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Plasma Jet Driven Magneto-Inertial Fusion (PJMIF)

Abstract

PJMIF is the only embodiment of magneto-inertial fusion that has the unique combination of standoff implosion and high implosion velocity (50 km/s to150 km/s). It uses inexpensive plasma guns for all plasma formation and implosion. It has potential for relatively high repetition rate from 1 to 2 Hz. Its configuration is compatible with the use of a thick liquid wall that doubles as a tritium breeding blanket as well as a coolant for extracting the heat out of the fusion reactor. Its operational parameter space allows for the possibility of using a sufficiently dense target plasma for the target plasma to have a high β. If such a high β plasma could be realized, it would help to suppress micro and MHD instabilities, giving its target plasma classical transport and energy confinement characteristics. Its open geometry and moderate time and spatial scales provide convenient diagnostics access. Diagnostics accessibility, high shot rate and low cost per shot should enable quick resolution of technical issues during development, thus the potential for enabling rapid R&D of PJMIF. There are a number of challenges, however, for PJMIF including being at a very early stage of development, developing the required plasma guns, dealing with potential liner non-uniformities, clearing the chamber of residual high-Z gas between shots, and developing the repetitive pulsed power component technologies. Over the last three years, the development of the Plasma Liner Formation Experiment (PLX-α) have been undertaken to explore the physics and demonstrate the formation of a spherical liner by the merging of a spherical array of plasma jets. Two-and three-jet merging experiments have been conducted to study the interactions of the jets. Six-and seven-jet experiments have been performed to form a piece of the plasma liner. A brief status report on this development is provided in this paper.

Feb 2019DOI: 10.13140/RG.2.2.28759.93607

Y. C. Francis ThioS. C. HsuF Douglas WitherspoonEdward CruzAndrew Case

Bilder

https://www.researchgate.net/figure/The-PJMIF-fusion-concept_fig1_331158319

The PLX facility at Los Alamos National Laboratory: 7 guns mounted, photo taken on July 2, 2018. Up to 60 guns may be mounted

 

PJMIF ist die einzige Ausführungsform der Magneto-Inertial-Fusion, die die einzigartige Kombination aus Abstandsversetzung und hoher Implosionsgeschwindigkeit (50 km / s bis 150 km / s) aufweist. Es verwendet preiswerte Plasmakanonen für die gesamte Plasmabildung und Implosion. Es besteht die Möglichkeit einer relativ hohen Wiederholrate von 1 bis 2 Hz. Seine Konfiguration ist kompatibel mit der Verwendung einer dicken Flüssigkeitswand, die sowohl als Tritium-Zuchtdecke dient, als auch als Kühlmittel zum Abführen der Wärme aus dem Fusionsreaktor. Sein Betriebsparameterraum ermöglicht die Verwendung eines ausreichend dichten Zielplasmas, damit das Zielplasma einen hohen β aufweist. Wenn ein solches Plasma mit hohem β erreicht werden könnte, würde dies dazu beitragen, Mikro- und MHD-Instabilitäten zu unterdrücken, wodurch das Zielplasma klassische Transport- und Energieeinschränkungseigenschaften erhält. Seine offene Geometrie und moderate Zeit- und Raumskalen bieten einen bequemen Zugriff auf die Diagnose. Die Erreichbarkeit der Diagnose, eine hohe Schussrate und niedrige Kosten pro Schuss sollten eine schnelle Lösung technischer Probleme während der Entwicklung ermöglichen, wodurch das Potenzial für eine schnelle Forschung und Entwicklung von PJMIF besteht. Für PJMIF gibt es jedoch eine Reihe von Herausforderungen. Dazu gehört, sich in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung zu befinden, die erforderlichen Plasmakanonen zu entwickeln, mögliche Ungleichmäßigkeiten der Auskleidungen zu bewältigen, die Kammer von Restgas mit hohem Z-Wert zwischen den Schüssen zu befreien und die Entwicklung zu verbessern repetitive Technologien für gepulste Leistungskomponenten. In den letzten drei Jahren wurde die Entwicklung des Plasma-Liner-Formationsexperiments (PLX-α) durchgeführt, um die Physik zu erforschen und die Bildung eines kugelförmigen Liners durch das Zusammenführen einer kugelförmigen Anordnung von Plasmastrahlen zu demonstrieren. Zwei- und Drei-Jet-Verschmelzungsexperimente wurden durchgeführt, um die Wechselwirkungen der Jets zu untersuchen. Es wurden Sechs- und Siebenstrahl-Experimente durchgeführt, um ein Stück des Plasma-Liners zu bilden. Ein kurzer Statusbericht zu dieser Entwicklung wird in diesem Papier bereitgestellt.


Link
https://www.researchgate.net/publication/331158319_Plasma_Jet_Driven_Magneto-Inertial_Fusion_PJMIF
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