الديناميكا المغناطيسية المائية. - محولات مغناطيسية مائية من نوع جديد: أجهزة الحث. ملاحظة (*) بقلم جان بيير بيتي وموريس فيتون، قدمها السيد أندريه ليتشنروفيتش.
CRAS 1976.
...يُقدَّم نوع جديد من مسرعات الديناميكا المغناطيسية المائية القرصية، المعتمدة على الحث والتحكم في التأين. مزوداً بمولد كهرباء ذاتي، قد يؤدي هذا الجهاز إلى ظهور مركبة هوائية تعمل بالديناميكا المغناطيسية المائية. وتُطرح حلٌّ يسمح بحصر البلازما عند الجدار.
يُقدَّم مسرّع جديد بالديناميكا المغناطيسية المائية يعمل بالحث، ذو شكل قرصي، مع تحكم في التأين. وعند اقترانه بمولد كهربائي خفيف وقوي، يمكن أن يصبح مركبة هوائية تعمل بالديناميكا المغناطيسية المائية. وتُشار إلى حلول لحصر البلازما عند الجدار.
مقدمة. في ملاحظة سابقة (1)، وُصفت محولات الديناميكا المغناطيسية المائية ذات هندسة خاصة جداً، تستغل تأثير هول القوي. تخضع بعض هذه الأجهزة حالياً للتجريب.
...في هذه الملاحظة، يتعلق الأمر هذه المرة بمسرّع بالديناميكا المغناطيسية المائية يعمل بمجال مغناطيسي متناوب. لنعتبر قرصاً مصنوعاً من مادة عازلة، مزوداً عند محيطه بملف لولبي (سولينويد) يمر فيه تيار متناوب (الشكل 1). يميل تغيّر المجال المغناطيسي إلى توليد تيارات حثّ دائرية في المائع المجاور للقرص. نفترض أن تأثير هول مهمل. تقترن هذه التيارات الحثّية مع القيمة اللحظية للمجال B لتوليد قوى شعاعية، تكون طاردة مركزياً وجاذبة مركزياً بالتناوب. وبما أن النظام متماثل، فإن هذه القوى لا يكون لها سوى تأثير اضطراب شعاعي، حيث يكون تكامل كمية الحركة صفراً خلال دورة كاملة. تعتمد شدة التيار الحثّي على قيمة الذروة للمجال B وعلى دورته T. دون حد معين لنسبة B/T، تبقى هذه التيارات الحثّية ضعيفة.
مسرعات ذات تحكم في التأين. - يتغير الوضع إذا زودنا جدران القرص بنظام ما قادر على إحداث تأين (الشكل 2). بفضل هذا الجهاز، يمكن الآن التحكم في شدة التيارات الحثّية عند أي نقطة مجاورة لجدار المسرّع. لنعدّل الآن تغذية أجهزة التأين وفقاً للشكل 3. نضع النظام في ظروف يكون فيها زمن استرخاء التأين قصيراً مقارنة بدورة المجال B.
...من السهل ملاحظة أنه عندما تظهر قوى لابلاس الشعاعية، تكون طاردة مركزياً في الجوار العلوي للقرص، وجاذبة مركزياً في الجوار السفلي. سيتعرض الهواء المؤين لقوى نبضية، وسيحدث جرّ للمائع وفقاً للمخطط الوارد في الشكل 4.
مركبة هوائية بالديناميكا المغناطيسية المائية. - إذا كان هذا المسرّع يمتلك مصدراً ذاتياً للطاقة الكهربائية، فسنحصل على مركبة هوائية بالديناميكا المغناطيسية المائية تعمل بالحث والتحكم في التأين. في ملاحظة سابقة (1)، ذُكر محرك بالديناميكا المغناطيسية المائية. محرك رباعي الأشواط (أو ثنائي الأشواط حسب السياق الأصلي "deux temps" أي ثنائي الأشواط)، حيث تحدث في نهاية مرحلة الضغط بالديناميكا المغناطيسية المائية تفاعلات اندماج داخل خليط غازي. يدخل البلازما بعد ذلك في طور التمدد، ويتصرف الجهاز في هذه المرحلة الثانية كمصدر كهرباء من نوع تأثير هول.
لنذكر للمعلومية مقالاً حديثاً لـ رالف موير (2). يقترح هذا الأخير أيضاً محركاً بالديناميكا المغناطيسية المائية يعمل بالتيار المتناوب، بصيغة مختلفة وبسيطة ظاهرياً. العنصر الأساسي هو غرفة على شكل طارة (طوروس) ليست سوى جهاز توكاماك. يقدر موير أنه يمكن تحقيق شروط لوسون في ضغط بالديناميكا المغناطيسية المائية، وهو من نوع "التضييق ثيتا" (theta pinch) لهذا النوع من الأجهزة. يؤدي تمدد بلازما الاندماج بعد ذلك إلى ضغط خطوط قوة المجال المغناطيسي، مما ينتج عنه توليد مباشر للتيار الكهربائي بالحث. تكمن فائدة هذه الصيغة المزدوجة: مركبة هوائية ومحرك يعملان بالحث، في التخلص من مرور تيارات عالية عبر الأقطاب الكهربائية.
حصر البلازما عند الجدار. - يوفر الملف اللولبي الحثّي في المسرّع القرصي مجالاً مغناطيسياً يكون أقصى عند الجدار. وبالتالي، ستميل الضغط المغناطيسي إلى دفع التفريغ بعيداً عن الجدار. إذا أردنا التحكم في موقع التفاعل بالديناميكا المغناطيسية المائية، يجب اللجوء إلى هندسة تعطي أقصى مجال، ليس عند الجدار، بل في جواره. يمكن تحقيق ذلك بهندسة متعددة الملفات اللولبية كما هو موضح في الشكل 5. يُظهر الحساب أن شدة المجال المغناطيسي تكون عندئذٍ قصوى على سطح مخروطي تقريباً. يُستحسن اختيار مسار متعامد مع خطوط المجال كجدار للمركبة الهوائية، بحيث تكون قوة لابلاس مماسة لهذا الجدار. فكرة المركبة الهوائية بالديناميكا المغناطيسية المائية من ابتكار جان بيير بيتي، وفكرة الهندسة الحاصرة متعددة الملفات اللولبية من ابتكار موريس فيتون.
(*) جلسة 8 ديسمبر 1976
(1) J.P.Petit، Comptes rendus، 281، سلسلة B، 1975، ص. 157
(2) R.Moir، التحويل المباشر للطاقة من الاندماج، تقرير UCRL 76096 الصادر عن مختبر لورانس ليفرمور، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية.