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Rapid compression heating of a plasma in the linear z-pinch

H.A.B. Bodin, A.A Newton, N.J Peacock1960年被引用 13Nuclear FusionIF 3出版社

The electrical characteristics of discharges with high and low initial rates of current rise are briefly described and the electrical measurements are used to determine the work done on the plasma by rapid compression. The particle and the magnetic energy in the discharge are discussed for both high and low initial rates of current rise (dl/dt(0)) and for discharges with and without an axial magneticfield (Hz). It is shown that the gas is heated much more efficiently both with and without Hz at high dl/dt(0). For dl/dt(0) ∼ 1.5× 1012 amps/sec (Hz = 0) 15% of the initial bank energy goes into heating the gas and 10% into the magneticfieldat the first maximum contraction; for dl/dt ∼ 1011 amps/sec (Hz = 0) 11% goes into the field and only 6.5% into the gas at this time. The energy input to the gas is found to become limited well before peak current, and the initial implosion is not followed by much of the subsequent isentropic compression heating which might be expected, so that the temperature never exceeds about 300 eV; it follows that most of the observed neutron yield (∼ 106) is not thermonuclear. Data obtained from the electrical waveforms and from high-speed photographs are presented and analysed, and it is shown that large currents build up outside the central plasma column after the first maximum contraction. Further evidence suggests that these currentsflowin wall material boiled off by radiation from the central column. These wall effects account for the absence of further isentropic compression heating and also contaminate the central plasma column; they are such as to prevent any significant gain in heating by increasing the power input to the discharge. It is concluded that similar effects probably account for the failure to achieve a thermonuclear temperature in many high power pinch experiments.

日本語訳

高いおよび低い初期電流上昇率を持つ放電の電気的特性について簡潔に述べ、電気的測定を用いて急速圧縮によってプラズマになされる仕事を決定する。放電中の粒子エネルギーと磁気エネルギーについて、高いおよび低い初期電流上昇率 (dl/dt(0)) の両方、ならびに軸方向磁場 (Hz) の有無による放電について議論する。高い dl/dt(0) では、Hz の有無にかかわらず、ガスがはるかに効率的に加熱されることが示される。dl/dt(0) ∼ 1.5× 1012 amps/sec (Hz = 0) の場合、最初の最大収縮時には初期バンクエネルギーの15%がガスの加熱に、10%が磁場に入る。dl/dt ∼ 1011 amps/sec (Hz = 0) の場合、この時点では11%が磁場に入り、ガスにはわずか6.5%しか入らない。ガスへのエネルギー入力はピーク電流のかなり前に制限されることが見出され、初期爆縮の後には、期待されるかもしれないその後の等エントロピー圧縮加熱はあまり続かない。そのため温度は約300 eVを決して超えない。したがって、観測された中性子収量(∼ 106)の大部分は熱核によるものではない。電気波形および高速写真から得られたデータを示して分析し、最初の最大収縮後に中心プラズマ柱の外側に大きな電流が形成されることが示される。さらなる証拠は、これらの電流が中心柱からの放射によって蒸発した壁材料中を流れることを示唆している。これらの壁効果は、その後の等エントロピー圧縮加熱が起こらない理由を説明し、また中心プラズマ柱を汚染する。それらは、放電への電力入力を増加させることによる加熱の有意な利得を妨げるようなものである。同様の効果が、多くの高電力ピンチ実験において熱核温度を達成できなかった原因である可能性が高いと結論される。

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