탠덤 미러 실험

Tandem Mirror Experiment
TMX 및 TMX-U
탠덤 미러 실험
The Tandem Mirror Experiment.jpg
1979년 탠덤 미러 실험(TMX)
디바이스 타입자기 거울
위치리버모어, 캘리포니아, 미국
제휴로렌스 리버모어 국립연구소
역사
건설 연월일1977 – 1979
운용년도1979–1987
선행2XIIB[위키다타]
관련 장치미러 퓨전 테스트 설비(MFTF)

탠덤 미러 실험(TMX 및 TMX-U)은 로렌스 리버모어 국립 [1]연구소에서 1979년부터 1987년까지 작동한 자기 미러 기계입니다.이 기계는 원자로의 효율을 높이기 위해 두 개의 거울이 그들 사이에 대량의 플라즈마를 가두는 "탄뎀 미러" 개념을 테스트한 최초의 대규모 기계였다.

최초의 TMX는 1976년 10월 독일에서 열린 주요 물리학 회의에서 구상된 것부터 1977년 1월 설계부터 1978년 10월 완공까지 단기간에 설계 및 제작되었다.그 후 1년간, 탠덤 미러 어프로치를 검증했습니다.계획은 같은 원리인 미러 퓨전 테스트 설비(MFTF)를 기반으로 훨씬 더 큰 기계를 만들기 시작했습니다.MFTF는 처음에는 TMX의 확장 버전에 불과했지만, 설계를 검토했을 때 원하는 성능에 도달하지 못하는 것으로 나타났습니다.연료의 내부 온도를 높일 수 있는 시스템이 필요했습니다.

고에너지 전자를 가두어 누출을 증가시키지 않고 연료를 에너지로 증가시킬 수 있는 "열 장벽"의 형태로 해결 방법이 발견되었다.MFTF 건설이 시작되면서 1982년 TMX에 열장벽이 추가되어 TMX-U가 되었습니다.안타깝게도 TMX-U는 일반적으로 열 장벽 개념을 검증했지만, 장벽은 안정적이지 않았습니다.MFTF도 같은 문제를 겪을 것으로 보인다.MFTF는 이때까지 거의 완성되었고, 그 다음 날 자금 지원은 취소되었다.TMX-U는 1987년 2월까지 계속 운영되었습니다.

역사

초기 미러와 불안정성

자기 거울 기계는 스텔라레이터와 z-핀치와 함께 핵융합로를 위한 최초의 심각한 설계 중 하나였다.기계는 매우 단순했으며, 주로 와이어가 고르게 감겨 있지 않지만 양 끝에 더 많은 권선이 감겨 있는 솔레노이드로 구성되었습니다.전류가 권선에 흐르면, 그 결과로 생긴 자기장이 끝부분에서 꼬집혀 전자와 이온이 다시 중앙으로 반사되어 갇힌 상태로 남게 됩니다.리처드 F. Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)의 포스트는 이 개념의 주요 지지자가 되었고, 리버모어는 거울 연구의 세계적인 센터가 되었다.

1954년의 유명한 강연에서, 에드워드 텔러는 거울과 같은 기계는 오늘날 교환 불안정이라고 알려진 선천적인 불안정성을 가지고 있으며, 이것은 필요한 시간 [2]척도에 가까운 곳 어디라도 플라즈마를 가둘 수 없게 만들 것이라고 그의 믿음을 표현했다.그 당시 프로그램 초기, 현존하는 어떤 기계도 이것이 사실인지 알 수 있을 만큼 오랫동안 혈장을 가둘 수 없었다.1960년까지 리버모어는 더 긴 가두는 시간을 가진 더 큰 거울 기계를 여러 대 만들었지만, 문제의 징후는 [3]찾을 수 없었다.

