基本介紹
- 中文名：帶狀箍縮
- 外文名：ribbon pinch
- 特點：採用了穩定性措施
- 類別：能源工程術語
- 領域：核聚變
簡介,箍縮效應,箍縮不穩定性,
簡介
帶狀箍縮，一種箍縮類聚變實驗裝置。
自從環形裝置取得很大進展後，角向箍縮也向環形發展，以期克服終端損失。但是遇到了難以克服的巨觀不穩定性，結果圓截面的環形角向箍縮裝置達到的指標並不比開端的角向箍縮好（見圖1）。
圖1 幾種箍縮裝置指標
圖1 幾種箍縮裝置指標為了克服環形帶來的不穩定性，發展了一些採用了穩定措施的環形箍縮裝置，如拉長截面的帶狀箍縮，螺旋形磁力線的螺旋箍縮，增大磁剪下的反場箍縮等等，真是五花八門，不斷翻新。它們達到的能量約束時間τ比直線的角向箍縮要高一些，但總的來說差別並不大，都比其它磁約束裝置達到的指標要低（見圖1）。
在核聚變研究的發展過程中，為了探索能夠較好地約束住電漿的磁場位形，曾經提出了各種各樣的方案，建成了種類繁多的各種聚變實驗裝置。這些裝置都有各自的優點，也有各自的缺點。經過幾十年的發展歷史，有些早期提出的實驗裝置已完成了使命，有的已演化成其它裝置。例如早期的天體器、漂浮器、直線的角向箍縮和Z箍縮，帶狀箍縮裝置等目前已經基本上退出了聚變研究的舞台。90年代托卡馬克裝置在各類裝置中獨占繁頭，受到最廣泛的重視，取得了十分重大的進展．仿星器也在繼續發展。磁鏡系列的裝置也有幾種不同類型，其中串列磁鏡較受重視。箍縮類裝置中的環形反向場箍縮裝置也有較大進展，受到更多人的重視。此外，還有各種類型的緊湊裝置如球馬克裝置等也在繼續探索之中。
箍縮效應
電流總是和磁場聯繫的，所以在通常所說的“箍縮效應’’中就是用通過電漿的電流產生的磁場來壓縮、約束、加熱電漿。早在1950年，美、英、蘇三國幾乎同時地並自開始了箍縮系統的實驗。由於存在不穩定性，現在看來單獨使用箍縮系統約束電漿是沒有希望的。但箍縮系統的研究還是提供了一些與電漿穩定性有關的有用資料，況且當它加到其它某一個磁約束幾何形狀上時，終究可以證明它是有用的。
圖2
圖2假設氣體裝在環形容器中，從外界導致強電流放電（如圖2a所示），那么電流產生磁場，其磁力線包圍傳導電流的電漿，而且磁場的壓力壓縮（或箍縮）著電漿，斂使電流在靠近管中心的一個狹窄環中流動（如圖2b）。在這種方式下，不僅使電漿保持離開管壁，而且通過本身電流及其產生的磁場壓縮來加熱電漿。
圖2中：
(a)表示剛開始放電情況；
(b)箍縮完全形成，黑環表示有感應電流的電漿，小圓環表示感應電流產生的磁場，它壓縮（或箍縮）並約束等離予體。
為了在氘或氘—氚混合物中發生核聚變，必須要有高溫度、高密度的電漿，而箍縮效應對於產生並約束高溫度、高密度電漿來說，似乎是簡單可行的方法。但不久就會明白，被約束的電漿是極不穩定的，不能維持到百萬分之一秒。即使溫度足夠高，對於產生有效的聚變能來說這個時間也太短。
箍縮不穩定性
在箍縮電漿中會發生各種各樣的磁流體力學不穩定性，但其中有兩種是共同的。
假設有一個小的彎曲（或扭曲）在電漿內產生，如圖3所示，那么可以看到，環繞電漿的磁力線在下面（裡面）的比在上面（外面）的靠得緊一些，也即下面的磁場較上面的強，這就產生一個磁強差，使得彎曲更大，如此連續下去，造成電漿這樣嚴重的變形。以致碰到容器壁或者完全離散。這是第一種類型。
磁流體力學的不穩定性的第二種類型，是在電漿中形成一個小的收縮（如圖4所示），在收縮處的磁力比別處強，這就導致電漿更加收縮，從而在一個很短的時間內電漿變得如此的狹窄，以致斷開。
理論研究表明，通過在電漿里加一個軸向捕獲磁場，也就是它的磁力線平行於電漿軸，這樣可以穩定箍縮電漿。基本想法是讓磁力線起一個類似加強肋的作用，使電漿難於彎曲和收縮。用電流通過封閉管外面的線圈，使得在電流放電經過之前產生一個弱的軸向磁場，當發生箍縮放電時是如此迅速地壓縮電漿，以致把這個軸向磁場俘獲在電漿里。這過程顯然增加了箍縮的穩定性，但也帶來一些缺點，如包含在電漿內的軸向穩定磁場有對抗箍縮作用，這樣就限制了壓縮和約束。
不管怎么樣，箍縮電漿還存在其它的不穩定性，而這些不穩定性不受軸向穩定磁場的影響。為了全面地了解它們，希望發展一種能在有意義的時間內加熱並約束電漿的方法。在美、英、法、西德、荷蘭、瑞典、日本和蘇聯等國正在進行箍縮效應的研究工作。
