Magnetic mirrors: history, results, and future prospects

Abstract

The evolution of open traps brought them from simple solenoids to highly sophisticated and huge tandem mirrors with quadrupole magnetic stabilizers. They tried to compete with toroidal devices using ambipolar confinement and thermal barriers, but were too late and failed, and are almost extinct. A side branch of open traps went for simplicity and good fast-ion confinement inherent in axially symmetric mirrors. Since simplicity means lower cost of construction and servicing, and lower engineering and materials demands, such type of traps might still have an edge. Axially symmetric mirrors at the Budker Institute of Nuclear Physics in Novosibirsk currently represent the frontline of mirror research. We discuss recent experimental results from the multiple-mirror trap, GOL-3 [1], and the gas-dynamic trap, GDT [2]. The next step in this line of research is the GDMT program that will combine the GDT-style fast-ion-dominated central mirror with multiple-mirror end plugs. This superconducting device will be modular and built in stages. The first stage, GDMT-T, will be based on 5m, 7T superconducting solenoid (multiple-mirror plug of the full device). Its 3-year scientific program is oriented primarily on PMI studies.

Эволюция открытых ловушек привела их от простых соленоидов к сложнейшим тандемным ловушкам с квадрупольными стабилизаторами. Они вступили в конкуренцию с токамаками, используя амбиполярное удержание и термобарьеры, но проиграли, и сейчас близки к полному исчезновению. Боковая ветвь открытых ловушек осталась осесимметричной и сохранила простоту и хорошее удержание быстрых ионов. Поскольку простота конструкции означает меньшую стоимость строительства и обслуживания, и меньшие требования к конструкционным материалам, такие ловушки по-прежнему жизнеспособны. Осесиммет- ричные ловушки Института ядерной физики им. Будкера в настоящее время являются наиболее передовыми в мире. Мы обсуждаем свежие экспериментальные результаты многопробочной ловушки ГОЛ-3 [1] и газодинамической ловушки ГДЛ [2]. Следующий шаг на этом пути – программа ГДМЛ, которая совместит центральный пробкотрон с плещущимися ионами в стиле ГДЛ с многопробочными секциями для подавления продольных потерь. Эта сверхпроводящая установка будет модульной и будет строиться поэтапно. Первый этап, ГДМЛ-Т, основан на пятиметровом сверхпроводящем соленоиде концевой многопробочной секции с полем 7 Тл. Трёхлетняя научная программа ГДМЛ-Т нацелена на исследование взаимодействия диверторной плазмы с металлами.

Еволюція відкритих пасток привела їх від простих соленоїдів до найскладніших тандемних пасток з квадрупольними стабілізаторами. Вони вступили в конкуренцію з токамаками, використовуючи амбіполярне утримання та термобар’єри, але програли і зараз близькі до повного зникнення. Бічна гілка відкритих пасток залишилася осесиметричною і зберегла простоту і гарне утримання швидких іонів. Оскільки простота конструкції означає меншу вартість будівництва і обслуговування, і менші вимоги до конструкційних матеріалів, такі пастки, як і раніше, життєздатні. Осесиметричні пастки Інституту ядерної фізики ім. Будкера в даний час є найбільш передовими в світі. Ми обговорюємо свіжі експериментальні результати багатопробочної пастки ГОЛ-3 [1] і газодинамічної пастки ГДЛ [2]. Наступний крок на цьому шляху − програма ГДМЛ, яка поєднає центральний пробкотрон з іонами, що плескаються, у стилі ГДЛ багатопробочними секціями для придушення поздовжних втрат. Ця надпровідна установка буде модульною і буде будуватися поетапно. Перший етап, ГДМЛ-Т, заснований на п’ятиметровому надпровідному соленоїді кінцевої багатопробочної секції з полем 7 Тл. Трирічна наукова програма ГДМЛ-Т націлена на дослідження взаємодії диверторноі плазми з металами.