MHD-plasma-ionisatie omvormers
MAGNETOHYDRODYNAMICA. - Nieuwe soort magnetohydrodynamische omvormers: inductieapparaten. Nota (*) van Jean-Pierre Petit en Maurice Viton, voorgelegd door André Lichnérowicz. CRAS 1976.
...Een nieuwe vorm van schijfvormige MHD-versneller, gebaseerd op inductie en met gecontroleerde ionisatie, wordt gepresenteerd. Met een lichte en krachtige elektrische generator kan dit apparaat een MHD-vliegtuig opleveren. Oplossingen voor het beperken van de plasma aan de wand worden aangegeven.
...Een nieuwe inductie-MHD-versneller, schijfvormig, met gecontroleerde ionisatie, wordt gepresenteerd. In combinatie met een lichte en krachtige elektrische generator zou dit een MHD-vliegtuig kunnen worden. Oplossingen voor het beperken van de plasma aan de wand worden aangegeven.
Inleiding. In een vorige notitie (1) werden MHD-omvormers met een vrij bijzondere geometrie, gebruikmakend van een sterk Hall-effect, beschreven. Sommige van deze apparaten zijn momenteel onderwerp van experimentele onderzoeken.
...In deze notitie gaat het ditmaal om een MHD-versneller met een wisselend magnetisch veld. Beschouw een schijf gemaakt van een isolerend materiaal, voorzien aan de rand van een solenoïde die wordt doordrongen door een wisselstroom (fig. 1). De verandering in magnetisch veld tracht circulaire geïnduceerde stromen in het omringende vloeistof te veroorzaken. Het Hall-effect wordt verwaarloosd. Deze geïnduceerde stromen combineren met de momentane waarde van het veld B tot radiale krachten, afwisselend centrifugale en centripetale. Omdat het systeem symmetrisch is, hebben deze krachten slechts een radiale wrijvingseffect, terwijl de integraal van de impuls over een cyclus nul is. De stroomsterkte hangt af van de piekwaarde van het veld B en van de periode T. Onder een bepaald drempelwaarde van de verhouding B/T blijven deze geïnduceerde stromen klein.
Versnellers met gecontroleerde ionisatie. - Dit is niet langer het geval als we de wanden van de schijf voorzien van een willekeurig systeem dat ionisatie kan veroorzaken (fig.2). Dankzij dit apparaat kunnen we nu de stroomsterkte van de geïnduceerde stromen op elk punt nabij de wand van de versneller bepalen. We moduleren nu de voeding van de ionisatoren volgens figuur 3. We werken onder omstandigheden waarbij de relaxatietijd van de ionisatie klein is ten opzichte van de periode T van het veld B.
...Het is gemakkelijk te zien dat, wanneer ze optreden, de Lorentzkrachten, radiaal, centrifugaal zijn in de bovenste nabijheid van de schijf en centripetaal in de onderste nabijheid. Het geïoniseerde lucht zal pulserend worden aangedreven en er zal een vloeistofbeweging ontstaan volgens het schema van figuur 4.
MHD-vliegtuig. - Als deze versneller een autonome elektrische energiebron heeft, verkrijgen we een MHD-vliegtuig gebaseerd op inductie en gecontroleerde ionisatie. In een vorige notitie (1) werd al een MHD-motor besproken. Een tweetaktmotor waarin aan het einde van de compressiefase MHD binnen een gasmengsel fusiereacties plaatsvinden. Het plasma zet dan uit, en het apparaat gedraagt zich in deze tweede fase als een elektrische generator van het Hall-type.
Voor de geheugenwaardigheid noemen we een recent artikel van Ralph Moir (2). Die stelt ook een alternatieve MHD-motor voor, met een andere formule en blijkbaar eenvoudiger. Het essentiële onderdeel is een toroïdale kamertje dat niets anders is dan een tokamak. Moir denkt dat de Lawsonvoorwaarden kunnen worden bereikt bij een MHD-compressie, die voor dit type apparaat van het thetapinch-type is. De expansie van het fusieplasma comprimeert dan de magnetische veldlijnen en er ontstaat direct elektrische stroom door inductie. Het voordeel van deze dubbele functie: vliegtuig en motor die werken via inductie, is dat er geen grote stromen door elektroden hoeven te lopen.
Beperking van het plasma aan de wand. - De inductiesolenoïde van de schijfvormige versneller levert een magnetisch veld dat maximaal is aan de wand. De magnetische druk zal dus tendentie hebben om de ontladingszone weg te verplaatsen van de wand. Als we de locatie van de MHD-interactie willen beheersen, moeten we een geometrie kiezen die een maximum van het veld geeft, niet aan de wand, maar vlak daarbij. Dit kan worden bereikt met een geometrie met meerdere solenoïden zoals aangegeven in figuur 5. Berekeningen tonen aan dat de magnetische veldsterkte dan maximaal is op een oppervlak dat ongeveer conisch is. Het wordt aangeraden om voor de wand van het vliegtuig een baan te kiezen die loodrecht staat op de veldlijnen, zodat de Lorentzkracht tangentaal aan die baan is. De idee van het MHD-vliegtuig komt van Jean-Pierre Petit, de idee van de meervoudige solenoïde-geometrie voor beperking van het plasma van Maurice Viton.
(*) Zitting van 8 december 1976
(1) J.P. Petit, Comptes rendus, 281, serie B, 1975, p. 157
(2) R. Moir, Direct Conversion of Energy from Fusion, rapport UCRL 76096 van het Lawrence Livermore Laboratory, Californië, VS