直線箍縮裝置（稱為Z-pinch）是一種開端系統的聚變裝置。就是在柱形放電管中通過強大的電流，來使其中的電漿產生箍縮效應而受到壓縮和加熱，以形成高密度的灼熱電漿。這種產生高溫電漿的裝置結構簡單，但有很多缺點：放電管兩端的放電電極會帶走電漿的能量，還會產生雜質污染電漿。
基本介紹
- 中文名：直線箍縮裝置
- 外文名：Z-pinch
- 目的：研究電漿穩定性
- 缺點：帶走多餘能量，產生雜質
- 類型：能源工程術語
- 領域：核聚變
簡介,箍縮效應,箍縮不穩定性,
簡介
直線箍縮裝置（稱為Z-pinch）是一種開端系統的聚變裝置。就是在柱形放電管中通過強大的電流，來使其中的電漿產生箍縮效應而受到壓縮和加熱，以形成高密度的灼熱電漿。這種產生高溫電漿的裝置結構簡單，但有很多缺點：放電管兩端的放電電極會帶走電漿的能量，還會產生雜質污染電漿。
聚變裝置種類繁多，一般最常用的是按照磁場位形的特點進行分類。根根這種方法可以將聚變裝置分為開端系統和閉合系統兩大類。開端系統的特點是自身的磁力線通向電漿容器之外，並不閉合。這類裝置的最大缺點是部分電漿粒子會通過終端損失掉。屬於這類裝置的有磁鏡裝置，會切裝置，直線箍縮裝置等。閉合系統的最大特點是磁力線在裝置內自身閉合，因此並不存在終端損失問題。屬於這類裝置的主要有托卡馬克裝置，仿星器以及環形箍縮裝置。
箍縮效應
電流總是和磁場聯繫的，所以在通常所說的“箍縮效應’’中就是用通過電漿的電流產生的磁場來壓縮、約束、加熱電漿。早在1950年，美、英、蘇三國幾乎同時地並自開始了箍縮系統的實驗。由於存在不穩定性，現在看來單獨使用箍縮系統約束電漿是沒有希望的。但箍縮系統的研究還是提供了一些與電漿穩定性有關的有用資料，況且當它加到其它某一個磁約束幾何形狀上時，終究可以證明它是有用的。
圖1 箍縮效應
圖1 箍縮效應假設氣體裝在環形容器中，從外界導致強電流放電（如圖1a所示），那么電流產生磁場，其磁力線包圍傳導電流的電漿，而且磁場的壓力壓縮（或箍縮）著電漿，斂使電流在靠近管中心的一個狹窄環中流動（如圖1b）。在這種方式下，不僅使電漿保持離開管壁，而且通過本身電流及其產生的磁場壓縮來加熱電漿。
圖1中：
(a)表示剛開始放電情況；
(b)箍縮完全形成，黑環表示有感應電流的電漿，小圓環表示感應電流產生的磁場，它壓縮（或箍縮）並約束等離予體。
為了在氘或氘—氚混合物中發生核聚變，必須要有高溫度、高密度的電漿，而箍縮效應對於產生並約束高溫度、高密度電漿來說，似乎是簡單可行的方法。但不久就會明白，被約束的電漿是極不穩定的，不能維持到百萬分之一秒。即使溫度足夠高，對於產生有效的聚變能來說這個時間也太短。
箍縮不穩定性
在箍縮電漿中會發生各種各樣的磁流體力學不穩定性，但其中有兩種是共同的。
假設有一個小的彎曲（或扭曲）在電漿內產生，如圖2所示，那么可以看到，環繞電漿的磁力線在下面（裡面）的比在上面（外面）的靠得緊一些，也即下面的磁場較上面的強，這就產生一個磁強差，使得彎曲更大，如此連續下去，造成電漿這樣嚴重的變形。以致碰到容器壁或者完全離散。這是第一種類型。
磁流體力學的不穩定性的第二種類型，是在電漿中形成一個小的收縮（如圖3所示），在收縮處的磁力比別處強，這就導致電漿更加收縮，從而在一個很短的時間內電漿變得如此的狹窄，以致斷開。
理論研究表明，通過在電漿里加一個軸向捕獲磁場，也就是它的磁力線平行於電漿軸，這樣可以穩定箍縮電漿。基本想法是讓磁力線起一個類似加強肋的作用，使電漿難於彎曲和收縮。用電流通過封閉管外面的線圈，使得在電流放電經過之前產生一個弱的軸向磁場，當發生箍縮放電時是如此迅速地壓縮電漿，以致把這個軸向磁場俘獲在電漿里。這過程顯然增加了箍縮的穩定性，但也帶來一些缺點，如包含在電漿內的軸向穩定磁場有對抗箍縮作用，這樣就限制了壓縮和約束。
不管怎么樣，箍縮電漿還存在其它的不穩定性，而這些不穩定性不受軸向穩定磁場的影響。為了全面地了解它們，希望發展一種能在有意義的時間內加熱並約束電漿的方法。在美、英、法、西德、荷蘭、瑞典、日本和蘇聯等國正在進行箍縮效應的研究工作。
