С.В. Полосаткин ТПЭ Магнитные системы плазменных установок Полосаткин Сергей Викторович, тел пятница, –

Магнитные системы плазменных установок Магнитное поле используется для управления движением заряженных частиц - Удержание плазмы - Транспортировка пучков магнитные поля – 10 3 Тл Поле земли 0,6·10 -4 Тл Постоянные магниты1,2 Тл Электромагниты (железо) 2 Тл Сверхпроводящие магниты14 Тл Теплые магниты30 Тл Импульсное сжатие1000 Тл

Электромагниты Электротехнические стали µ= , B макс =2 Тл

Электромагниты Электротехнические стали µ= , B макс =2 Тл HжHж HвHв Магнитное сопротивление - Магнитный поток - Магнитодвижущая сила

Электромагниты HжHж HвHв Электротехнические стали µ= , B макс =2 Тл Магнитное сопротивление - Магнитный поток - Магнитодвижущая сила

Электромагниты HжHж HвHв Электротехнические стали µ= , B макс =2 Тл Магнитное сопротивление - Магнитный поток - Магнитодвижущая сила

Постоянные магниты NdFeB – B макс =1,4 Тл, B·H~ 300 кДж/м 3, t макс =120 С, t Кюри =340 С SmCo – B макс =1 Тл, B·H~ 300 кДж/м 3, t макс =200 С, t Кюри =800 С, коррозионная стойкость AlNiCo (ЮНДК35Т5БА) – B макс =1 Тл, B·H~ 36 кДж/м 3, t макс =250 С HмHм B

Постоянные магниты HжHж HвHв HмHм HмHм B

T кр =18.3 К B макс =13.5 Тл (1.8 К) Хрупкий – деформация меньше 0.5% Необходим отжиг 300 часов в инертных газах при T=700 C Nb 3 Sn T кр =9.2 К B макс =7.5 Тл Nb Ti Сверхпроводящие магниты T кр =40 К B=2 Тл (20 К) MgB 2 (открыт в 2001 году)

Сверхпроводящие магниты Ограничения – плотность тока, максимальное поле Макс. поле – определяется хим.структурой Плотность тока – зависит от технологии производства

Постоянные сверхпроводящие магниты YBCO (Yt-Ba-Cu-O) – керамика Захваченное поле до 17 Тл при 29 К Masaru Tomita and Masato Murakami High-temperature superconductor bulk magnets that can trap magnetic fields of over 17 tesla at 29 K Nature 421, (30 January 2003)

Сверхпроводящие магниты Уменьшение потока тепла в криостат (1 Вт – 1,4 литра гелия / час) -Тепловые экраны (тепловой поток ~ T 4 ) -Высокотемпературные сверхпроводящие вводы -Охлаждение внутри криостата N2N2 LN 2 77 K LHe 4,2 K магнит токовводы Экран 20 K LHe 4,2 K магнит токовводы ВТСП кулер

Сверхпроводящие магниты Уменьшение потока тепла в криостат (1 Вт – 1,4 литра гелия / час) Кулер – производительность до 1,5 Вт, потребляемая мощность 10 кВт Экран 20 K 4,2 K магнит токовводы ВТСП кулер

Теплые магниты Для получения полей выше 15 Тл нужно использовать теплые или комбинированные магниты Основная проблема – механическая прочность Медь s тек =30 кг/мм 2 – B мах =30 Тл

Механическая прочность F a =P м S k (h/2a) S= π a 2 для h/2a=1-100 k= ГОЛ-3 а= 8cm Н=10 Тл P м =400кг/см 2 S=200 cm 2 F=80 Tонн (!) Проблема механической устойчивости FrFr FaFa h a

Секционированный соленоид Катушки Гельмгольца а а Однородность при r < a/2 2-5% Нz(0)=0.7 I/a

Диски Биттера Вложенные спирали – до 100 Тл Постоянный режим – 35 Тл 10 Тл – 1,7 МВт

Импульсное сжатие Сжатие взрывом – до 2800 Тл Проект МАГО (Арзамас-16) см -3, 300 эВ, 10 Тл см -3, 10 кэВ, 100 Тл I

Расчеты магнитных полей 2 D – SAM, Mermaid – ИЯФ СО РАН POISSON, FEMLAB Бесконечно много доступных программ ….. 3D – FEMLAB, TOSKA, ANSYS, MASTAK Закон Био-Савара

Измерение магнитных полей Индукционная катушка – импульсные поля Вращающаяся рамка Датчики Холла Ядерный магнитный резонанс

Магнитные системы термоядерных установок ГДЛ ГОЛ-3

Токамак

Тороидальные магнитные системы

Магнитное поле токамака

Литература TOKAMAK Магнитное поле токамака

Токамак ИТЕР

Вложенные магнитные поверхности Область удержания плазмы Последняя замкнутая поверхность (LCFS) Переходный слой (Scrapp-off layer) Стенка

Вложенные магнитные поверхности Лимитер Дивертор

Стеллараторы Спитцер, 1951 г.

Стелларатор Гелиас (HELical ADvanced Stellatator) W-7X, Германия Гелиотрон (LHD, Япония)

Стелларатор Неточности изготовления магнитной системы приводят к появлению участков хаотического поля на периферии

Энергия магнитного поля ГОЛ-3: 5 Тл, 200 см 2 12 м – 2,5 МДж ИТЕР: 6 Тл, 1000 м 3 – 15 ГДж !!!!!!!

Энергия магнитного поля ГОЛ-3: 5 Тл, 200 см 2 12 м – 2,5 МДж ИТЕР: 6 Тл, 1000 м 3 – 15 ГДж !!!!!!!