이 미스터리는 1961년 국제회의에서 Lev Artsimovich가 Livermore 팀이 판독 지연을 설명하기 위해 특정 측정기를 교정했는지를 질문하면서 풀렸다.그들은 그렇지 않았다; 그것은 측정되고 있는 겉으로 보이는 안정성이 환상이라는 것을 즉시 깨달았다.미국 팀은 "우리는 이제 장기적이고 안정적인 [4]감금 상태를 나타내는 하나의 실험 사실도 가지고 있지 않다"고 결론지었다.

야구와 음양

리버모어 팀과는 대조적으로, 이오페 연구소의 소련 팀들은 한동안 교류 불안의 징후를 목격하고 있었다.이 문제를 피하는 방법에 대한 상당한 연구가 이미 있었고, 같은 1961년 회의에서 미하일 이오페는 그러한 설계 중 하나인 "최소 B"의 데이터를 제시했는데, 이는 불안정성을 억제하고 있다는 분명한 신호를 보여주었다.이 디자인은 자기장을 수정하여 플라즈마를 나비 넥타이 모양으로 구부리는 추가적인 전류 전달 와이어를 추가했습니다.6개의 도체는 "Ioffe bars"[4]로 알려져 있습니다.

영국에서 새로운 기본 개념의 버전인 "테니스 볼"이 등장하여 리버모어에서 빠르게 "야구 코일"로 미국화되었고, 앨리스, 야구 I 및 II로 알려진 일련의 기계에서 제작되었습니다.이 기계들은 자석이 하나여서 조립이 훨씬 쉬웠고 내부 볼륨이 매우 커서 진단을 쉽게 삽입할 수 있다는 장점이 있었습니다.이 디자인의 단점은 자석이 포함된 플라즈마 부피에 비해 매우 크다는 것입니다.리버모어의 Ken Fowler는 이 기본 디자인을 수정하여 "음양" 변형을 만들어 냈습니다. 음양의 자석은 혈장에 훨씬 더 가까웠습니다.이것은 2X 시리즈의 [5]머신으로 구축되었습니다.

새로운 야구 기계들이 전체적인 안정성을 보여주었기 때문에,[6] 그 설계를 이용하여 작동하는 핵융합로를 건설할 수 있을 것 같았다.

탠덤 미러

이러한 결과는 1970년대 에너지 위기와 동시에 나타나 미국 연방 정부가 새로운 형태의 에너지에 대규모 자본을 투입한 것입니다.로버트 L.의 지휘하에 있는 핵융합 이사국입니다. Hirsch는 연구실을 순수한 연구에서 벗어나 작동 가능한 원자로 설계를 위한 노력으로 전환하기 시작했습니다.이런 점에서 거울은 잘 작동하지만 실제 세계에서는 성능이 매우 떨어집니다. 이른바 Q입니다.가장 좋은 경우라도 1.2 정도의 Q로 제한되는 반면, 실용적인 머신은 최소 10이 필요합니다.허쉬의 조수, 스티븐 O. 딘은 리버모어 팀에게 Q를 늘리지 않으면 퇴출될 것이라고 말했다.

1976년에 "탄뎀 미러"의 형태로 잠재적 솔루션이 제공되었습니다.이 개념에서 음양 코일은 그 사이의 큰 핵융합 연료 탱크의 양 끝에 배치됩니다.연료는 거울 중앙의 중성 빔 주입에 의해 핵융합 온도로 가열된 후 탱크로 흘러 들어가 계속 반응하는 것이 목적이었다.탱크의 매우 큰 부피와 그 지역의 상대적으로 저전력 자석이 결합되어 더 많은 입력 없이 방출되는 에너지가 배가되었습니다.

