[科普中国]-硬芯箍缩

硬芯箍缩，是由一个放在环管中心的绝缘金属环构成的，环电流产生一个环绕磁场，此外，还有一个不被等离子体捕获的轴向磁场包围着等离子体。

硬芯箍缩放电比所谓稳定箍缩更加稳定。

简介为了研究等离子体稳定性，研究出一种有希望的路线是“硬芯箍缩”；它不是真正意义上所考虑的箍缩，而是从一般箍缩效应的实验中发展的。这种硬芯是由一个放在环管中心的绝缘金属环构成的，环电流产生一个环绕磁场，此外，还有一个不被等离子体捕获的轴向磁场，它包围着等离子体。这两个磁场把等离子体约束并压缩在它们之间，如图1所表示的截面图。和通常一样，加热电流在等离子体中沿着轴线附近流动。初步观察已显出硬芯箍缩放电确实比所谓稳定箍缩更稳定。1

箍缩效应电流总是和磁场联系的，所以在通常所说的“箍缩效应’’中就是用通过等离子体的电流产生的磁场来压缩、约束、加热等离子体。早在1950年，美、英、苏三国几乎同时地并自开始了箍缩系统的实验。由于存在不稳定性，现在看来单独使用箍缩系统约束等离子体是没有希望的。但箍缩系统的研究还是提供了一些与等离子体稳定性有关的有用资料，况且当它加到其它某一个磁约束几何形状上时，终究可以证明它是有用的。

假设气体装在环形容器中，从外界导致强电流放电（如图2a所示），那么电流产生磁场，其磁力线包围传导电流的等离子体，而且磁场的压力压缩（或箍缩）着等离子体，敛使电流在靠近管中心的一个狭窄环中流动（如图2b）。在这种方式下，不仅使等离子体保持离开管壁，而且通过本身电流及其产生的磁场压缩来加热等离子体。

图2中：

(a)表示刚开始放电情况；

(b)箍缩完全形成，黑环表示有感应电流的等离子体，小圆环表示感应电流产生的磁场，它压缩（或箍缩）并约束等离予体。

为了在氘或氘—氚混合物中发生核聚变，必须要有高温度、高密度的等离子体，而箍缩效应对于产生并约束高温度、高密度等离子体来说，似乎是简单可行的方法。但不久就会明白，被约束的等离子体是极不稳定的，不能维持到百万分之一秒。即使温度足够高，对于产生有效的聚变能来说这个时间也太短。1

箍缩不稳定性在箍缩等离子体中会发生各种各样的磁流体力学不稳定性，但其中有两种是共同的。假设有一个小的弯曲（或扭曲）在等离子体内产生，如图3所示，那么可以看到，环绕等离子体的磁力线在下面（里面）的比在上面（外面）的靠得紧一些，也即下面的磁场较上面的强，这就产生一个磁强差，使得弯曲更大，如此连续下去，造成等离子体这样严重的变形。以致碰到容器壁或者完全离散。这是第一种类型。

磁流体力学的不稳定性的第二种类型，是在等离子体中形成一个小的收缩（如图4所示），在收缩处的磁力比别处强，这就导致等离子体更加收缩，从而在一个很短的时间内等离子体变得如此的狭窄，以致断开。

理论研究表明，通过在等离子体里加一个轴向捕获磁场，也就是它的磁力线平行于等离子体轴，这样可以稳定箍缩等离子体。基本想法是让磁力线起一个类似加强肋的作用，使等离子体难于弯曲和收缩。用电流通过封闭管外面的线圈，使得在电流放电经过之前产生一个弱的轴向磁场，当发生箍缩放电时是如此迅速地压缩等离子体，以致把这个轴向磁场俘获在等离子体里。这过程显然增加了箍缩的稳定性，但也带来一些缺点，如包含在等离子体内的轴向稳定磁场有对抗箍缩作用，这样就限制了压缩和约束。

不管怎么样，箍缩等离子体还存在其它的不稳定性，而这些不稳定性不受轴向稳定磁场的影响。为了全面地了解它们，希望发展一种能在有意义的时间内加热并约束等离子体的方法。在美、英、法、西德、荷兰、瑞典、日本和苏联等国正在进行箍缩效应的研究工作。1

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学