Ein wichtiges Feld der Plasmaphysik ist die Stabilität des Plasmas. Es hat gewöhnlich nur Sinn, die Stabilität eines Plasmas zu analysieren, sobald es gegründet worden ist, dass das Plasma im Gleichgewicht ist. "Gleichgewicht" fragt, ob es Nettokräfte gibt, die jeden Teil des Plasmas beschleunigen werden. Wenn es nicht gibt, dann fragt "Stabilität", ob eine kleine Unruhe wachsen, schwingen wird oder gedämpft wird.

In vielen Fällen kann ein Plasma als eine Flüssigkeit und seine Stabilität behandelt werden, die mit magnetohydrodynamics (MHD) analysiert ist. MHD Theorie ist die einfachste Darstellung eines Plasmas, so ist MHD Stabilität eine Notwendigkeit für stabile Geräte, die für die Kernfusion, spezifisch magnetische Fusionsenergie zu verwenden sind. Es, gibt jedoch, andere Typen von Instabilitäten, wie Geschwindigkeitsrauminstabilitäten in magnetischen Spiegeln und Systemen mit Balken. Es gibt auch seltene Fälle von Systemen, z.B die Feldumgekehrte Konfiguration, die durch MHD vorausgesagt ist, um nicht stabil zu sein, aber die, wie man beobachtet, wahrscheinlich wegen kinetischer Effekten stabil sind.

Plasmainstabilitäten

Plasmainstabilitäten können in zwei allgemeine Gruppen geteilt werden:

1. hydrodynamische Instabilitäten
2. kinetische Instabilitäten.

Plasmainstabilitäten werden auch in verschiedene Weisen kategorisiert:

die Balken-Achse </td> </tr>

Versetzungen des Balken-Querschnitts ohne Änderung in der Form oder in einem Balken Eigenschaften außer der Position seines Zentrums der Masse </td> </tr>

des Balkens in getrennte Glühfäden. </td> </tr>

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Quelle: Andre Gsponer, "Physik der hohen Intensität energiereiche Partikel-Balken-Fortpflanzung in der Landluft und dem Weltraum plasmas" (2004)

Liste von Plasmainstabilitäten

• Kneifen-Instabilität von Bennett (hat auch die Z-Kneifen-Instabilität genannt)
• Balken akustische Instabilität
• Instabilität der Beule im Schwanz
• Instabilität von Buneman,
• Instabilität von Cherenkov,
• Böschungsinstabilität
• Fusionsinstabilität,
• Zusammenbruch-Instabilität
• Gegeneinteilung der Instabilität
• Zyklotron-Instabilitäten, einschließlich:

:*Alfven-Zyklotron-Instabilität

:*Electron-Zyklotron-Instabilität

:*Electrostatic-Ion-Zyklotron-Instabilität

:*Ion-Zyklotron-Instabilität

:*Magnetoacoustic-Zyklotron-Instabilität

:*Proton-Zyklotron-Instabilität

:*Nonresonant-Zyklotron-Instabilität des Balken-Typs

:*Relativistic-Ion-Zyklotron-Instabilität

:*Whistler-Zyklotron-Instabilität

• Instabilität von Diocotron, (ähnlich der Flüssigkeitsinstabilität von Kelvin-Helmholtz).
• Störende Instabilität (in tokamaks)
• Doppelte Emissionsinstabilität
• Antrieb-Welle-Instabilität
• Rand-lokalisierte Weisen
• Instabilität von Electrothermal
• Instabilität von Farley-Buneman,
• Anhänger-Instabilität
• Instabilität von Filamentation
• Instabilität von Firehose (auch genannt Schlauch-Instabilität)

