核聚變托卡馬克中的離子共振加熱原理是什麼?

維基上只提到了角頻率與電場頻率的相等,變成螺旋運動。為什麼螺旋運動能夠加熱?

同步粒子加速器也是用到角頻率與電場頻率的相等來加速,但是等離子體的運動和環形加速器內的粒子一樣嗎?

Ion cyclotron resonance is a phenomenon related to the movement of ions in a magnetic field.

frequency of the electromagnetic wave is equal to the frequency at which a nucleus gyrates about a magnetic field line, this resonant nucleus absorbs energy from the wave. This technique is called ion cyclotron resonance heating.

The circular motion may be superimposed with a uniform axial motion, resulting in a helix, or with a uniform motion perpendicular to the field, e.g., in the presence of an electrical or gravitational field, resulting in a cycloid.

另外,歐姆法加熱等離子體只能達到一千萬開,此時等離子體電阻下降無法繼續升溫。

等離子體在一千萬開的溫度下電阻下降的原理是什麼?


為什麼螺旋運動能夠加熱?

不是螺旋運動使Plasma加熱。而是通過在Plasma中產生一種離子迴旋頻率段的波加熱等離子體,螺旋運動是等離子體在托卡馬克裝置磁場約束下的結果。

在等離子體中激發某種波,這些波在傳播過程中將能量傳遞給等離子體將其加熱,稱為波加熱。常用的波有斜阿爾文波、快磁聲波、離子迴旋波、電子迴旋波、低混雜波及高混雜波,相應的加熱稱為阿爾文波加熱、快磁聲波加熱、離子迴旋共振加熱、電子迴旋共振加熱、低混雜波加熱和高混雜波加熱。波加熱是加熱等離子體的一種很重要的方法。

等離子體的運動和環形加速器內的粒子一樣嗎?

你這個問題就有問題。這裡我自己YY一下。

#等離子體和加速器里的粒子一樣嗎?#

當然不一樣。

等離子體是由部分電子被剝奪後的原子及原子團被電離後產生的正負離子組成的離子化氣體狀物質。

而加速器是加速帶電粒子的,準確的說是滿足諧振加速條件的「同步」粒子。

#等離子體的螺旋運動與加速器內的粒子運動一樣嗎?#

首先,我在想題主考慮運動形式一致是否源於他們都在真空環境下受磁體約束這種情況的原因。

(磁約束的)等離子體由縱向場線和環向場線圈約束,所以等離子體沿環形螺旋磁力線做螺旋運動。(說了不是螺旋運動去加熱,而是磁鐵要它怎麼跑就怎麼跑。)

而加速器本來就有好幾種,每一種對粒子的約束控制都不盡相同。比如同步加速器中的粒子束具有固定軌道,在抽真空的環境中(儲存環)不斷的運行。儲存環某些部分可以是直線的,某些部分可以是彎曲的,前後相連在一起。儲存環中彎曲的部分會有許多磁鐵設施使粒子束改變運行方向;直線段的部分則設置高頻共振腔提供粒子加速所需的電場。而粒子回旋加速器在結構上就有很大的不同,粒子從中心以螺旋軌道運行到腔壁,是螺旋運動的。這裡,電場和磁場要它怎麼跑就怎麼跑!

某高校的加速器是環形電子加速器,電子就像運動員一樣在操場跑道上歡樂滴奔跑~~(跑道型)等離子體在一千萬開的溫度下電阻下降的原理是什麼?

等離子體是導體,具有一定的電阻。當電流通過等離子體時,等離子體因有電阻而發熱。由歐姆定律可 知,熱功率密度為p=ηj2,式中j為電流密度,η為等離子體的電阻率。η=2.8×10-8/Te3/2(歐姆·米),Te為電子溫度,單位是千電子伏。很顯然電子溫度升高時等離子體電阻率下降,加熱功率也隨之降低。因此,在較高溫度時歐姆加熱效果會變得很差,單憑歐姆加熱是不能把等離子體加熱到點火溫度的。歐姆加熱是托卡馬克等離子體加熱的基本方法。

全部引用自:李銀安.《中國大百科全書》74卷(第二版)物理學 詞條:等離子體加熱:中國大百科全書出版社,2009-07:72-73頁。

姑娘做聚變熱工,不做等離子體,純科普涉及理論問題不求甚解,想想好煩,有錯莫噴~

~~~~~~一鞠躬~~~~~~~~


磁化等離子體中的高頻電磁波,在平行於磁場傳播時,會有兩個圓偏振波,左旋與右旋,右旋可加熱電子,左旋可加熱離子。

參見《等離子體物理學》李定 等編著


不能用歐姆加熱的主要原因在於受變壓器伏妙數的限制,不能維持長脈衝穩定運行


建議再看看少數粒子加熱,伯恩斯坦波


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