Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1958, H. 11 - Termonukleär forskning, av Erling Dahlberg, Stig Lundquist och Robert Nilsson
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Plasmat förlorar energi genom strålning,
huvudsakligen mjuk röntgenstrålning från elektroner som
accelereras i närheten av jonerna. Plasmat är
genomskinligt för denna strålning, vilket medför att
förlusten varierar som kvadratroten ur temperaturen.
Den har samma täthetsberoende som fusionseffekten.
Balans mellan strålningsförlust och energiproduktion
inträffar vid ca 50 • 106 °K för D-T-blandning och vid
ca 300-10a "K för D-D. Utstrålningen från plasmat
ökas enormt om tunga atomkärnor med hög laddning
finns närvarande, och det är därför nödvändigt att
hålla en mycket hög renhet i plasmat.
Den tid plasmat måste hållas instängt för att en
avsevärd förbränning skall äga rum utgör, om n
betecknar antalet partiklar per m3, ca lO22//! sekunder för
D-D och ca 100 gånger kortare tid för D-T. På denna
tid hinner en jon gå ca 107 m och kollidera många
gånger, men den får ej träffa väggen. Om så sker kan
föroreningar frigöras, vilket orsakar kylning av
plasmat.
Den mest lovande metoden för instängning är
medelst magnetfält, där en laddad partikel tvingas att
röra sig i spiral kring en kraftlinje. Mycket starka
magnetfält fordras för att balansera trycket från
plasmat och de strömförande ledarna utsättes därför
för stora krafter. Vid fusionsreaktionerna bildas
energirika väte- och heliumjoner, vilka kan instängas
i magnetfältet. Dessutom bildas neutroner, som ej
kan kvarhållas, då de saknar laddning.
Det första steget mot fusionsenergins utnyttjande
kan anses taget, då man lyckas framställa ett
ter-monukleärt plasma, där fusionsreaktioner
uppkommer i sådant antal, att de kan mätas och visas vara
orsakade av oordnad temperaturrörelse.
Framställning av ett termonukleärt plasma har hittills
försvårats av instabiliteter av olika slag, vilka dels
förhindrat plasmats instängning, dels gett "falska"
neutroner. I följande tre avsnitt beskrivs några av de längst
drivna arbetena på området.
Pinchef f ekten
Eftersom parallella strömmar attraherar varandra,
ger strömmen i en ledare upphov till ett inåtriktat
tryck på ledarmaterialet. Om detta är gasformigt,
kommer det att komprimeras. Denna s.k. pincheffekt
beskrevs redan 1934 men blev föremål för mer
ingående undersökningar först då man började söka
åstadkomma kontrollerbara termonukleära
reaktioner.
Antag att vi har ett rakt rör av ett isolerande
material, tillslutet i båda ändarna med metallplattor, vilka
kopplas till en strömkälla, som kan leverera en ström
på åtminstone några tusen ampere. Innehåller röret
förtunnad gas av lämpligt tryck, joniseras denna när
spänningen lägges på, och ett cylindriskt ledande
skikt bildas intill rörväggen (skineffekt).
Ledningsförmågan stiger mycket snabbt och när
strömstyrkan växt, så att det av strömmen alstrade magnetiska
trycket överstiger gastrycket, börjar strömskiktet
röra sig in mot centrum, varvid det för med sig
huvudparten av gasen, som koncentreras i en smal pelare.
Vi har således isolerat gasen från väggarna med
hjälp av ett magnetfält och dessutom uppvärmt den,
dels resistivt med urladdningsströmmen och dels
genom kompressionen, så att den blivit nästan
fullständigt joniserad.
Vid jämvikt skall det magnetiska trycket balanseras
av gastrycket. Om n är partikeltätheten i pinchen
(in"3), I strömstyrkan (A), r plasmapelarens radie
(m) och T temperaturen (°K) erhålles
F = 2,76 • 10"19 nrnT
Antages I = 10"; r = 10 °; och n = 10^ ger
ovanstående formel T = 108 °K. Härvid skulle 1,6 • 10°
watt frigöras per meter av urladdningen (vid D-D
reaktioner) och hela gasmängden förbrukas på ca 10
sekunder. Den magnetiska fältstyrkan omedelbart
utanför plasmat skulle bli 2 • 105 gauss, gastrycket
1,6 • 103 at och deuteriumjonernas hastighet 3,5 • 10°
m/s. Detta system kan emellertid inte fungera i
praktiken. Genom att plasmat är i kontakt med
elektroderna kommer det att kylas. Förångning av
elektrodmaterial medför dessutom en kraftig ökning
av halten av föroreningar i gasen, vilket ökar
strålningsförlusterna katastrofalt. Dessa olägenheter kan
dock undvikas, om urladdningskärlet slutes till en
ring och plasmat får utgöra sekundären i en
transformator, fig. 1.
Det förhållandet, att plasmat måste hållas samman
under relativt långa tider, gör dock att en pinch av
den typ vi talat om inte är lämplig som
instängningsmekanism. Antag nämligen att en liten utböjning
uppstår på plasmapelaren, fig. 2a. Magnetfältet och
därmed det magnetiska trycket blir då starkare på den
konkava sidan än den konvexa. Besultatet blir en
växande utbuktning, "kink"-instabilitet, som med stor
hastighet rör sig mot rörväggen. Efter en tid, som
bl. a. beror av rördiametern, träffar plasmat väggen,
kyles och förorenas. Allvarligare är dock
"sausage"-instabiliteten, som tillhör de s.k.
utbytesinstabilite-terna, vilka uppträder, om kraftlinjerna i det
sammanhållande magnetfältet är konkava sedda från
plasmat. Fältlinjerna kan nämligen liknas vid
gummi-band, som söker dra sig samman, medan gasen
strävar att expandera, varför plasma och magnetfält vill
byta plats. Sausage-instabiliteten medför, att
pinch-pelaren snöres samman på vissa punkter, fig. 2b, och
utvidgar sig på andra. Hopsnörningarna kan bli så
kraftiga, att plasmapelaren förstöres redan efter
några mikrosekunder.
Man kan emellertid fördröja instabiliteternas tillväxt
genom att starta urladdningen i ett svagt axiellt
magnetfält. När pinchen då drar sig samman, kommer
huvuddelen av de fältlinjer, som ursprungligen fanns
innanför den strömförande cylindern att följa med
Fig. 1. Pinch.
The pinch.
1 154 ELTEKN I K 1958
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
