Warum ist ein Kernfusionsreaktor vom Stellarator-Typ so seltsam geformt?

Angenommen, Sie beginnen mit einem Hubmagneten. Aufgrund der Lorentz-Kraft bewegen sich Ladungsteilchen in Kreisen (oder Spiralen) innerhalb des Solenoids, sodass sie die Wände des Solenoids nicht erreichen können. Aber offensichtlich ist das Problem, dass sie an den Enden auslaufen.

Jetzt biegen wir das Solenoid herum und verbinden seine Enden zu einem Torus, damit die Partikel jetzt nicht aus den Enden austreten können. Das Problem ist, dass wir durch das Biegen des ursprünglich geraden Elektromagneten den Abstand zwischen den Drahtwindungen innen kleiner als außen gemacht haben und dadurch das Magnetfeld im Inneren des Elektromagneten innen höher ist als außen. Das heißt, die geladenen Teilchen bewegen sich nicht mehr im Kreis, sondern spiralförmig zur Außenwand, bis sie diese treffen.

Ein Stellarator umgeht dies, indem er das Feld innerhalb des Stellarators absichtlich uneben macht, aber dann die Unebenheit um den Ring dreht. An einem Punkt im Ring tendieren die geladenen Teilchen also dazu, nach außen zu driften, aber etwas weiter entlang des Rings neigen sie dazu, nach innen zu driften. Wenn Sie die Partikel dazu bringen können, sich um den Ring herum zu bewegen, heben sich diese Unebenheiten auf und die Partikel bleiben im Durchschnitt in der Mitte des Rings.

Wenn Sie sich das Bild eines Stellarators aus Wikipedia ansehen :

Sie können sehen, wie jede Spule im Vergleich zu denen unmittelbar davor und danach leicht gedreht wird.

Das klingt nach einer netten einfachen Idee, aber das Einschließen von Plasma lässt es einfach erscheinen, Katzen zu hüten, weil das Plasma seine eigenen Felder erzeugt, während es fließt, und diese auf komplizierte und nichtlineare Weise mit den Stellaratorfeldern interagieren. Damit die Idee in der Praxis funktioniert, ist ein Design mit der furchterregenden Komplexität erforderlich, die in Ihrem Bild gezeigt wird.