El dispositivo de plasma de confinamiento magnético de campo dipolar suspendido es un dispositivo experimental para confinamiento de plasma basado en la forma de línea de campo magnético poloidal cerrado (es decir, campo dipolar) generado por la bobina dipolo suspendida que transporta corriente. Su principio de confinamiento se basa en el campo geomagnético planetario en el universo Principios de confinamiento de los anillos de plasma magnetosféricos. Ya en la década de 1980, el profesor Akira Hasegawa de Japón y el profesor Chen Liu de la Universidad de Zhejiang propusieron conjuntamente las características de confinamiento del plasma del universo, que se originaron a partir del estudio de la física del plasma en la magnetosfera de las estrellas cósmicas. En el universo, la estructura de campo magnético más común que confina el plasma es el campo dipolar magnético. Cuando la sonda Voyager 2 voló a través del universo y pasó por Júpiter y Urano, descubrió inesperadamente que los anillos de plasma del espacio exterior de Júpiter y Urano son similares al campo magnético poloidal generado por una única bobina portadora de corriente, que tiene un efecto estable. sobre partículas cargadas en el universo. La capacidad de confinamiento se muestra en la Figura 1. La parte del anillo rojo en la figura representa el anillo natural formado por el plasma confinado. Más tarde, el profesor Akira Hasegawa de Japón consideró por primera vez el concepto de utilizar líneas de campo magnético dipolo para la fusión por confinamiento magnético. Figura 1 El pico central y la distribución de densidad estable del plasma confinado por el anillo de plasma de la magnetosfera de Júpiter y el campo dipolar magnético de la Tierra son el resultado de la transmisión radial causada por perturbaciones electromagnéticas de baja frecuencia. Para las partículas atrapadas en la magnetosfera, su energía es suficiente para hacer que las frecuencias de rebote y del ciclotrón sean mucho mayores que las perturbaciones de baja frecuencia causadas por el viento solar para mantener los invariantes adiabáticos primero y segundo μ y J como movimiento. constantes, Ninguna La ecuación de difusión radial que describe la girodinámica de la colisión es: ; ,φ) función de distribución promedio de partículas de rebote, Ψ es la función de flujo magnético, φ es el ángulo sólido circunferencial, t es el tiempo y S es el rebote calentamiento promedio o fuente (o pérdida) de partículas. DΨΨ es el coeficiente de difusión radial. El plasma del campo dipolar satisface tres restricciones invariantes adiabáticas, la invariante del flujo magnético φ, la invariante longitudinal J y la invariante del momento magnético μ. El campo dipolar satisface el principio de restricción básico: (1) Invariante del momento magnético μ: μ =(1/ 2 mv^2)/B=mv^2/2 sin^2?θ/B=Constante (3.2) (2) Invariante longitudinal J: dJ/dt=d/dt ;∮?〖v □(24&dl=-∮??(μB)/?z)〗 □(24&dz=0) (3.3) (3) Invariante de flujo circular: Φ= ∫_s? 〖? E_p=δV (δp+pγ δV/V)=δ(pV^γ ) δV/V^γ (3.5) Desde el descubrimiento de los cinturones de radiación de la Tierra, la alta energía capturada en el campo magnético dipolar de la Tierra ha Las observaciones de las partículas ilustran un proceso muy inusual: las fluctuaciones aleatorias de baja frecuencia causadas por la actividad solar crean difusión, que empuja las partículas hacia la Tierra y aumenta su densidad. En lugar de aplanar el gradiente de densidad, la difusión alcanza picos de partículas atrapadas en dipolos magnéticos. En contraposición a la dirección habitual de difusión, el pico central de densidad de partículas aparece como una "contracción turbulenta". En plasmas fuertemente magnetizados, el radio giroscópico de las partículas cargadas es mucho menor que el tamaño del plasma [14], y el movimiento del plasma a lo largo del campo magnético es fundamentalmente diferente del movimiento a través del campo magnético. Las fluctuaciones de baja frecuencia provocan un movimiento radial aleatorio de todas las partículas en un tubo de flujo alineado magnéticamente, lo que vincula la geometría del campo magnético con la distribución de la densidad de las partículas. En un dispositivo tokamak, la perturbación global de la excitación provoca una pérdida de energía plasmática. Sin embargo, en el universo, debido a la compresión repentina de la cavidad geomagnética o a la convección inestable que se produce durante las tormentas magnéticas, el plasma quedará confinado en la magnetosfera terrestre. Cuando la densidad del plasma en el centro de la cavidad geomagnética es mucho mayor que la del centro borde de la cavidad geomagnética, lo que hará que la densidad del plasma se difunda hacia adentro. Después de que este fenómeno de distribución de presión observado en la naturaleza se aplica a un campo dipolar, el campo dipolar puede limitar bien el plasma, lo que puede evitar el transporte hacia afuera de energía y partículas del plasma. En la magnetosfera planetaria hay un proceso de difusión del plasma hacia el interior y calentamiento adiabático, fenómeno demostrado en el experimento LDX. La Figura 2 a continuación muestra la difusión hacia afuera del plasma. Figura 2 Varias instantáneas diferentes de la evolución de la densidad de partículas. Como se muestra en la figura anterior, el tiempo de inicio es t1. Antes de que se excite la inestabilidad, el plasma del borde se mueve hacia adentro en t1 y luego pasa por t2 y t3. Cuando llega a t4, aparece un área de pico de densidad en el núcleo del plasma. . Para el campo dipolar se utiliza también la característica de energía interna constante: debido a las líneas cerradas del campo magnético del campo dipolar, el plasma puede quedar bien confinado fuera del imán. Es un nuevo enfoque y método diferente al confinamiento magnético como el tokamak y el stellarator. Debido a sus ventajas: estructura relativamente simple, plasma que no se rompe, autosuficiencia sin tritio, presión específica extremadamente alta y otras características sobresalientes. Adecuado para reacciones DD o D-3He, sin tritio y para investigación con neutrones de 14 MeV. Se puede utilizar tanto para la exploración de plasma espacial como para la investigación de aplicaciones de fusión por confinamiento magnético. Se espera que logre un gran desarrollo en el corto plazo y es muy probable que se convierta en un reactor de fusión comercial ideal en el futuro.
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