Convertitori MHD di ionizzazione plasmatica
MAGNETOIDRODINAMICA. - Convertitori magnetoidrodinamici di un nuovo tipo: dispositivi a induzione. Nota (*) di Jean-Pierre Petit e Maurice Viton, presentata dal dott. André Lichnérowicz. CRAS 1976.
...Viene presentato un nuovo tipo di acceleratore MHD a forma di disco, a induzione e con controllo dell'ionizzazione. Dotato di un generatore autonomo di elettricità leggero e potente, questo dispositivo potrebbe dare origine a un aerodino MHD. Vengono indicate soluzioni per confinare il plasma alla parete.
*...Un nuovo acceleratore MHD a induzione, a forma di disco e con controllo dell'ionizzazione, viene presentato. Accoppiato a un generatore elettrico leggero e potente, potrebbe diventare un aerodino MHD. Vengono indicate soluzioni per confinare il plasma alla parete. *
Introduzione. In una nota precedente (1) erano stati descritti convertitori MHD di una geometria abbastanza particolare, che utilizzavano un forte effetto Hall. Alcuni di questi dispositivi sono attualmente oggetto di sperimentazione.
...Nella presente nota si tratta invece di un acceleratore MHD con campo magnetico alternato. Consideriamo un disco realizzato in materiale isolante, munito perifericamente di un solenoide percorso da corrente alternata (*fig.*1). La variazione del campo magnetico tende a generare correnti indotte circolari nel fluido adiacente al disco. Si assume trascurabile l'effetto Hall. Queste correnti indotte si combinano con il valore istantaneo del campo B producendo forze radiali alternate, centrifughe e centripete. Poiché il sistema è simmetrico, queste forze hanno solo un effetto di agitazione radiale, l'integrale della quantità di moto essendo nullo su un ciclo. L'intensità della corrente indotta dipende dal valore di picco del campo B e dal suo periodo T. Al di sotto di un certo valore del rapporto B/T, queste correnti indotte rimangono deboli.
Acceleratori con controllo dell'ionizzazione. - Non è più così se si dotano le pareti del disco di un qualsiasi sistema in grado di generare l'ionizzazione (fig.2). Grazie a questo dispositivo si può ora controllare l'intensità delle correnti indotte in ogni punto vicino alla parete dell'acceleratore. Moduliamo ora l'alimentazione degli ionizzatori secondo la figura 3. Operiamo in condizioni in cui il tempo di rilassamento dell'ionizzazione è molto minore del periodo T del campo B.
...È facile vedere che, quando si manifestano, le forze di Laplace, radiali, sono centrifughe nella parte superiore del disco e centripete nella parte inferiore. L'aria ionizzata sarà sottoposta a sollecitazioni pulsate e si produrrà un movimento fluido secondo lo schema della figura 4.
Aerodino MHD. - Se questo acceleratore possiede una fonte autonoma di energia elettrica, si otterrà un aerodino MHD a induzione e con controllo dell'ionizzazione. In una nota precedente (1) era stato menzionato un motore MHD. Si trattava di un motore a due tempi in cui, alla fine della fase di compressione MHD, si verificavano all'interno di un miscuglio gassoso reazioni di fusione. Il plasma entrava quindi in espansione, e l'apparecchio si comportava in questa seconda fase come un generatore elettrico del tipo Hall.
Per memoria citiamo un articolo recente di Ralph Moir (2). Questi propone anch'egli un motore MHD alternativo, di formula diversa e apparentemente più semplice. L'elemento fondamentale è una camera toroidale che altro non è che un tokamak. Moir ritiene che le condizioni di Lawson possano essere raggiunte in una compressione MHD, che per questo tipo di apparecchio è del tipo theta pinch. L'espansione del plasma di fusione comprime quindi le linee di forza del campo magnetico e si ha una produzione diretta di corrente elettrica per induzione. L'interesse di questa doppia formula: aerodino e motore funzionante per induzione, consiste nel potersi sottrarre al passaggio di correnti elevate attraverso elettrodi.
Confinamento del plasma alla parete. - Il solenoide induttore dell'acceleratore a disco fornisce un campo magnetico massimo alla parete. La pressione magnetica tenderà quindi a spostare la scarica lontano da essa. Se si vuole controllare la localizzazione dell'interazione MHD, è necessario ricorrere a una geometria che fornisca un massimo di campo non alla parete, ma nelle sue vicinanze. Ciò può essere ottenuto con una geometria a più solenoidi, come indicato nella figura 5. I calcoli mostrano che l'intensità del campo magnetico è massima su una superficie approssimativamente conica. Si suggerisce di scegliere per parete dell'aerodino una traiettoria ortogonale alle linee di campo, in modo che la forza di Laplace sia tangente a essa. L'idea dell'aerodino MHD è di Jean-Pierre Petit, quella della geometria confinante a più solenoidi di Maurice Viton.
(*) Seduta del 8 dicembre 1976
(1) J.P. Petit, Comptes rendus, 281, serie B, 1975, p.157
(2) R. Moir, Direct Conversion of Energy from Fusion, rapporto UCRL 76096 del Lawrence Livermore Laboratory, California, USA