نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، صندوق پستی: 775-14515، تهران - ایران
چکیده
در یک رآکتور پلی‌ول، وجود یک کاتد مجازی پایدار و پرانرژی به منظور شتاب گرفتن یون‌ها و ایجاد برهمکنشهای همجوشی لازم است. افزایش زمان محصورسازی الکترون‌های تشکیل‌دهنده کاتد مجازی در عملکرد رآکتور پلی‌ول بسیار مهم است. در این مقاله با استفاده از شبیه‌سازی عددی سه بعدی به کمک نرم‌افزار کامسول وابستگی کاتد مجازی به متغیرهای مؤثر در یک پلی‌ول مورد بررسی قرار گرفته است. زمان محصورسازی ابر الکترونی به فاصله حلقه‌ها، شعاع حلقه‌ها، جریان حلقه‌ها و انرژی جنبشی الکترون‌های تزریق شده به داخل پلی‌ول بستگی دارد. با استفاده از نتایج شبیه‌سازی، چگونگی وابستگی متغیرهای ذکر شده با زمان محصورسازی را به‌دست آورده و سپس یک مدل ریاضی برای زمان محصورسازی معرفی می‌گردد.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Investigation of effective parameters in increasing the confinement time of electrons in a low beta Polywell device
نویسندگان [English]
- M. Bagheri
- A. Salar Elahi
- M.K. Salem
- M. Ghoranneviss
Plasma Physics Research Center, Science and Research Branch, Islamic Azad University, P.O.Box: 14515-775, Tehran - Iran
چکیده [English]
In a polywell reactor, it is critical to have a stable and energetic virtual cathode that is necessary to accelerate ions and create fusion interactions. Increasing the confinement time of virtual cathode electrons is of critical importance in the performance of polywell reactors. In this paper, COMSOL Multiphysics software was used to perform a three-dimensional numerical simulation in order to investigate the impacts of effective variables of a polywell on the virtual cathode. The findings indicated that the confinement time depends on the distance between the coils, coil radius, coil current, and the kinetic energy of the injected electrons. In addition, by using the simulation results, the dependence of the mentioned parameters on the confinement time is obtained, and then a mathematical model was developed.
کلیدواژه‌ها [English]
- Polywell
- Electrons confinement time
- Comsol
- Simulation
- Low beta mode
1. R.W. Bussard, Some physics considerations of magnetic inertial-electrostatic confinement: A new concept for spherical converging-flow fusion, Fusion Sci. Technol., 19, 273 (1991).
2. J. Hedditch, R. Bowden-Reid, J. Khachan, Fusion energy in an inertial electrostatic confinement device using a magnetically shielded grid, Phys. Plasmas, 22, 102705 (2015).
3. O.A. Lavrent’ev, Electrostatic and electromagnetic high-temperature plasma traps, Ann.N.Y. Acad. Sci., 251, 152 (1975).
4. R.W. Bussard, Some Physics Considerations of Magnetic Inertial-Electrostatic Confinement: A New Concept for Spherical Converging-Flow Fusion, Fusion Technol, 19, 273 (1991).
5. F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Plenum Press (1984).
6. R. Bussard, Method and apparatus for creating and controlling nuclear fusion reactions, US Patent, 5, 160, 695, 3 November (1992).
7. R. Bussard, Method and apparatus for controlling charged particles, US Patent Application, 0187086/2008, 7 August (2008).
8. M. Carr, et al, Low beta confinement in a Polywell modelled with conventional point cusp theories, Physics of Plasmas, 18, 112501 (2011).
9. F. Kazemyzade, et al, Dependence of potential well depth on the magnetic field intensity in a polywell reactor, J. Fusion Energ., 31, 341 (2013).
10. D. Gummersall, et al, Scaling law of electron confinement in a zero beta polywell device, Phys. Plasmas, 20, 102701 (2013).
11. S. Cornish, et al, The dependence of potential well formation on the magnetic field strength and electron injection current in a polywell device, Phys. Plasmas, 21, 092502 (2014).
12. M. Carr, J. Khachan, The dependence of the virtual cathode in a polywellTM on the coil current and background gas pressure, Physics of Plasmas, 17, 052510 (2010).
13. M. Bagheri, et al, The effect of spacing factor on the confinement time of the electrons in a low beta Polywell device, 10, 055305 (2020).
14. J.G. Rogers, A Polywell Fusion Reactor Designed for Net Power Generation, Fusion Energy, 37, 1-20 (2017).
15. J. Park, et al, High-energy electron confinement in a magnetic cusp configuration, Phys. Rev., X 5, 021024 (2015).
16. D. Poznic, J. Ren, J. Khachan, Electron density and velocity functions in a low beta polywell, Phys. Plasmas, 26, 022703 (2019).
17. COMSOL MultiphysicsTM 5.2a, COMSOL, Inc., 2016, http://www.comsol.com.
- J.A. Bttincourt, Fundamentals of Plasma Physics, 3rd ed., (Springer, 2004).
)