</td>

• Flöte-Instabilität
• Freie Elektronmaser-Instabilität
• Instabilität von Gyrotron
• Spiralenförmige Instabilität (Spirale-Instabilität)
• Spiralenförmige Knick-Instabilität
• Schlauch-Instabilität (hat auch Instabilität von Firehose genannt)
• Austausch-Instabilität
• Ion-Balken-Instabilität
• Knick-Instabilität
• Senken Sie Hybride (Antrieb) Instabilität (im Kritischen Ionisationsgeschwindigkeitsmechanismus)
• Magnetische Antrieb-Instabilität
• Instabilität von Magnetothermal (Laser-Plasmas)
• Modulationsinstabilität
• Non-Abelian Instabilität (sieh auch Chromo-Weibel Instabilität)
• Chromo-Weibel Instabilität
• Nichtlineare Fusionsinstabilität

Wenn Sie

• zwei Strom-Instabilität in Schwingungen versetzen, sieh zwei Strom-Instabilität
• Paar-Instabilität
• Instabilität von Parker (magnetische Ausgelassenheitsinstabilität)
• Instabilität von Peratt (aufgeschoberte Toroide)
• Kneifen-Instabilität
• Wurst-Instabilität
• Langsame Antrieb-Instabilität
• Das Reißen der Weise-Instabilität
• Zwei-Ströme-Instabilität
• Schwache Balken-Instabilität
• Instabilität von Weibel
• Z-Kneifen-Instabilität, auch genannt Kneifen-Instabilität von Bennett

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MHD Instabilitäten

Beta ist ein Maß des zur magnetischen Feldkraft normalisierten Plasmadrucks. (Sieh magnetohydrodynamics für eine volle Definition.) die MHD Stabilität am hohen Beta ist für einen kompakten, rentablen magnetischen Fusionsreaktor entscheidend. Fusionsmacht-Dichte ändert sich grob als β am unveränderlichen magnetischen Feld, oder als β am unveränderlichen Stiefelstrippe-Bruchteil in Konfigurationen mit dem äußerlich gesteuerten Plasmastrom. (Hier β = β / (I/aB) ist das normalisierte Beta.) In vielen Fällen vertritt MHD Stabilität die primäre Beschränkung auf das Beta und so auf die Fusionsmacht-Dichte. MHD Stabilität wird auch an Probleme der Entwicklung und sustainment von bestimmten magnetischen Konfigurationen, Energiebeschränkung und Steady-Stateoperation nah gebunden. Kritische Probleme schließen das Verstehen und Verlängern der Stabilitätsgrenzen durch den Gebrauch eines ein

Vielfalt von Plasmakonfigurationen und das aktive Entwickeln bedeuten für die zuverlässige Operation in der Nähe von jenen Grenzen. Genaue prophetische Fähigkeiten sind erforderlich, der die Hinzufügung der neuen Physik zu vorhandenen MHD Modellen verlangen wird. Obwohl eine breite Reihe von magnetischen Konfigurationen besteht, ist die zu Grunde liegende MHD Physik für alle üblich. Das Verstehen der MHD in einer Konfiguration gewonnenen Stabilität kann anderen, durch das Überprüfen analytischer Theorien, die Versorgung von Abrisspunkten für prophetische MHD Stabilitätscodes und das Vorrücken der Entwicklung von aktiven Kontrolltechniken nützen.

Das grundsätzlichste und kritische Stabilitätsproblem für die magnetische Fusion ist einfach, dass MHD Instabilitäten häufig Leistung am hohen Beta beschränken. In den meisten Fällen sind die wichtigen Instabilitäten lange Wellenlänge, globale Weisen wegen ihrer Fähigkeit, strenge Degradierung der Energiebeschränkung oder Beendigung des Plasmas zu verursachen. Einige wichtige Beispiele, die für viele magnetische Konfigurationen üblich sind, sind ideale Knick-Weisen, widerspenstige Wandweisen und neoklassizistische reißende Weisen. Eine mögliche Folge, Stabilitätsgrenzen zu verletzen, ist eine Störung, ein plötzlicher Verlust der von der Beendigung der Entladung häufig gefolgten Thermalenergie. Das Schlüsselproblem schließt so das Verstehen der Natur der Beta-Grenze in den verschiedenen Konfigurationen, einschließlich der verbundenen thermischen und magnetischen Betonungen und Entdeckung von Weisen ein, die Grenzen zu vermeiden oder die Folgen zu lindern. Eine breite Reihe von Annäherungen an das Verhindern solcher Instabilitäten ist unter der Untersuchung, einschließlich der Optimierung der Konfiguration des Plasmas und seines Beschränkungsgeräts, der Kontrolle der inneren Struktur des Plasmas und der aktiven Kontrolle der MHD Instabilitäten.

