In the LINUS fusion reactor concept, a rotating liquid-metal liner is used for reversible mechanical compression of thermonuclear plasmas, where a vacuum-field 'buffer' zone is used between the plasma and wall to reduce transport losses. The concept has the particular attractiveness of operating in a self-sustaining cycle if the alpha-particle burn energy equals all losses incurred during the liner implosion and re-expansion. A minimum LINUS size can be derived by requiring this burn energy to equal the energy lost to Ohmic dissipation associated with flux diffusion into the linear material and mechanical losses associated with the liner fluid mechanics. A one-dimensional plasma transport and burn code, including incompressible liner dynamics with heat transfer and temperature-dependent flux diffusion in the liquid metal, is used to model various LINUS configurations. Corrections due to compressibility are discussed using a simplified analytical model. Numerical coefficients are derived for simple LINUS scaling laws. The particular case of plasma contact with the liquid metal is studied to determine the effect on LINUS performance. Some thermal contact with the liner before peak compression does not kill the plasma burn, and can thus be allowed in compression scenarios. The tendency of the field to remain imbedded in the hot plasma is, however, not sufficient to significantly retard diffusive flux loss into the liner and, thus, does not reduce the minimum LINUS size. Particular emphasis is placed on evaluating, from a physics standpoint, the relative merits of the lithium-plus-steel shell and the Pb-Li + inner-Li-layer configurations proposed in the literature.
LINUS核融合炉の概念においては、回転する液体金属ライナーが、熱核プラズマの可逆的機械圧縮に使用され、真空場の「バッファ」ゾーンがプラズマと壁の間に設けられ、輸送損失を低減する。この概念の特に魅力的な点は、アルファ粒子の燃焼エネルギーが、ライナーの爆縮および再膨張中に生じるすべての損失と等しくなる場合に、自己維持サイクルで動作し得ることである。最小のLINUSサイズは、この燃焼エネルギーが、ライナー材料への磁束拡散に伴うオーミック散逸損失と、ライナー流体力学に伴う機械的損失との和に等しくなるという条件から導出できる。液体金属における非圧縮性ライナー動力学、熱伝達、および温度依存性磁束拡散を含む一次元プラズマ輸送・燃焼コードを用いて、さまざまなLINUS構成をモデル化する。圧縮性の補正は、簡略化された解析モデルを用いて検討する。単純なLINUSスケーリング則に対する数値係数を導出する。プラズマと液体金属との接触という特定のケースについて、LINUS性能への影響を調べる。ピーク圧縮前にライナーとの熱接触がある程度生じても、プラズマ燃焼が失われることはなく、したがって圧縮過程において許容され得る。しかしながら、高温プラズマ中に磁場が留まる傾向は、ライナーへの拡散磁束損失を有意に遅延させるほどには強くなく、したがって最小LINUSサイズを低減するには至らない。特に、文献で提案されているリチウム・プラス・スチールシェル構成とPb-Li＋内側Li層構成の相対的な利点を、物理学的見地から評価することに重点を置く。