문제는 거울이 자연적으로 대칭이라는 점이었고, 연료가 탱크 안으로 흘러들어갈 수 있다면 다른 쪽 끝과 마찬가지로 쉽게 흘러나와 완전히 빠져나갈 수 있다는 것이었다.이 문제를 해결하기 위해 탠덤 미러는 "암극" 플라즈마를 만드는 것을 목표로 했습니다.이상적으로, 이것은 전자와 이온을 다르게 포함할 수 있게 했다.이온은 전자보다 훨씬 더 크기 때문에 다른 속도로 동시에 존재할 수 있는 반면, 전자는 거의 항상 고속입니다.거울에 이온의 부피를 가짐으로써, 전자는 원자로의 양쪽으로 끌어당겨 음전하 영역을 형성할 것이다.거울의 중심을 벗어나는 고에너지 이온은 우선적으로 이러한 음의 영역, [7]즉 원자로의 중심으로 끌어당긴다.

TMX

MFTF를 위해 이미 자금이 적립되어 있었지만, 탠덤 접근으로 대표되는 큰 진보로 인해 성능의 큰 개선이 가능했다.Q=5의 생산 목표를 설정하고 새로운 MFTF 개념을 제시했다.이 기계는 너무 커서 만드는 데 몇 년이 걸렸고, 리버모어는 탠덤 배치를 테스트하기 위해 훨씬 더 작은 기계를 만들자고 제안했습니다.이것은 1977년 1월에 승인되어 TMX가 되었습니다.

TMX는 1979년에 완성되었으며 초기 실험에서 탠덤 레이아웃이 예상대로 작동하고 있는 것으로 나타났습니다.이러한 결과를 바탕으로 MFTF 설계가 시작되었습니다.TMX를 확장하려고 할 때마다 단순히 원하는 성능 목표를 달성하지 못한 기계가 탄생했습니다.또 다른 "Q 향상"이 시작되어 또 다른 포획 메커니즘인 "열 장벽"이 도입되었습니다. 이 메커니즘에는 또 다른 미러 세트가 필요했고 인젝터를 변경해야 했습니다.

TMX-U

MFTF는 장벽이 있든 없든 어떤 방식으로든 작동하기 때문에 TMX에 장벽을 추가하여 개념을 테스트하는 한편 설계를 진행하기로 결정했습니다.이로 인해 TMX-U가 생산되었고 1982년에 [citation needed]기계가 중단되었습니다.

설계.

작업자가 성형된 야구 코일의 일부 정렬 상태를 확인합니다.

TMX는 1977년 1월 12일 Fred Coensgen과 Livermore 팀에 의해 미국 에너지 연구 [8]개발국에 정식으로 제안되었습니다.그 프로젝트에는 1,100만 달러가 들 것으로 예상되었다.이 설계는 플라즈마 주변의 5개의 링으로 구성되었습니다.끝부분은 플라즈마가 빠져나가는 것을 막기 위해 끝에 있는 "야구" 자석을 사용합니다.이 설계는 거울 영역의 중심에서 떨어진 모든 방향으로 증가하는 자기력을 발생시켰다.꼬인 [9]나비넥타이 모양의 융접 플라즈마를 자기거울 안에 가둔다.적절한 플러그를 설계하는 것은 모든 마그네틱 미러 기계에게 어려운 과제였습니다.야구 디자인은 후에 MFTF의 [10]이국적인 음양 자석으로 대체되었다.플라즈마 탈출의 문제는 연구자들이 밭을 고리 모양으로 묶어 플러그를 제거한 토카막으로 이끌었다.

TMX-U

1981년 2월에 TMX를 사용한 최초 실행 결과 요약이 발표되었습니다.[11]이 때, 그 시설은 대대적인 정비를 거쳤다.혈장을 더 잘 억제하기 위해 열 장벽을 추가하고, 링 수를 10개 이상으로[12] 늘렸으며, 진단 시스템을 정비하고 손실을 [13]막기 위해 추가 자석을 추가했습니다.이 새로운 기계는 "TMX-U"[14]라고 불리며 80년대 후반에 작동했다.

