Kernfusion: Warum wird bei der Kernfusion kein kugelförmiger magnetischer Einschluss anstelle von Tokamaks verwendet?

Ich bin kein Experte, aber ich glaube, die Antwort liegt im Hairy-Ball-Theorem .

Sie sehen, damit ein Magnetfeld geladene Teilchen von einer Oberfläche ablenken kann, muss das Feld parallel zur Oberfläche sein, was bedeutet, dass Sie für eine vollständig einschließende Geometrie ein glattes, überall von Null verschiedenes und kontinuierliches Vektorfeld abbilden müssen auf eine Oberfläche.

Aber das Theorem besagt, dass Sie dies auf einer Kugel (oder einer topologisch äquivalenten Form) nicht tun können.

Denn das ist nur einer von vielen alternativen Fusionsansätzen, und die Ressourcen sind begrenzt.

Die Kernfusion scheint sehr vielversprechend, aber für alle bisher versuchten Ansätze erwiesen sich die Herausforderungen als zahlreicher und schwieriger zu bewältigen als ursprünglich erwartet$-$und die magnetisierte Zielfusion , die General Fusion verfolgt, ist wahrscheinlich nicht anders. Man muss mit extremen Magnetfeldern und Temperaturen fertig werden, was hart genug ist, und gleichzeitig eine ziemlich feine Kontrolle behalten, um die Stabilität aufrechtzuerhalten. Das bedeutet, dass noch zu viel Technik vorgeführt werden muss.

Tokamaks und sogar Stellaratoren sind ausgereiftere, entwickelte Technologien, daher ist es nur natürlich, dass sich die Bemühungen auf diese Designs konzentrieren. Das ist eine sehr teure Forschung, eine langfristige Investition mit sehr ungewisser Rendite$-$daher müssen die alternativen Ansätze um die Finanzierung konkurrieren . Und sobald ein Team mit einem bestimmten Design einen Vorsprung hat, gibt es wenig Anreiz für andere, ihm zu folgen, bevor es zumindest teilweise bewiesen ist. Deshalb werden diese neuen Vorschläge meist jeweils von einer einzigen Forschungsgruppe erprobt.

Hintergrund: Der Einschluss eines Plasmas erfordert die Beherrschung eines enormen Spektrums möglicher Instabilitäten. Der Tokamak leistet gute Arbeit beim Rühren der Strömungen, so dass keine individuelle Instabilität so stark anwachsen kann, dass das Plasma herausströmt und die Wand berührt (und somit gelöscht wird). In Bezug auf die spezielle Frage eines kugelförmigen Tokamaks: Die gerade oben bearbeitete Antwort weist darauf hin, dass es nach dem Haarkugelsatz verboten ist, überall ein Feld zu haben, das eine Kugeloberfläche tangiert.
Der magnetische Einschluss nutzt die Tatsache aus, dass der Weg eines geladenen Teilchens in einem (starken) Magnetfeld gebogen wird; Partikelbahnen neigen dazu, aufgrund der V-Kreuz-B-Kraft (Lorentz-Kraft) enge Spiralen um Magnetfeldlinien zu sein: Partikel können sich also nicht über die Feldlinien bewegen, es sei denn, sie werden aus ihrer Spiralbewegung gestreut. es ihnen effektiv ermöglicht, auf eine andere Kraftlinie zu springen. Für einen kugelförmigen Tokamak würden wir eine Anordnung von Feldlinien benötigen, die überall stark und tangential zur Kugeloberfläche ist. Eine solche Anordnung würde dem Hairy-Ball-Theorem widersprechen (an anderer Stelle in diesem Thema erwähnt).