Ideale Instabilitäten

MHD ideale Instabilitäten, die durch den Strom oder die Druck-Anstiege gesteuert sind, vertreten

die äußerste betriebliche Grenze für die meisten Konfigurationen. Die Knick-Weise der langen Wellenlänge und kurze Wellenlänge

sich blähende Weise-Grenzen werden allgemein gut verstanden und können im Prinzip vermieden werden.

Zwischenwellenlänge-Weisen (n ~ 5-10 Weisen hat sich im tokamak Rand plasmas für begegnet

Beispiel) werden wegen der rechenbetont intensiven Natur der Stabilität weniger gut verstanden

Berechnungen. Die umfassende Beta-Grenze-Datenbank für tokamaks ist mit MHD idealen Stabilitätsgrenzen im Einklang stehend, Abmachung zu innerhalb von ungefähr 10 % im Beta für Fälle wo die inneren Profile des nachgebend

Plasma wird genau gemessen. Diese gute Abmachung stellt Vertrauen zur idealen Stabilität zur Verfügung

Berechnungen für andere Konfigurationen und im Design von Prototyp-Fusionsreaktoren.

Widerspenstige Wandweisen

Widerspenstige Wandweisen (RWM) entwickeln sich in plasmas, die die Anwesenheit einer vollkommen führenden Wand für die Stabilität verlangen. RWM Stabilität ist ein Schlüsselproblem für viele magnetische Konfigurationen. Gemäßigte Beta-Werte sind ohne einen nahe gelegenen möglich mauern sich der tokamak, stellarator, und die anderen Konfigurationen ein, aber eine nahe gelegene Leiten-Wand kann ideale Knick-Weise-Stabilität in den meisten Konfigurationen, einschließlich des tokamak, ST, umgekehrten Feldkneifens (RFP), spheromak, und vielleicht des FRC bedeutsam verbessern. Im fortgeschrittenen tokamak und ST ist Wandstabilisierung für die Operation mit einem großen Stiefelstrippe-Bruchteil kritisch. Der spheromak verlangt, dass Wandstabilisierung die niedrige M, n Neigung und Verschiebungsweisen, und vielleicht sich biegende Weisen vermeidet. Jedoch, in Gegenwart von einer nichtidealen Wand, das langsam Wachsen ist RWM nicht stabil. Die widerspenstige Wandweise ist ein langjähriges Problem für den RFP gewesen, und ist mehr kürzlich in Tokamak-Experimenten beobachtet worden. Der Fortschritt im Verstehen der Physik des RWM und Entwickelns der Mittel, es zu stabilisieren, konnte auf alle magnetischen Konfigurationen direkt anwendbar sein. Ein nah zusammenhängendes Problem soll Plasmafolge, seine Quellen und Becken und seine Rolle im Stabilisieren des RWM verstehen.

