Плазменный рельсотрон - Plasma railgun

А плазменный рельсотрон это линейный ускоритель, который, как снаряд рельсотрон, использует два длинных параллельных электрода для ускорения «скользящего короткого» якоря. Однако в плазменном рельсотроне якорь и выбрасываемый снаряд состоят из плазма или горячие ионизированные газоподобные частицы вместо твердой части материала. Научные плазменные рельсотроны обычно работают в вакууме, а не под давлением воздуха. Они ценны тем, что создают начальную скорость до нескольких сотен километров в секунду. Из-за этого у этих устройств есть приложения в термоядерный синтез с магнитным удержанием (MCF), магнито-инерционный синтез (MIF), Физика высоких плотностей энергии исследования (HEDP), лаборатория астрофизика, и как плазменный двигатель для космического корабля.

Теория

Плазменные рельсотроны бывают двух основных топологий: линейной и коаксиальной. Линейные рельсотроны состоят из двух плоских электродов, разделенных изоляционными прокладками и ускоряющими листовые арматуры. Коаксиальные рельсотроны ускоряют тороидальные плазменные якоря, используя полый внешний проводник и центральный концентрический внутренний проводник.

Линейные плазменные рельсотроны предъявляют экстремальные требования к своим изоляторам, поскольку они должны быть электрически изолирующими, обращенными к плазме вакуумными компонентами, которые могут выдерживать как тепловые, так и тепловые воздействия. акустические удары. Кроме того, в казенной части канала ствола может существовать сложное тройное уплотнение, что часто представляет собой серьезную техническую проблему. Для коаксиальных ускорителей изоляторы требуются только в казенной части, но плазменный якорь в этом случае подвержен «прорывной» неустойчивости. Это нестабильность, при которой фронт магнитного давления может опередить или «пролететь мимо» плазменной арматуры из-за радиальной зависимости плотности тока ускорения, что резко снижает эффективность устройства. Коаксиальные ускорители используют различные методы для смягчения этой нестабильности. В любой конструкции плазменный якорь сформирован в казенной части. Поскольку плазменные рельсотроны - открытая область исследований, методы формирования якоря варьируются. Однако применялись методы, включающие взрыв фольги, инжекцию разрывного диска газовой ячейки, инжекцию нейтрального газа через клапан быстрого газа и капиллярную инжекцию плазмы.

После формирования якоря плазмоид затем ускоряется по длине рельсотрона с помощью импульса тока, проходящего через один электрод, через якорь и выходящего из другого электрода, создавая большое магнитное поле за якорем. Поскольку ток возбуждения через якорь также проходит перпендикулярно собственному магнитному полю, частицы якоря испытывают Сила Лоренца, ускоряя их по длине пистолета. Геометрия и материалы электродов-ускорителей также являются открытыми областями исследований.

Приложения

Плазменные рельсовые пушки способны создавать контролируемые струи заданной плотности и скорости в диапазоне по крайней мере от пиковых плотностей от 1e13 до 1e16 частиц / м ^ 3 со скоростями от 5 до 200 км / с в зависимости от конструкции устройства и рабочих параметров.[нужна цитата ] Плазменные рельсовые пистолеты оцениваются для применения в термоядерном синтезе с магнитным удержанием для смягчения последствий сбоев и заправки токамаков.[1]

Магнито-инерционный синтез стремится взорвать намагниченную мишень D-T термоядерного синтеза, используя сферически-симметричный коллапсирующий проводящий лайнер. Плазменные рельсотроны оцениваются как возможный метод формирования линейной имплозии для термоядерного синтеза.[нужна цитата ]

Массивы плазменных рельсотронов могут быть использованы для создания импульсных взрывов с пиковым давлением ~ 1 мегабар, что обеспечит больший доступ к диаграммам этой открытой области физики плазмы.[нужна цитата ]

Высокоскоростные струи контролируемой плотности и температуры позволяют частично моделировать в лаборатории и измерять астрофизические явления, такие как солнечный ветер, галактические струи, солнечные явления и астрофизическую плазму, в дополнение к астрономическим и спутниковым наблюдениям.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Р. Раман и К. Итами Описание концептуального проекта топливозаправщика ГНКТ для JT-60U (2000)