Фундаментальные свойства тороидальных токовых структур

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ТОРОИДАЛЬНЫХ ТОКОВЫХ СТРУКТУР. Показано существование внешнего магнитного поля и структура внутреннего магнитного поля в тороидальных структурах с полоидальным током.Произведены численные расчеты магнитного поля МП тороидальных структур с полоидальным током Рис.1 . Стрелками, обозначенными i, показаны векторы элементов тока. Рассматривались торы с отношением R r 1 и R r 2. Результаты расчетов выведены в виде графиков Кантора. Линии на графиках показывают сечение поверхностей уровня равной напряженности МП. Направление вектора напряженности МП - перпендикулярно к плоскости изображения, так как силовые линии МП имеют исключительно азимутальную или тангенциальную или касательную к окружности, которая лежит в плоскости XY и с центром на оси Z составляющую.

Вначале рассчитывалось МП внутри тора. Тор с отношением R r 1 Рис.1 . Рис.1 Рис.2 Тор с отношением R r 2 Рис.3 . Рис. 3 Рис. 4 На графиках Рис.2, Рис.4 видно, что структура МП внутри тора не соответствует структуре МП бесконечного прямого проводника с током, как считалось до сих пор в классической теории электромагнетизма.

Эта структура МП соответствует полю, создаваемому отдельным элементом тока, расположенным в центре тора на его главной оси и направленным вдоль этой оси. График этого МП показан на Рис. 5. Рис. 5 Затем было рассчитано МП вне тора в плоскости XZ в ее части Y см. Рис.3 . Рис. 6 Напряженность МП в плоскости Y y 0 в виде графика Кантора.

Рис. 7 Напряженность МП вдоль прямой L - L у 0, x const, B f z . На графике Рис.6 видно, что внешнее МП тора существует. График на Рис.7 выявляет особенность этого МП - три максимума и два нуля. Из Рис.7 видно, что при осевом сближении двух торов вначале возникает их отталкивание, а после преодоления потенциального барьера - притяжение. Система входит в состояние с минимальным магнитным потоком минимальной энергией и становится устойчивой.Любопытно соотношение внутреннего и внешнего МП - примерно 137 соответственно.

Расчет МП, создаваемого системой из двух соосных торов Рис.8 показывает, что оно имеет минимум по трем координатам в центре системы Рис.9 . Все это показывает бесперспективность удержания плазмы внутренним МП в замкнутых ловушках с тороидальной конфигурацией МП типа Токамак и Стелларатор - удержание возможно только внешним МП системы торов произвольной конфигурации.Рис. 8 Рис. 9 Предыдущие расчеты были сделаны для сплошных токовых поверхностей. Теперь сделаем расчет для тора, состоящего из отдельных прямоугольных витков с током сегментированный тор Рис.10, Рис.11. Это делается для проверки возможности воспроизведения МП сплошного тора полем сегментированных реальных торов. Графики - в условных единицах Рис. 10 Структура магнитного поля сегментированного тора в плоскости Y XZ в виде графика Кантора. Показаны сечения поверхностей уровня равной напряженности МП. Вектор напряженности направлен перпендикулярно плоскости рисунк.

Рис. 11 Графики зависимости напряженности МП Н по контуру L Z 0.1 от угла f . Число витков NW равно 4, 6, 8 и 12 соответственно. Ампервитки постоянны.

Графики зависимости напряженности МП Н по контуру L Z 0.05 от угла f . Число витков NW равно 4, 6, 8 и 16 соответственно. Ампервитки постоянны.Из этих двух серий графиков видно, что силовая линия МП над секционированным тором является осесимметричной окружностью с волнообразной осевой составляющей.

По мере увеличения числа витков и отдаления от тора она все более приближается к форме силовой линии МП, создаваемого сплошной тороидальной токовой поверхностью - идеальной окружности.