Kernfusion: Plama durch Jet
02.05.2019
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Plasma Jet Driven Magneto-Inertial Fusion (PJMIF)
Abstract
PJMIF is the only embodiment of magneto-inertial
fusion that has the unique combination of standoff implosion and high implosion
velocity (50 km/s to150 km/s). It uses inexpensive plasma guns for all plasma
formation and implosion. It has potential for relatively high repetition rate
from 1 to 2 Hz. Its configuration is compatible with the use of a thick liquid
wall that doubles as a tritium breeding blanket as well as a coolant for
extracting the heat out of the fusion reactor. Its operational parameter space
allows for the possibility of using a sufficiently dense target plasma for the
target plasma to have a high β. If such a high β plasma could be realized, it
would help to suppress micro and MHD instabilities, giving its target plasma
classical transport and energy confinement characteristics. Its open geometry
and moderate time and spatial scales provide convenient diagnostics access.
Diagnostics accessibility, high shot rate and low cost per shot should enable quick
resolution of technical issues during development, thus the potential for
enabling rapid R&D of PJMIF. There are a number of challenges, however, for
PJMIF including being at a very early stage of development, developing the
required plasma guns, dealing with potential liner non-uniformities, clearing
the chamber of residual high-Z gas between shots, and developing the repetitive
pulsed power component technologies. Over the last three years, the development
of the Plasma Liner Formation Experiment (PLX-α) have been undertaken to
explore the physics and demonstrate the formation of a spherical liner by the
merging of a spherical array of plasma jets. Two-and three-jet merging
experiments have been conducted to study the interactions of the jets. Six-and
seven-jet experiments have been performed to form a piece of the plasma liner.
A brief status report on this development is provided in this paper.
Feb 2019DOI: 10.13140/RG.2.2.28759.93607
Y. C. Francis ThioS. C. HsuF Douglas
WitherspoonEdward CruzAndrew Case
Bilder
The
PLX facility at Los Alamos National Laboratory: 7 guns mounted, photo taken on
July 2, 2018. Up to 60 guns may be mounted
PJMIF ist die einzige Ausführungsform
der Magneto-Inertial-Fusion, die die einzigartige Kombination aus Abstandsversetzung
und hoher Implosionsgeschwindigkeit (50 km / s bis 150 km / s) aufweist. Es
verwendet preiswerte Plasmakanonen für die gesamte Plasmabildung und Implosion.
Es besteht die Möglichkeit einer relativ hohen Wiederholrate von 1 bis 2 Hz.
Seine Konfiguration ist kompatibel mit der Verwendung einer dicken
Flüssigkeitswand, die sowohl als Tritium-Zuchtdecke dient, als auch als
Kühlmittel zum Abführen der Wärme aus dem Fusionsreaktor. Sein
Betriebsparameterraum ermöglicht die Verwendung eines ausreichend dichten
Zielplasmas, damit das Zielplasma einen hohen β aufweist. Wenn ein solches Plasma
mit hohem β erreicht werden könnte, würde
dies dazu beitragen, Mikro- und MHD-Instabilitäten zu unterdrücken, wodurch das
Zielplasma klassische Transport- und Energieeinschränkungseigenschaften erhält.
Seine offene Geometrie und moderate Zeit- und Raumskalen bieten einen bequemen
Zugriff auf die Diagnose. Die Erreichbarkeit der Diagnose, eine hohe Schussrate
und niedrige Kosten pro Schuss sollten eine schnelle Lösung technischer
Probleme während der Entwicklung ermöglichen, wodurch das Potenzial für eine
schnelle Forschung und Entwicklung von PJMIF besteht. Für PJMIF gibt es jedoch
eine Reihe von Herausforderungen. Dazu gehört, sich in einem sehr frühen
Stadium der Entwicklung zu befinden, die erforderlichen Plasmakanonen zu
entwickeln, mögliche Ungleichmäßigkeiten der Auskleidungen zu bewältigen, die
Kammer von Restgas mit hohem Z-Wert zwischen den Schüssen zu befreien und die
Entwicklung zu verbessern repetitive Technologien für gepulste
Leistungskomponenten. In den letzten drei Jahren wurde die Entwicklung des
Plasma-Liner-Formationsexperiments (PLX-α) durchgeführt, um die Physik zu
erforschen und die Bildung eines kugelförmigen Liners durch das Zusammenführen
einer kugelförmigen Anordnung von Plasmastrahlen zu demonstrieren. Zwei- und
Drei-Jet-Verschmelzungsexperimente wurden durchgeführt, um die Wechselwirkungen
der Jets zu untersuchen. Es wurden Sechs- und Siebenstrahl-Experimente
durchgeführt, um ein Stück des Plasma-Liners zu bilden. Ein kurzer
Statusbericht zu dieser Entwicklung wird in diesem Papier bereitgestellt.
Link
https://www.researchgate.net/publication/331158319_Plasma_Jet_Driven_Magneto-Inertial_Fusion_PJMIF