Преобразователи плазменной ионизации MHD
МАГНИТОГИДРОДИНАМИКА. - Новые типы магнитогидродинамических преобразователей: устройства с индукцией. Заметка (*) Жана-Пьера Пети и Мориса Витона, представленная М. Андре Лихнеровичем. CRAS 1976.
...Представлен новый тип дискового индукционного ускорителя MHD с контролем ионизации. Обладая автономным источником электрической энергии, это устройство может стать MHD-аэродинамическим аппаратом. Обсуждается решение, позволяющее конфинировать плазму у стенки.
...Представлен новый индукционный MHD-ускоритель дисковой формы с контролем ионизации. В сочетании с лёгким и мощным электрогенератором он может стать MHD-аэродинамическим аппаратом. Указываются решения для конфинирования плазмы у стенки.
Введение. В предыдущей заметке (1) были описаны MHD-преобразователи необычной геометрии, использующие сильный эффект Холла. Некоторые из этих устройств в настоящее время находятся в стадии экспериментирования.
...В настоящей заметке речь идёт о MHD-ускорителе с переменным магнитным полем. Рассмотрим диск из диэлектрического материала, снабжённый на периферии соленоидом, по которому протекает переменный ток (*рис.*1). Изменение магнитного поля стремится создать индуцированные циркулярные токи в окружающей жидкости. Предполагается, что эффект Холла пренебрежимо мал. Эти индуцированные токи взаимодействуют с мгновенным значением поля B, создавая радиальные силы, попеременно центробежные и центростремительные. Поскольку система симметрична, эти силы оказывают лишь радиальное возмущение, а интеграл импульса за цикл равен нулю. Интенсивность индуцированного тока зависит от амплитуды поля B и его периода T. При значении отношения B/T ниже определённого порога индуцированные токи остаются небольшими.
Ускорители с контролем ионизации. - Это уже не так, если мы снабдим стенки диска каким-либо устройством, способным создавать ионизацию (*рис.*2). Благодаря этому устройству можно теперь контролировать интенсивность индуцированных токов в любой точке, прилегающей к стенке ускорителя. Теперь модулируем питание ионизаторов в соответствии с рисунком 3. Рассматриваем условия, при которых время релаксации ионизации мало по сравнению с периодом T поля B.
...Легко видеть, что, когда появляются силы Лоренца, радиальные, они являются центробежными в верхней части диска и центростремительными в нижней. Ионизированный воздух будет подвергаться импульсному воздействию, и произойдёт движение жидкости по схеме, показанной на рисунке 4.
MHD-аэродинамический аппарат. - Если этот ускоритель будет обладать автономным источником электрической энергии, получится индукционный MHD-аэродинамический аппарат с контролем ионизации. В предыдущей заметке (1) упоминался MHD-двигатель. Это двухтактный двигатель, в котором в конце такта сжатия MHD в газовой смеси происходят реакции синтеза. В этот момент плазма расширяется, и устройство в этой второй фазе работает как электрогенератор типа Холла.
Для справки упомянем недавнюю статью Ральфа Мойра (2). Он также предлагает альтернативный MHD-двигатель, отличающийся другой формулой и, по-видимому, более простой конструкцией. Основным элементом является тороидальная камера, которая по сути является токамаком. Мойр считает, что условия Лоусона могут быть достигнуты при MHD-сжатии, которое для этого типа устройства имеет характер «theta pinch». Расширение плазмы синтеза сжимает силовые линии магнитного поля, и происходит прямая индукция электрического тока. Преимущество такой двойной конструкции — аэродинамического аппарата и двигателя, работающего по индукционному принципу — заключается в том, что исключается необходимость пропускать большие токи через электроды.
Конфинирование плазмы у стенки. - Соленоид индуктора дискового ускорителя создаёт магнитное поле, максимальное у стенки. Давление магнитного поля будет стремиться сместить разряд от стенки. Чтобы контролировать положение взаимодействия MHD, необходимо использовать геометрию, дающую максимум поля не у стенки, а в непосредственной её близости. Это можно достичь с помощью геометрии с несколькими соленоидами, как показано на рисунке 5. Расчёты показывают, что интенсивность магнитного поля будет максимальной на поверхности, приближающейся к конической. Рекомендуется выбирать стенку аэродинамического аппарата в виде траектории, ортогональной силовым линиям поля, чтобы сила Лоренца была касательной к ней. Идея MHD-аэродинамического аппарата принадлежит Жану-Пьеру Пети, идея конфинирующей геометрии с несколькими соленоидами — Морису Витону.
(*) Сессия от 8 декабря 1976 года
(1) Ж.-П. Пети, Комп. Ренд., 281, серия B, 1975, стр. 157
(2) Р. Мойр, Прямое преобразование энергии синтеза, отчёт UCRL 76096 Ливерморской лаборатории, Калифорния, США