Фундаментальные свойства тороидальных токовых структур
Произведены численные расчеты магнитного поля (МП) тороидальных структур с полоидальным током (Рис.1). Стрелками, обозначенными i, показаны векторы элементов тока. Рассматривались торы с отношением R / r » 1 и R / r » 2. Результаты расчетов выведены в виде графиков Кантора. Линии на графиках показывают сечение поверхностей уровня равной напряженности МП.
Направление вектора напряженности МП – перпендикулярно к плоскости изображения, так как силовые линии МП имеют исключительно азимутальную (или тангенциальную или касательную к окружности, которая лежит в плоскости XY и с центром на оси Z) составляющую.
Вначале рассчитывалось МП внутри тора.
Тор с отношением R / r » 1 (Рис.1).
Рис.1
Рис.2
Тор с отношением R / r » 2 (Рис.3).
Рис. 3
Рис. 4
На графиках (Рис.2, Рис.4) видно, что структура МП внутри тора не соответствует структуре МП бесконечного прямого проводника с током, как считалось до сих пор в классической теории электромагнетизма. Эта структура МП соответствует полю, создаваемому отдельным элементом тока, расположенным в центре тора на его главной оси и направленным вдоль этой оси. График этого МП показан на Рис. 5.
Рис. 5
Затем было рассчитано МП вне тора в плоскости XZ в ее части Y`(см. Рис.3).
Рис. 6
Напряженность МП в плоскости Y' (y = 0) в виде графика Кантора.
Рис. 7
Напряженность МП вдоль прямой L - L; [ у = 0, x = const, B = f(z) ].
На графике (Рис.6) видно, что внешнее МП тора существует. График на Рис.7 выявляет особенность этого МП - три максимума и два нуля. Из Рис.7 видно, что при осевом сближении двух торов вначале возникает их отталкивание, а после преодоления потенциального барьера - притяжение. Система входит в состояние с минимальным магнитным потоком (минимальной энергией) и становится устойчивой. Любопытно соотношение внутреннего и внешнего МП - примерно 137 соответственно.
Расчет МП, создаваемого системой из двух соосных торов (Рис.8) показывает, что оно имеет минимум по трем координатам в центре системы (Рис.9). Все это показывает бесперспективность удержания плазмы внутренним МП в замкнутых ловушках с тороидальной конфигурацией МП типа “Токамак” и “Стелларатор” - удержание возможно только внешним МП системы торов произвольной конфигурации.
Рис. 8
Рис. 9
Предыдущие расчеты были сделаны для сплошных токовых поверхностей. Теперь сделаем расчет для тора, состоящего из отдельных прямоугольных витков с током (сегментированный тор) Рис.10, Рис.11. Это делается для проверки возможности воспроизведения МП сплошного тора полем сегментированных (реальных) торов. Графики – в условных единицах
Рис. 10
Структура магнитного поля сегментированного тора в плоскости Y' (XZ) в виде графика Кантора.
Показаны сечения поверхностей уровня равной напряженности МП.
Вектор напряженности направлен перпендикулярно плоскости рисунк.
Рис. 11
Графики зависимости напряженности МП Н по контуру L (Z=0.1) от угла f .
Число витков NW равно 4, 6, 8 и 12 соответственно. Ампервитки постоянны.
Дополнительно
Солнце и его влияние на землю
Каждому
наверняка известно, что на Солнце нельзя смотреть невооруженным глазом, а тем
более в телескоп без специальных, очень темных светофильтров или других
устройств, ослабляющих свет. Пренебрегая этим советом, наблюдатель рискует
получить сильнейший ожог глаза. Самый простой способ рассматриват ...
Планета солнечной системы Уран
Даже в XVIII в.
планетная система была известна только до Сатурна. Но уже тогда предполагали,
что Сатурном список планет не оканчивается, что существуют еще более далекие
планеты, которые невооруженным глазом увидеть нельзя. Это мнение блестяще
подтвердилось, когда в 1781 г. знаменитый английский ...