비판

Lawrence Lidsky는 "자기 무게로 [1]자석이 무너질 때까지 1년에 한 세트의 자석을 추가했다"고 말했고 그의 기사 "The Trouble With Fusion"에서 자기 거울 기계를 비판한 것으로 유명하다.

추가 정보

  • "Tandem Mirror experiment with thermal barrier in the thermal barrier" GA Carlson, UCRL-52836, 1979년 9월 19일
  • 소련의 플라즈마 물리학 저널, 제2권 제4호 지이 디모프의 "쌍거울 시스템을 가진 열핵 감금 시스템"
  • "End-Stoped Mirror Trap에 의한 이온 손실" DP Chernin, MN Rosenbluth, 핵융합 1978
  • "개선된 탠덤 미러 핵융합로" D E Baldwin 지음, Physical Review Letters, 1979년 10월 29일.

레퍼런스

  1. ^ a b Booth, William (1987). "Fusion's $372-Million Mothball". Science. 238 (4824): 152–155. Bibcode:1987Sci...238..152B. doi:10.1126/science.238.4824.152. PMID 17800453.
  2. ^ Herman 2006, 페이지 30. 오류:: 2006 (
  3. ^ Bromberg 1982, 페이지 58. 오류:: 1982
  4. ^ a b Bromberg 1982, 페이지 111. 오류:: 1982
  5. ^ Krall, Nicholas A.; Trivelpiece, Alvin W.; Gross, Robert A. (1973). "Principles of Plasma Physics". American Journal of Physics. 41 (12): 1380–1381. Bibcode:1973AmJPh..41.1380K. doi:10.1119/1.1987587. ISSN 0002-9505.
  6. ^ Kelley, G G (1967). "Elimination of ambipolar potential-enhanced loss in a magnetic trap". Plasma Physics. 9 (4): 503–505. doi:10.1088/0032-1028/9/4/412. ISSN 0032-1028.
  7. ^ "플라즈마 물리학과 제어된 핵융합에 대한 논평" 버튼 D 프리드, 플라즈마 물리학과 제어된 핵융합에 대한 논평, 1977년, 제2, 제6권
  8. ^ 'TMX 메이저 프로젝트 제안' Fred Coensgen, 1977년 1월 12일, LLL-Prop-148
  9. ^ "Tandem Mirror Experiment (TMX)". January 1978.
  10. ^ Kozman, T.; Wang, S.; Chang, Y.; Dalder, E.; Hanson, C.; Hinkle, R.; Myall, J.; Montoya, C.; Owen, E.; Palasek, R.; Shimer, D. (1983). "Magnets for the mirror fusion test facility: Testing of the first yin-yang and the design and development of other magnets". IEEE Transactions on Magnetics. 19 (3): 859–866. Bibcode:1983ITM....19..859K. doi:10.1109/tmag.1983.1062533. ISSN 0018-9464. S2CID 121612886.
  11. ^ Simonen, T.C, ed. (1981-02-26). "Summary of results from the Tandem Mirror Experiment (TMX)". doi:10.2172/5759138. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  12. ^ Allen, S.L.; Correll, D.L.; Hill, D.N.; Kaiser, T.B.; Heifetz, D.B. (1987). "Determination of ambipolar radial transport from the particle balance in the TMX-U tandem mirror". Nuclear Fusion. 27 (12): 2139–2152. doi:10.1088/0029-5515/27/12/013. ISSN 0029-5515. S2CID 121498006.
  13. ^ Pickles, W L (1983). "The LLNL tandem mirror experiment (TMX) upgrade vacuum system". Vacuum. 33 (6): 345. doi:10.1016/0042-207x(83)90122-7. ISSN 0042-207X.
  14. ^ Hunt, A. L.; Coffield, F. E.; Pickles, W. L. (1983). "Fast pressure measurements for the TMX‐U fusion experiment". Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 1 (2): 1293–1296. Bibcode:1983JVSTA...1.1293H. doi:10.1116/1.572092. ISSN 0734-2101. S2CID 122863605.