محولات مهيد لتأين البلازما

المغناطيسية-الهيدروديناميكية. - محولات مهيد جديدة من نوع جديد: أجهزة التحفيز الكهرومغناطيسي. ملاحظة (*) لـ جان بيير بيت وموريس فيتون، عُرضت من قبل السيد أندري ليشنروفيتش. CRAS 1976.

...يُعرض نوع جديد من مسرعات مهيد دائرية الشكل، تعمل بالتحفيز الكهرومغناطيسي مع التحكم في التأين. وبما أنه مزود بمولد كهربائي مستقل، يمكن أن يُنتج به طائرة مهيد. ويُطرح حل يسمح بحصر البلازما عند الجدار.

...يُعرض مسرع مهيد بالتحفيز الكهرومغناطيسي، على شكل قرص، مع التحكم في التأين. عند دمجه مع مولد كهربائي خفيف وقوي، يمكن أن يصبح طائرة مهيد. ويُذكر حلول لحصر البلازما عند الجدار.

المقدمة. في مذكرة سابقة (1)، تم وصف محولات مهيد ذات هندسة خاصة، تستخدم تأثير هول القوي. وتُجرى حاليًا تجارب على بعض هذه الأجهزة.

...في هذه المذكرة، نتناول الآن مسرعًا مهيدًا يعمل بحقل مغناطيسي متغير. لنفترض قرصًا مصنوعًا من مادة عازلة، مزودًا بحلقة لولبية عند حافته، تمر عبرها تيار كهربائي متناوب (الشكل 1). تؤدي التغيرات في الحقل المغناطيسي إلى توليد تيارات مُحَفَّزة دائرية في السائل المحيط بالقرص. ونفترض أن تأثير هول يمكن تجاهله. تتفاعل هذه التيارات المُحَفَّزة مع قيمة الحقل B اللحظية لتوليد قوى شعاعية، تتغير تباعًا بين قوى دافعة وقطرية. وبما أن النظام متماثل، فإن هذه القوى تؤثر فقط على الاهتزاز الشعاعي، بينما تكون مجموع كمية الحركة صفرًا خلال دورة كاملة. وتعتمد شدة التيار المُحَفَّز على قيمة قمة الحقل B وفترة تردده T. وفي حال كانت نسبة B/T أقل من حد معين، تبقى التيارات المُحَفَّزة ضعيفة.

المسرعات ذات التحكم في التأين. - لكن الأمر يختلف تمامًا إذا زودنا جدران القرص بنظام ما قادر على إحداث التأين (الشكل 2). وبفضل هذا النظام، يمكننا الآن التحكم في شدة التيارات المُحَفَّزة في أي نقطة محيطة بجدران المسرع. ونقوم الآن بتعديل تغذية مُؤيِّنات التأين وفقًا للشكل 3. ونضع الظروف بحيث يكون وقت الاسترخاء للتأين ضعيفًا مقارنةً بفترة الحقل B.

...من السهل ملاحظة أن القوى اللابلاسية الشعاعية، عند ظهورها، تكون دافعة في الجزء العلوي من القرص، وقطرية في الجزء السفلي. وسيتم التحفيز بشكل نبضي للهواء المؤين، مما يؤدي إلى تدفق سائل وفقًا للشكل 4.

الطائرة المغناطيسية-الهيدروديناميكية. - إذا امتلك هذا المسرع مصدرًا مستقلًا للطاقة الكهربائية، فسوف نحصل على طائرة مهيد بالتحفيز الكهرومغناطيسي مع التحكم في التأين. في مذكرة سابقة (1) تم التطرق إلى محرك مهيد. ويشمل هذا المحرك نوعًا من المحركات ذات المرحلة الثانية، حيث تحدث تفاعلات اندماج داخل خليط غازي في نهاية مرحلة الضغط المغناطيسي-الهيدروديناميكي. ثم يمتد البلازما، وتتصرف الأداة في هذه المرحلة الثانية كمولد كهربائي من نوع هول.

نذكر بذكرى مقال حديث لرالف موير (2). حيث يقترح أيضًا محركًا مهيدًا متناوبًا، بتركيب مختلف، ويبدو أكثر بساطة. والعنصر الأساسي هو غرفة على شكل حلقة دائرية، وهي في الحقيقة ما يُعرف بـ "توكاماك". ويُقدّر موير أن شروط لوزون يمكن تحقيقها في ضغط مهيد، والذي يكون في هذه الحالة من نوع "ثيتا بينش". ثم تضغط امتدادات البلازما الناتجة عن الاندماج على خطوط المجال المغناطيسي، مما يؤدي إلى إنتاج مباشر للتيار الكهربائي عبر التحفيز الكهرومغناطيسي. ويتمثل الفائدة من هذا التصميم المزدوج: الطائرة والمحرك العامل بالتحفيز الكهرومغناطيسي، في التخلص من مرور التيارات الكبيرة عبر الأقطاب.

حصر البلازما عند الجدار. - يوفر الملف اللولبي المُحَفِّز في المسرع الدائري حقلًا مغناطيسيًا يكون أقصى قيمته عند الجدار. وبالتالي، فإن الضغط المغناطيسي سيكون له ميل إلى نقل الشحنة بعيدًا عن الجدار. فإذا أردنا التحكم في موقع التفاعل المغناطيسي-الهيدروديناميكي، فيجب اللجوء إلى هندسة تُعطي أقصى قيمة للحقل ليس عند الجدار، بل بالقرب منه. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام هندسة متعددة الملفات اللولبية كما هو موضح في الشكل 5. ويُظهر الحساب أن شدة الحقل المغناطيسي تكون أقصى على سطح تقريبًا مخروطي. ويُقترح اختيار مسار الجدار للطائرة بحيث يكون عموديًا على خطوط المجال، بحيث تكون قوة لابلاس مماسية لهذا المسار. وفكرة الطائرة المغناطيسية-الهيدروديناميكية تعود إلى جان بيير بيت، بينما تعود فكرة الهيكل المُحَدِّد لحقل مغناطيسي متعدد الملفات إلى موريس فيتون.

(*) الجلسة المنعقدة في 8 ديسمبر 1976
(1) جان بيير بيت، المذكرات المُقدَّمة، 281، السلسلة ب، 1975، ص 157
(2) رالف موير، التحويل المباشر للطاقة من الاندماج، التقرير UCRL 76096 من مختبر لورينس ليفيرمور، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية