функціональність.

Дослідження фізики плазми Пінч зі зворотним магнітним полем є також цікавим з точки зору фізики. Динаміка RFP є дуже турбулентною. RFP також демонструє сильне плазмове динамо, подібне до багатьох астрофізичних тіл. Фундаментальна наука про плазму є ще одним важливим аспектом дослідження RFP.

Зовнішні посилання

RFX: Експеримент зі зворотнім полем Вимірювання надтеплового потоку електронів та температури в експерименті з пінчем у зворотному полі за допомогою електростатичного аналізатора енергії електронів