Widerspenstige Instabilitäten

Widerspenstige Instabilitäten sind ein Problem für alle magnetischen Konfigurationen, da der Anfall an Beta-Werten ganz unter der idealen Grenze vorkommen kann. Die Stabilität von neoklassizistischen reißenden Weisen (NTM) ist ein Schlüsselproblem für magnetische Konfigurationen mit einem starken Stiefelstrippe-Strom. Die neoklassizistische reißende Weise (NTM) ist eine metastable Weise; in bestimmten Plasmakonfigurationen kann eine genug große Deformierung des durch eine "Samen-Insel erzeugten Stiefelstrippe-Stroms" zum Wachstum der Insel beitragen. Der NTM ist bereits ein wichtiger Leistung beschränkender Faktor in vielen Tokamak-Experimenten, zu erniedrigter Beschränkung oder Störung führend. Obwohl der grundlegende Mechanismus, die Fähigkeit gut gegründet wird vorauszusagen, dass der Anfall in gegenwärtigen und zukünftigen Geräten das bessere Verstehen der Dämpfungsmechanismen verlangt, die die Schwelleninselgröße, und der Weise-Kopplung bestimmen, durch die andere Instabilitäten (wie Sägezähne in tokamaks) Samen-Inseln erzeugen können. Widerspenstige sich Blähende Weise, die dem idealen Ballonfahren, aber mit dem begrenzten in Betracht gezogenen spezifischen Widerstand ähnlich ist, stellt ein anderes Beispiel einer widerspenstigen Instabilität zur Verfügung.

Gelegenheiten, um MHD Stabilität zu verbessern

Konfiguration

Die Konfiguration des Plasmas und seines Beschränkungsgeräts vertritt einen

Gelegenheit, MHD Stabilität auf eine robuste Weise zu verbessern. Die Vorteile des Entladungsformens und niedrigen

das Aspekt-Verhältnis für die MHD ideale Stabilität ist klar in tokamaks und STs demonstriert worden, und wird

setzen Sie fort, in Experimenten wie DIII-D, Alcator C-Mod, NSTX und MAST untersucht zu werden. Neuer

Stellarator-Experimente wie (vorgeschlagener) NCSX werden die Vorhersage diese Hinzufügung von prüfen

passend entworfene spiralenförmige Rollen können ideale Knick-Weisen am hohen Beta stabilisieren, und niedrigeres Beta prüft

der sich blähenden Stabilität sind in HSX möglich. Die neuen ST-Experimente stellen eine Gelegenheit zur Verfügung

Testvorhersagen, dass ein niedriges Aspekt-Verhältnis verbesserte Stabilität zu reißenden Weisen einschließlich nachgibt

neoklassizistisch, durch einen großen" Wirkung Glasser "Stabilisierungsbegriff hat mit einem großen Pfirsch-Schlüter verkehrt

Strom. Neoklassizistische reißende Weisen können durch die Minderung des Stiefelstrippe-Stroms in vermieden werden

quasispiralenförmig und quasi-omnigenous stellarator Konfigurationen. Neoklassizistische reißende Weisen sind auch

stabilisiert mit den passenden Verhältniszeichen des Stiefelstrippe-Stroms und des magnetischen mähen; dieser

Vorhersage wird durch die Abwesenheit von NTMs in der Hauptverneinung unterstützt scheren Gebiete von tokamaks.

Konfigurationen von Stellarator wie der vorgeschlagene NCSX, ein quasi-axisymmetric stellarator Design,

kann mit dem magnetischen negativen geschaffen werden mähen und positiver Stiefelstrippe-Strom, um Stabilität zum zu erreichen

NTM. Die Knick-Weise-Stabilisierung durch eine widerspenstige Wand ist in RFPs und tokamaks, demonstriert worden

und wird in anderen Konfigurationen einschließlich STs (NSTX) und spheromaks (SSPX) untersucht.

Ein neuer Vorschlag, widerspenstige Wandweisen durch eine fließende flüssige Lithiumwand zu stabilisieren, braucht weiter

Einschätzung.

Innere Struktur

Die Kontrolle der inneren Struktur des Plasmas erlaubt aktiveren

Aufhebung von MHD Instabilitäten. Das Aufrechterhalten des richtigen aktuellen Dichte-Profils kann zum Beispiel

Hilfe, um Stabilität zu reißenden Weisen aufrechtzuerhalten. Optimierung der offenen Schleife des Drucks und Stroms

Dichte-Profile mit der Außenheizung und den aktuellen Laufwerk-Quellen werden in vielen Geräten alltäglich verwendet.

Verbesserte diagnostische Maße zusammen mit der lokalisierten Heizung und dem Strom steuern Quellen, jetzt

das verfügbare Werden, wird aktive Feed-Back-Kontrolle der inneren Profile in der nahen Zukunft erlauben.

