Стелларатор - фізична енциклопедія
Стелараторі (від англ, stellar - зоряний) - замкнута магнітна пастка. в якій необхідна для утримання плазми конфігурація магн. поля створюється струмами, поточними поза плазмового обсягу. С. являє собою одну з різновидів тороїдальних систем. магн. поле яких брало характеризується наявністю тороїдальних (в топологіч. сенсі) магн. поверхонь з вращат. перетворенням (зрушенням, поворотом) силових ліній. Вперше на можливість існування в магн. поле таких поверхонь вказав І. Е. Тамм (1928) на прикладі кільця зі струмом, поміщеного в поздовжнє тороїдальне магн. поле. В цьому випадку силові магн. лінії являють собою тороїдальні спіралі, навивати навколо осьової лінії кільцевого струму і вчиняють у пор. від оборотів по малому азимуту при п обходах уздовж тора. Важливою характеристикою С. є обертальний перетворення - величина, що визначає число обходів по малому азимуту при одному обході вздовж тора: ц = т / га. Якщо і. є число ірраціональне, то магн. силова лінія не замикається сама на себе, утворюючи при нескінченному русі вздовж тора якусь магн. поверхню. У разі раціональних відбувається виродження магн. поверхонь - вони складаються з безлічі силових ліній, замкнутих на себе після п обходів навколо тора. Вся магн. конфігурація є сімейство вкладених один в одного магн. поверхонь з віссю, що збігається з центром кільцевого струму.
Подібні магн. конфігурації отримали практич. використання в зв'язку з розвитком робіт з керованого термоядерного синтезу з магнітним. утриманням плазми. Ідею плазмової магн. пастки з струмовими провідниками, розташованими зовні замкнутих магн. поверхонь, висунув Л. Спітцер (L. Spitzer); він же запропонував назву для таких систем - С. т. е. тор з зоряної речовини.
Вращат. перетворення силових ліній призводить до компенсації тороїдального дрейфу заряджу. частинок, забезпечуючи рівновагу плазми. Дрейфові траєкторії більшості частинок плазми (т. Н. Пролітних) виявляються близькими до магн. поверхонь і зміщені на величину порядку (- ларморовской радіус частинки). Перехід з одного дрейфовой траєкторії на іншу відбувається лише в результаті зіткнень з ін. Частками. Виняток становлять частинки з малими поздовжніми швидкостями, замкнені в локальних мінімумах гвинтового і тороїдального полів. Відхилення їх траєкторій від магн. поверхонь істотно більше і саме цими частками в разі рідкісних зіткнень в гарячій плазмі визначаються коеф. дифузії і теплопровідності (неоклассіч. теорія переносу; см. Перенесення процеси).
У класичні. С. до тороїдальному магн. полю додається магн. поле 2l гвинтових обмоток з чергується напрямком струмів. Магн. поле всередині гвинтових провідників не надто крутого тора описується потенціалом
де Вт - тороїдальне магн. поле, - відносить. амплітуда гвинтових гармонік, (L - крок гвинтової обмотки) і - просторові координати, - модифікується. ф-ція Бесселя. Усередині даного обсягу виникають два види силових ліній: силові лінії, що охоплюють гвинтові провідники, і внутр. лінії, що утворюють магн. поверхні. Поверхня, що розділяє обидві ці області, наз. сепаратріси. У нехтуванні торойдальностью і внеском вищих гармонік вона являє собою l -угольную кручені поверхню з кроком, рівним кроку гвинтової обмотки, і ребрами, розташованими навпроти провідників з напрямком струму, протилежним напрямку поздовжнього поля Вт при правом гвинтовому обході, і навпаки - при лівому. Схематич. зображення поперечного перерізу магн. поверхонь для С. l = 3 і l = 2 наведено на рис. 1. Силові лінії замкнутих магн. поверхонь відстають від обертання ребер сепаратріси. Здійснюючи радіальні і азимутальні коливання. силові лінії дрейфують по малому азимуту, забезпечуючи пор. кут перетворення повороту. На рис. 2 зображена поперечна проекція силової лінії на деякої магн. поверхні.
Мал. 1. Поперечний перетин магнітних поверхонь для стелараторі з l = 3 (а), з l = 2 (б).
Мал. 2. Поперечна проекція силової лінії; і - мінімальний і максимальний радіуси магнітних поверхонь.
Мал. 3. Схема конструкції стелараторі - ТОРСАТРОНІ ATF: 1 - механічна оболонка; 2 - вакуумна камера; 3 - гвинтові обмотки; 4 - внутрішні обмотки поперечного поля; 5 - середні обмотки поперечного поля; 6 - зовнішні обмотки поперечного поля; 7 - фланець вакуумної камери; 8 - опори установки; 9 - підстава; 10 - місце для дослідницької апаратури.
Перетворення повороту в С. виникає в результаті усереднення уздовж тороидальной системи незважаючи на те, що середнє полоідальним магн. поле всередині гвинтових провідників дорівнює нулю, полоідальним магн. потік через подовжню перегородку dS між близькими магн. поверхнями не дорівнює нулю і відповідно вращат. преооразованіе h, чисельно дорівнює. де dФ - поздовжній магн. потік, що охоплюється даними поверхнями. Др. характеристикою магн. поля С. є величина радіальної похідної вращат. перетворення. або т. н. шир (- усереднений радіус перетину магн. поверхні), що характеризує ступінь перехрещені силових ліній при переході з однієї поверхні на іншу. Створення достатньої величини шира необхідно для забезпечення стійкості плазми в системі. Величини і характеризують також ступінь топологіч. стійкості магн. структури С. Для забезпечення заданої структури поля необхідна висока точність виготовлення магн. обмоток С. Неминучі неточності виготовлення установки можуть призводити до помітної деформації магн. поверхонь. Особливу небезпеку для утримання плазми представляють резонансні обурення раціональних магн. поверхонь з низькими значеннями від і та, що призводять до утворення т. н. магн. островів (див. перез'єднання магн. полів), що рівносильно зменшення ефективного поперечного розміру системи. Стійкість плазми в С. може бути також забезпечена при низьких значеннях магн. шира при наявності пор. магн. ями (див. Стабілізація неустойчивостей плазми).
Магн. поле С. може бути створено разл. способами. Системи, де тороїдальне і гвинтове поля створюються гвинтовими обмотками з односпрямованим струмами, наз. ТОРСАТРОНІ. Геліотрон - установка, в якій поряд з ТОРСАТРОНІ обмотками використовуються котушки, що створюють частину тороїдального магнітного. потоку. Магн. поле С. може бути створено і без гвинтових обмоток - за допомогою спеціально профільованих котушок. Розробляються і більш складні системи з просторовою магн. віссю.
Літ .: Рабинович М. С. Експериментальні дослідження на стелараторах, в кн. Підсумки науки і техніки, сер. Фізика плазми, т. 2, М. 1981, с. 6; Ш а ф р а н о в В. Д. Тороїдальні системи для управління термоядерного синтезу, там же, т. 8, М. 1988, с. 131; Волков Є. Д. Супруненко В. А. Ш і ш к и н А. А. Стеллатор, К. 1983. С. Є. Гребенщиков.