扭曲仿星器

仿星器可直接通過外部線圈產生扭曲的環形磁籠，故稱作“扭曲仿星器”。在磁約束聚變研究初期，仿星器是最主要的電漿裝置之一，最早是由斯必澤（Spitzer）提出來的，取名為stellartor，意思要仿照星球內那樣的高溫電漿。

基本介紹

• 中文名：扭曲仿星器
• 外文名：Twisted star simulator
• 套用學科：能源工程
• 範疇：工程技術

概念

在磁約束聚變研究初期，仿星器是最主要的電漿裝置之一，最早是由斯必澤（Spitzer）提出來的，取名為stellartor，意思要仿照星球內那樣的高溫電漿。

仿星器裝置的磁體結構大體如《仿星結構示意圖》所示，仿星器也是一種環形磁約束裝置，它和環流器的最大的不同在於它的角向場是靠外加的螺旋型繞組來產生，螺旋繞組就像一個沿著軸向拉伸的螺旋管，螺旋繞組通電後，產生螺旋形的磁力線，它和環向線圈所產生的環向磁力線耦合構成一個螺旋型的總磁力線，從而為環形裝置提供所需要的旋轉變換磁剪下和平均磁阱。

仿星結構示意圖

在《仿星結構示意圖》中，仿星體具有三對螺旋繞組稱為L=3的星體，相鄰的兩根繞組總是流過相反方向的電流，以抵消這些螺旋繞組所產生的磁場垂直分量和環向分量，這樣的螺旋磁力線所構成的磁面，即電漿的小截面的形狀就不再是圓形。當沿著環的小軸前進時，非圓的形狀是旋轉的，仿星器中的電漿相對於它的小軸不是軸對稱，這一點是和托卡馬克的情況截然不同。由於仿星器這種不對稱性，使得仿星器的約束理論比托卡馬克的難得多，並使它的磁場位形變得很複雜。

基本原理

仿星器與托卡馬克裝置的區別

在托卡馬克裝置中磁面是由電漿電流的磁場和環向場合成的，電流密度的分布總可以在電漿的建立過程中進行調整，以保證形成閉合磁面。而仿星器的螺旋繞組是完全固定的，所產生的螺旋磁場也完全是固定的，所以完全沒有自行調整的能力，因此，由於任何一點設計和安裝的誤差，都可以使磁力線在繞大環一周后不回到一個固定的磁面上。

當誤差超過一定值時，磁力線還可能跑到真空壁上去，造成磁面破裂，使帶電粒子沿著磁力線碰到真空壁上喪失掉。為了避免這種損失，仿星器磁場的設計、加工和安裝所要求的精度很高，比托卡馬克的精度高得多，如要求磁場的總誤差不超過萬分之一，這是阻礙仿星器發展的一個重要原因。

仿星器的規模比托卡馬克小很多，它的最大裝置和第二代托卡馬克的規模相近。

仿星器的研究意義

（1）可以為研究改進托卡馬克提供一些有益的經驗。因為仿星器和托卡馬克的磁場位形很相似，在托卡馬克的發展過程中曾向仿星器借鑑了許多東西.仿星器可以提供通過外加螺旋場控制旋轉變換以克服一些扭曲型不穩定性的經驗，這對克服造成環流器破裂不穩定性的m=2扭曲模有很大的幫助，可以通過對仿星器上偏濾器的研究，為減少環流器中電漿雜質提供經驗，同時還可以在仿星器上做二次加熱的各種實驗，積累經驗後，移植到托卡馬克上。

（2）仿星器在建堆方面具有一些優點。由於角向場是靠外加螺旋型繞組來實現，因此仿星器內可以沒有電漿電流，可以靠從外面注入來維持電漿，所以可以穩態運行。仿星器中電漿密度和溫度沿小半徑的分布比托卡馬克中的分布變化要小，即指在相同的中心密度和溫度的條件下，它的平均值比托卡馬克的大。在建堆時，對於相同的中心密度和溫度要求，仿星器的體積比托卡馬克的小，因此費用低。

（3）由於在沒有電漿電流時，沒有臘腸型和彎曲型的巨觀不穩定性，因此平行於電流的強磁場就要小一些，因此， 值比托卡馬克高。