Solche Arbeit beginnt oder geplant in den meisten großen tokamaks (STRAHL, JT-60U, DIII-D,

C-Mod und ASDEX-U), RF Heizung und aktuellen Laufwerk verwendend. Echtzeitanalyse von Profil-Daten

solcher weil sind MSE-Strom-Profil-Maße und Echtzeitidentifizierung von Stabilitätsgrenzen

wesentliche Bestandteile der Profil-Kontrolle. Starke Plasmafolge kann widerspenstige Wandweisen, stabilisieren

wie demonstriert, in Tokamak-Experimenten, und Rotations-mähen wird auch vorausgesagt, um widerspenstigen zu stabilisieren

Weisen. Gelegenheiten, diese Vorhersagen zu prüfen, werden durch Konfigurationen wie ST, zur Verfügung gestellt

spheromak und FRC, die eine große natürliche diamagnetic Folge, sowie tokamaks mit haben

durch die neutrale Balken-Einspritzung gesteuerte Folge. Das Elektrische Tokamak-Experiment ist beabsichtigt, um einen zu haben

sehr große gesteuerte Folge, sich Regimen von Alfvénic nähernd, wo ideale Stabilität auch sein kann

beeinflusst. Das Aufrechterhalten der genügend Plasmafolge und der möglichen Rolle des RWM in der Dämpfung

die Folge, sind wichtige Probleme, die in diesen Experimenten untersucht werden können.

Feed-Back-Kontrolle

Die aktive Feed-Back-Kontrolle von MHD Instabilitäten sollte Operation erlauben

außer den "passiven" Stabilitätsgrenzen. Der lokalisierte rf aktuelle Laufwerk an der vernünftigen Oberfläche wird vorausgesagt

neoklassizistische reißende Weise-Inseln zu reduzieren oder zu beseitigen. Experimente haben in ASDEX-U begonnen

und der KOMPASS-D mit dem Versprechen von Ergebnissen, und wird für das nächste Jahr in DIII-D geplant. Alltäglicher Gebrauch

solch einer Technik in verallgemeinerten Plasmabedingungen wird Echtzeitidentifizierung des verlangen

nicht stabile Weise und seine radiale Position. Wenn die Plasmafolge die widerspenstige Wand stabilisieren musste

Weise kann nicht aufrechterhalten werden, die Feed-Back-Stabilisierung mit Außenrollen wird erforderlich sein. Feed-Back

Experimente haben in DIII-D und HBT-EP begonnen, und Feed-Back-Kontrolle sollte für den erforscht werden

RFP und andere Konfigurationen. Das Physik-Verstehen dieser aktiven Kontrolltechniken wird sein

direkt anwendbar zwischen Konfigurationen.

Störungsmilderung

Die Techniken, die oben besprochen sind, um MHD Stabilität zu verbessern, sind der

Hauptmittel, Störungen zu vermeiden. Jedoch, falls diese Techniken nicht tun

verhindern Sie eine Instabilität, die Effekten einer Störung können durch verschiedene Techniken gelindert werden.

Experimente in

JT-60U haben die Verminderung von elektromagnetischen Betonungen durch die Operation an einem neutralen demonstriert

Punkt für die vertikale Stabilität. Vorkaufseliminierung der Plasmaenergie durch die Einspritzung eines großen Benzins

paffen Sie, oder ein Unreinheitskügelchen ist in Tokamak-Experimenten und andauerndem demonstriert worden

Experimente in C-Mod, JT-60U, ASDEX-U und DIII-D werden das Verstehen und den verbessern

prophetische Fähigkeit. Kälteerzeugende flüssige Strahlen von Helium sind eine andere vorgeschlagene Technik, die kann

seien Sie für größere Geräte erforderlich. Für tokamaks entwickelte Milderungstechniken werden direkt sein

anwendbar auf andere Konfigurationen.

Siehe auch

• Knick-Schwingung
• Plasmainstabilitäten
• Liste von Plasma (Physik) Artikel