Safety factor (plasma physics)
ٹورائڈل فیوژن پاور ری ایکٹر میں، پلازما کو محدود کرنے والے مقناطیسی میدان ہیلیکل شکل میں بنتے ہیں، جو ری ایکٹر کے اندرونی حصے کے گرد گھومتے ہیں۔ حفاظتی عنصر، جسے q یا q (r) کا نام دیا گیا ہے، اس وقت کا تناسب ہے جب ایک مخصوص مقناطیسی میدان کی لکیر ٹورائڈل قید کے علاقے کے "طویل راستے" (ٹورائڈلی) سے "مختصر راستے" (پولائڈلی) تک سفر کرتی ہے۔ "سیفٹی" کی اصطلاح پلازما کے نتیجے میں استحکام سے مراد ہے۔ پلازما جو ٹورس کے گرد پولائڈلی طور پر تقریبا اتنی ہی بار گھومتے ہیں جتنی ٹورائڈلی طور پر بعض عدم استحکام کے لیے فطری طور پر کم حساس ہوتے ہیں۔ یہ اصطلاح سب سے زیادہ عام طور پر ٹوکامک آلات کا حوالہ دیتے وقت استعمال ہوتی ہے۔ اگرچہ وہی تحفظات تاروں میں لاگو ہوتے ہیں، روایت کے مطابق الٹا قدر، گردش کی تبدیلی، یا i استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ تصور سب سے پہلے مارٹن ڈیوڈ کرسکال اور ویتالی شفرانوف نے تیار کیا تھا، جنہوں نے محسوس کیا کہ اگر ق 1 سے بڑا ہو تو پنچ ایفیکٹ ری ایکٹرز میں پلازما مستحکم ہوگا۔ میکروسکوپی طور پر، اس کا مطلب یہ ہے کہ ممکنہ عدم استحکام کی طول موج ری ایکٹر سے زیادہ لمبی ہے۔ اس حالت کو کرسکال-شفرانوف حد کے نام سے جانا جاتا ہے۔ پس منظر مقناطیسی کنفینمنٹ فیوژن میں کلیدی تصور یہ ہے کہ پلازما میں آئن اور الیکٹران قوت کی مقناطیسی لکیروں کے گرد گھومیں گے۔ پلازما کو محدود کرنے کا ایک آسان طریقہ یہ ہوگا کہ سولینائڈ کا استعمال کیا جائے، ایک سلنڈر کے ساتھ نصب سرکلر میگیٹس کا ایک سلسلہ جو سلنڈر کے لمبے محور سے نیچے چلنے والی قوت کی یکساں لکیریں پیدا کرتا ہے۔ سلنڈر کے وسط میں پیدا ہونے والا پلازما ٹیوب کے اندر کی لکیروں کے ساتھ ساتھ اسے دیواروں سے دور رکھنے تک محدود رہے گا۔ تاہم، یہ محور کے ساتھ ساتھ اور سلنڈر کے سروں سے باہر جانے کے لیے آزاد ہوگا۔ سولینائڈ کو ایک دائرے میں موڑ کر، ٹورس (انگوٹھی یا ڈونٹ) بنا کر سروں کو بند کیا جا سکتا ہے۔ اس صورت میں، ذرات پھر بھی سلنڈر کے وسط تک محدود رہیں گے، اور یہاں تک کہ اگر وہ اس کے ساتھ چلتے ہیں تو وہ کبھی بھی سروں سے باہر نہیں نکلیں گے-وہ آلات کو لامتناہی چکر لگائیں گے۔ تاہم، فرمی نے اس ترتیب کے ساتھ ایک مسئلہ نوٹ کیا۔ ان کے مراکز کے ذریعے تھریڈڈ ٹورائڈل کنفائنمنٹ ایریا کے ساتھ سرکلر میگنےٹس کی ایک سیریز پر غور کریں، میگنےٹس مضبوط فیلڈ کے ساتھ رنگ کے اندر قریب ہوں گے۔ اس طرح کے نظام میں ذرات ٹورس کے پار اوپر یا نیچے بہہ جائیں گے۔ اس مسئلے کا حل یہ ہے کہ پہلے پر صحیح زاویہ پر ثانوی مقناطیسی میدان کا اضافہ کیا جائے۔ دونوں مقناطیسی میدان مل کر ایک نیا مشترکہ میدان تیار کریں گے جو ہیلیکل ہے، جیسے حجام کے کھمبے پر دھاریاں۔ اس طرح کی فیلڈ لائن کے گرد چکر لگانے والا ذرہ بعض اوقات قید کے علاقے کے باہر کے قریب اور بعض اوقات اندر کے قریب خود کو پائے گا۔ اگرچہ ایک ٹیسٹ پارٹیکل ہمیشہ فیلڈ کے مقابلے میں اوپر (یا نیچے) بہتا رہے گا، چونکہ فیلڈ گھوم رہا ہے، اس لیے یہ بہاؤ، کنفینمنٹ چیمبر کے مقابلے میں، سلنڈر کے ساتھ اس کے مقام کے لحاظ سے اوپر یا نیچے، اندر یا باہر ہوگا۔ ری ایکٹر کے لمبے محور کے ساتھ کئی مداروں کی مدت میں بہاؤ کا خالص اثر تقریبا صفر تک بڑھ جاتا ہے۔ گردش کی تبدیلی ہیلیکل فیلڈ کا اثر کسی ذرہ کے راستے کو موڑنا ہے لہذا یہ کنٹینمنٹ سلنڈر کے کراس سیکشن کے ارد گرد ایک لوپ کی وضاحت کرتا ہے۔ ٹورائڈ کے لمبے محور کے ارد گرد اپنے مدار میں کسی بھی نقطہ پر، ذرہ ایک زاویے، θ پر حرکت کرے گا۔ سادہ صورت میں، جب ذرہ ری ایکٹر کے بڑے محور کا ایک مدار مکمل کر لے گا اور اپنے اصل مقام پر واپس آ جائے گا، تو کھیتوں نے اسے معمولی محور کا ایک مدار بھی مکمل کر دیا ہوگا۔ اس صورت میں گردشی تبدیلی 1 ہے۔ زیادہ عام صورت میں، فیلڈز اس طرح "لائن اپ" نہیں ہوتے ہیں، اور ذرہ بالکل اسی مقام پر واپس نہیں آئے گا۔ اس صورت میں گردشی تبدیلی کا حساب اس طرح لگایا جاتا ہے: جہاں R بڑا رداس، معمولی رداس، پولائڈل فیلڈ کی طاقت، اور ٹورائڈل فیلڈ ہے۔ چونکہ فیلڈز عام طور پر سلنڈر کے اندر اپنے مقام کے ساتھ مختلف ہوتے ہیں، معمولی رداس پر مقام کے ساتھ مختلف ہوتے ہیں، اور اس کا اظہار i (r) کیا جاتا ہے۔ حفاظتی عنصر ایک محوری نظام کے معاملے میں، جو کہ پہلے کے فیوژن آلات میں عام تھا، حفاظتی عنصر کا استعمال کرنا زیادہ عام ہے، جو کہ محض گردش کی تبدیلی کا الٹا ہے: حفاظتی عنصر بنیادی طور پر ری ایکٹر میں مقناطیسی شعبوں کی "ہوا بازی" کی پیمائش ہے۔ اگر لکیریں بند نہیں ہیں، تو حفاظتی عنصر کو میدان کی پچ کے طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے: چونکہ چھوٹے محور میں فیلڈز مختلف ہوتے ہیں، اس لیے q بھی مختلف ہوتا ہے اور اکثر اسے q (r) کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے۔ سلنڈر کے اندر ایک عام ٹوکامک پر یہ 1 پر یکجا ہوتا ہے، جبکہ باہر یہ 6 سے 8 کے قریب ہوتا ہے۔ کرسکال-شفرانوف حد ٹورائڈل انتظامات مقناطیسی فیوژن انرجی ری ایکٹر ڈیزائن کی ایک بڑی کلاس ہیں۔ یہ متعدد موروثی عدم استحکام کے تابع ہیں جن کی وجہ سے پلازما قید کے علاقے سے باہر نکلتا ہے اور ملی سیکنڈ کی ترتیب سے ری ایکٹر کی دیواروں سے ٹکرا جاتا ہے، جو کہ توانائی کی پیداوار کے لیے استعمال ہونے کے لیے بہت تیزی سے ہے۔ ان میں کنک کا عدم استحکام ہے، جو پلازما کی شکل میں چھوٹے فرق کی وجہ سے ہوتا ہے۔ وہ علاقے جہاں پلازما سینٹر لائن سے قدرے آگے ہے، باہر کی طرف ایک قوت کا تجربہ کرے گا، جس کی وجہ سے ایک بڑھتا ہوا بلج ہوتا ہے جو بالآخر ری ایکٹر کی دیوار تک پہنچ جائے گا۔ ان عدم استحکام کا ایک قدرتی نمونہ ہوتا ہے جو گردش کی تبدیلی پر مبنی ہوتا ہے۔ یہ کنکس کی ایک خاص طول موج کی طرف لے جاتا ہے، جو دو مقناطیسی شعبوں کے تناسب پر مبنی ہے جو پلازما میں مڑے ہوئے میدان کی تشکیل کے لیے مل جاتے ہیں۔ اگر وہ طول موج ری ایکٹر کے لمبے رداس سے زیادہ لمبی ہے، تو وہ نہیں بن سکتے۔ یعنی، اگر بڑے رداس کے ساتھ لمبائی: ہے تو پلازما عدم استحکام کے اس بڑے طبقے کے لیے مستحکم ہوگا۔ بنیادی ریاضیاتی ترتیب، دونوں اطراف سے R کو ہٹانا اور بڑے رداس R کو مساوات کے دوسری طرف منتقل کرنا پیدا کرتا ہے: جو انگوٹھے کا سادہ قاعدہ پیدا کرتا ہے کہ جب تک پلازما میں تمام نکات پر حفاظتی عنصر ایک سے زیادہ ہے، یہ قدرتی طور پر عدم استحکام کے اس بڑے طبقے کے لیے مستحکم ہوگا۔ اس اصول نے سوویت محققین کو اپنی ٹورائڈل پنچ مشینوں کو کم کرنٹ کے ساتھ چلانے پر مجبور کیا، جس کی وجہ سے استحکام پیدا ہوا جس نے 1960 کی دہائی کے آخر میں ان کی ٹی-3 مشین میں بہت زیادہ کارکردگی فراہم کی۔ زیادہ جدید مشینوں میں، پلازما کو چیمبر کے بیرونی حصے پر دبایا جاتا ہے، جس سے دائرے کے بجائے ڈی جیسی کراس سیکشنل شکل پیدا ہوتی ہے، جو کم حفاظتی عنصر والے علاقے کو کم کرتی ہے اور پلازما کے ذریعے زیادہ دھاروں کو چلانے کی اجازت دیتی ہے۔ ٹرون لمٹ نوٹس حوالہ جات جیفری فریڈبرگ، "پلازما فزکس اینڈ فیوژن انرجی"، کیمبرج یونیورسٹی پریس، 2007 فیوژن پاور پلازما پیرامیٹرز بھی دیکھیں۔