Плазменный рельсотрон - Plasma railgun

Плазмы рэйлгана представляет собой линейный ускоритель , который, как снаряд рельсотрон , использует два длинные параллельные электроды для ускорения «скользящий короткий» якоря. Однако в плазменном рельсотроне якорь и выброшенный снаряд состоят из плазмы или горячих ионизированных газоподобных частиц, а не из твердой порции материала. Научные плазменные рельсотроны обычно работают в вакууме, а не под давлением воздуха. Они ценны тем, что создают начальную скорость до нескольких сотен километров в секунду. Из-за этого эти устройства находят применение в термоядерном синтезе с магнитным удержанием (MCF), магнито-инерционном синтезе (MIF), исследованиях физики высокой плотности энергии (HEDP), лабораторной астрофизике и в качестве плазменного двигателя для космических аппаратов.

Теория

Плазменные рельсотроны бывают двух основных топологий: линейной и коаксиальной. Линейные рельсотроны состоят из двух плоских электродов, разделенных изоляционными прокладками и ускоряющими листовую арматуру. Коаксиальные рельсотроны ускоряют тороидальные плазменные якоря с помощью полого внешнего проводника и центрального концентрического внутреннего проводника.

Линейные плазменные рельсотроны предъявляют экстремальные требования к своим изоляторам, поскольку они должны быть электрически изолирующими, обращенными к плазме вакуумными компонентами, которые могут выдерживать как тепловые, так и акустические удары . Кроме того, в казенной части канала ствола может существовать сложное тройное уплотнение, что часто может представлять собой серьезную техническую проблему. Для коаксиальных ускорителей изоляторы требуются только в казенной части, но плазменный якорь в этом случае подвержен «пролетной» неустойчивости. Это нестабильность, при которой фронт магнитного давления может опередить или «обойти» плазменный якорь из-за радиальной зависимости плотности тока ускорения, что резко снижает эффективность устройства. Коаксиальные ускорители используют различные методы для уменьшения этой нестабильности. В любой конструкции плазменный якорь сформирован на казенной части. Поскольку плазменные рельсотроны - открытая область исследований, методы формирования якоря варьируются. Однако применялись методы, включающие взрыв фольги, инжекцию разрывного диска газовой ячейки, инжекцию нейтрального газа через клапан быстрого газа и капиллярную инжекцию плазмы.

После формирования якоря плазмоид затем ускоряется по длине рельсотрона с помощью импульса тока, проходящего через один электрод, через якорь и выходящего из другого электрода, создавая большое магнитное поле за якорем. Поскольку ток возбуждения через якорь также проходит перпендикулярно самогенерируемому магнитному полю, частицы якоря испытывают силу Лоренца , ускоряя их по длине пушки. Геометрия и материалы ускорительных электродов также являются открытыми областями исследований.

Приложения

Плазменные рельсовые пушки способны создавать контролируемые струи заданной плотности и скорости в диапазоне по крайней мере от пиковых плотностей 1e13 до 1e16 частиц / м ^ 3 со скоростями от 5 до 200 км / с в зависимости от конструкции устройства и рабочих параметров. Плазменные рельсовые пистолеты оцениваются для применения в термоядерном синтезе с магнитным удержанием для смягчения последствий сбоев и заправки токамаков.

Магнито-инерционный синтез стремится взорвать намагниченную цель термоядерного синтеза, используя сферически-симметричный коллапсирующий проводящий лайнер. Плазменные рельсотроны оцениваются как возможный метод формирования линейной имплозии для термоядерного синтеза.

Массивы плазменных рельсотронов могут быть использованы для создания импульсных взрывов с пиковым давлением ~ 1 мегабар, что дает больший доступ к диаграммам этой открытой области физики плазмы.

Высокоскоростные струи контролируемой плотности и температуры позволяют частично моделировать в лаборатории астрофизические явления, такие как солнечный ветер, галактические струи, солнечные явления и астрофизическую плазму, и измерять их напрямую, в дополнение к астрономическим и спутниковым наблюдениям.

Смотрите также

использованная литература