고전 확산

고전적 확산은 혈장이 혈관 내의 자기장에 의해 제한되는 핵융합 파워와 다른 분야의 핵심 개념이다.입자가 서로 다른 경로로 이동하게 하고 결국 구속량을 떠나 혈관 측면을 타격하는 플라즈마 내 이온 간 충돌을 고려한다.

1/B의² 확산 척도 비율로, 여기서 B는 자기장 강도로, 구속 시간은 작은 자기장 강도의 증가와 함께 크게 개선될 수 있음을 의미한다.실제로 고전적 확산에 의해 제안된 비율은 실제 기계에서 발견되지 않았으며, 이전에는 알려지지 않았던 다수의 플라즈마 불안정성으로 인해 입자가 B 확산에서 보았던 것처럼 B가² 아닌 B에 가까운 속도로 감금을 하게 되었다.

고전적 확산이 현실 세계의 플라즈마 행동을 예측하지 못한 것은 1960년대의 "침울한 상태"로 알려진 기간으로 이어졌고, 실제 핵융합로는 불가능해 보였다.시간이 흐르면서, 특히 토카막에서 불안요소가 발견되고 다루어졌다.이것은 신고전파 운송이라고 알려진 확산 과정에 대한 더 깊은 이해로 이어졌다.

설명

확산은 Δx, 스텝 크기, 워커가 스텝을 밟는 시간 간격인 Δt의 두 가지 핵심 매개변수로 정량화할 수 있는 무작위 걷기 과정이다.따라서 확산 계수는 D≡(Δx)/(²Δt)로 정의된다.플라즈마는 고온의 입자, 전자와 이온의 가스처럼 혼합된 것으로 보통 낮은 온도에서 중성 원자를 형성하기 위해 결합된다.온도는 입자의 평균 속도를 측정하는 척도여서 고온은 고속을 의미하므로 플라즈마는 어떤 형태의 "충돌"을 적용하지 않는 한 작업하기 어려운 속도로 빠르게 팽창할 것이다.

핵융합과 관련된 온도에서는 어떤 물질용기도 플라즈마를 담을 수 없다.이 문제에 대한 가장 일반적인 해결책은 자기장을 사용하여 때로는 "자기병"으로 알려져 있는 감금을 제공하는 것이다.충전된 입자가 자기장에 놓일 때, 그것은 어떤 초기 속도를 가졌는지에 따라 계속 그 선을 따라 이동하면서 자기장 선을 공전할 것이다.이것은 우주를 관통하는 나선적 경로를 생성한다.경로의 반경은 자기장의 강도의 함수다.축속도는 종종 맥스웰-볼츠만 통계에 근거한 값의 범위를 가지기 때문에, 이는 플라즈마의 입자들이 그들을 추월하거나 추월할 때 다른 사람들이 지나가게 된다는 것을 의미한다.

만약 두 개의 그러한 이온이 평행 축 경로를 따라 이동한다고 생각한다면, 그들은 궤도가 교차할 때마다 충돌할 수 있다.대부분의 기하학적 구조에서 이것은 충돌 시 순간 속도에 상당한 차이가 있다는 것을 의미한다. 하나는 "상승"하는 반면 다른 하나는 나선형 경로에서 "하강"하는 것이다.이것은 충돌로 입자가 흩어지게 하고, 무작위로 걷게 만든다.결국, 이 과정은 주어진 이온을 결국 밭의 경계에서 벗어나게 할 것이고, 따라서 "분쟁"을 면하게 될 것이다.

균일한 자기장에서는 입자가 계로라디우스 ≡vv_th/Ω의 스텝 사이즈에 의해 필드선을 무작위로 가로질러 걷게 되는데, 여기서_th v는 열속도를 나타내며 자이로주파인 ΩqqB/m을 나타낸다.계단은 충돌에 의해 무작위로 배치되어 일관성을 잃는다.따라서 시간 단계 또는 탈착 시간은 충돌 빈도_c of의 역순이다.확산 속도는 νρ에_c² 의해 주어지며, 다소 유리한 B⁻² 스케일링 법칙이 있다.

실제로

통제된 핵융합에 대한 주제가 처음 연구되고 있을 때 플라스마들은 고전적 확산률을 따를 것이라고 믿었고, 이것은 유용한 감금 시간이 비교적 쉽게 달성될 수 있음을 시사했다.그러나, 1949년에 동위원소 분리 방법으로 플라즈마 호를 연구한 팀은 확산 시간이 고전적인 방법으로 예측된 시간보다 훨씬 더 크다는 것을 발견했다.David Bohm은 그것을 B로 스케일링하자고 제안했다.만약 이것이 사실이라면, Bohm 확산은 유용한 구속 시간이 불가능할 정도로 큰 필드를 필요로 한다는 것을 의미할 것이다.당초, Bohm 확산은 특정 실험 기구를 사용하고 그 안에 있는 중이온이 사용되어 플라즈마 내에서 난기류가 발생하여 확산 속도가 빨라지는 부작용으로서 치부되었다.훨씬 더 가벼운 원자를 사용하는 더 큰 핵융합 기계들은 이 문제의 대상이 되지 않을 것 같았다.

1950년대 중반에 최초의 소형 핵융합기계가 건설되고 있을 때⁻² B규정을 따르는 것처럼 보였기 때문에 보다 강력한 자석으로 기계를 더 큰 크기로 단순히 확장하는 것만으로도 실용적 핵융합에 대한 요건을 충족시킬 수 있을 것이라는 자신감이 대단했다.실제로 영국의 제타(ZETA)나 미국의 모델-B 항성기(Model-B)처럼 이런 기계들이 만들어졌을 때, 그들은 봄 확산에 따라 감금 시간을 훨씬 더 많이 보여주었다.이를 검토하기 위해 모델-B2 항성기를 매우 다양한 현장 강도로 구동하고 그에 따른 확산 시간을 측정했다.이것은 Bohm이 예측한 바와 같이 선형 관계를 보여주었다.더 많은 기계가 도입되면서 이 문제는 계속 유지되었고, 1960년대까지 전 분야가 "침체"에 의해 점령되었다.

추가 실험을 통해 문제가 확산되는 것이 아니라 자기장과 전기장과 입자의 움직임으로 인해 이전에 알려지지 않았던 혈장 불안정성이 다수 발생한다는 것을 입증했다.중요한 작동 조건이 통과되면 이러한 프로세스는 시작되어 혈장을 신속하게 구속에서 몰아낼 수 있었다.시간이 흐르면서, 많은 새로운 설계들이 이러한 불안정성을 공격했고, 1960년대 후반에 이르러서는 분명히 봄의 법칙을 이기고 있는 기계들이 여럿 생겨났다.이 중에는 소비에트 토카막도 있었는데, 이 토카막은 오늘날까지 대부분의 연구의 초점이 되었다.

토카막스가 연구 분야를 인수하면서, 고전적인 공식에 근거한 원래의 추정치는 여전히 정확하게 적용되지 않았다는 것이 명백해졌다.이것은 장치의 토로이드 배열 때문이었다; 고리 모양의 원자로 내부의 입자들은 단순히 기하학 때문에 외부보다 더 높은 자기장을 보았고, 이것은 많은 새로운 효과를 가져왔다.이러한 효과에 대한 고려는 신고전주의 운송의 현대적인 개념으로 이어졌다.

참고 항목

• 봄 확산
• 슈 확산
• 플라즈마 확산

참조

• Clery, Daniel (2014). A Piece of the Sun: The Quest for Fusion Energy. Abrams. pp. 104–105. ISBN 9781468310412.