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Internet Message Format  |  1999-11-12  |  17.4 KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!faqserv
  2. From: Robert F. Heeter <rfheeter@princeton.edu>
  3. Newsgroups: sci.physics.fusion,sci.answers,news.answers
  4. Subject: Conventional Fusion FAQ Glossary Part 2/26 (B)
  5. Supersedes: <fusion-faq/glossary/b_934543711@rtfm.mit.edu>
  6. Followup-To: sci.physics.fusion
  7. Date: 11 Nov 1999 12:24:51 GMT
  8. Organization: Princeton University
  9. Lines: 365
  10. Approved: news-answers-request@MIT.EDU
  11. Distribution: world
  12. Expires: 23 Feb 2000 12:24:17 GMT
  13. Message-ID: <fusion-faq/glossary/b_942323057@rtfm.mit.edu>
  14. References: <fusion-faq/glossary/intro_942323057@rtfm.mit.edu>
  15. Reply-To: rfheeter@pppl.gov
  16. NNTP-Posting-Host: penguin-lust.mit.edu
  17. Summary: Fusion energy represents a promising alternative to
  18.          fossil fuels and nuclear fission for world energy
  19.          production. This FUT is a compendium of Frequently Used
  20.          Terms in plasma physics and fusion energy research.  Refer
  21.          to the FAQ on Conventional Fusion for more detailed info
  22.          about topics in fusion research.  This FUT does NOT
  23.          discuss unconventional forms of fusion (like Cold Fusion).
  24. X-Last-Updated: 1995/02/05
  25. Originator: faqserv@penguin-lust.MIT.EDU
  26. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.physics.fusion:44250 sci.answers:10847 news.answers:170833
  27.  
  28. Archive-name: fusion-faq/glossary/b
  29. Last-modified: 4-Feb-1995
  30. Posting-frequency: More-or-less-quarterly
  31. Disclaimer:  While this section is still evolving, it should
  32.      be useful to many people, and I encourage you to distribute
  33.      it to anyone who might be interested (and willing to help!!!).
  34.  
  35. ===============================================================
  36. Glossary Part 2:  Terms beginning with "B"
  37.  
  38. FREQUENTLY USED TERMS IN CONVENTIONAL FUSION RESEARCH
  39. AND PLASMA PHYSICS
  40.  
  41. Edited by Robert F. Heeter, rfheeter@pppl.gov
  42.  
  43. Guide to Categories:
  44.  
  45. * = vocabulary specific to plasma/fusion/energy research
  46. & = basic/general physics vocabulary
  47. > = device type or machine name
  48. # = name of a constant or variable
  49. ! = scientists
  50. @ = acronym
  51. % = labs & political organizations
  52. $ = unit of measurement
  53.  
  54. Citations and Acknowledgements appear in Section 11 of the FAQ.
  55.  
  56. ==================================================================
  57.  
  58. BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
  59.  
  60. # B: variable used for Magnetic Field
  61.  
  62. # B: chemical symbol for the element boron; see entry
  63.  
  64. # Be: chemical symbol for the element beryllium; see entry
  65.  
  66. @ BCSS: Blanket Comparison and Selection Study (no entry)
  67.  
  68. @ BHP: Biological Hazard Potential; see entry
  69.  
  70. @ BPX: Burning Plasma eXperiment; see entry
  71.  
  72. @ BTU: British Thermal Unit; see entry
  73.  
  74. @ BWR: Boiling Water Reactor (fission); see entry
  75.  
  76. * Background Radiation:  Level of environmental radation due to
  77. "background" sources.  Background sources can be natural, such
  78. as cosmic rays and natural radioactive elements (principally
  79. radon, but including other elements such as isotopes of potassium
  80. (which people get substantial amounts of in foods like bananas)).
  81. They can also be man-made, such as from fossil-fuel combustion,
  82. everyday leakage from nuclear activities, and leftover from
  83. atmospheric nuclear weapons tests.  Background radiation is
  84. usually distinguished from acute radiation, such as from medical
  85. x-rays, nuclear accidents, radioisotope therapy, or other short-term
  86. doses.  The man-made contribution to background radiation is
  87. quite small compared to the natural contribution; medical uses
  88. dominate human exposure to acute radiation.
  89.  
  90. & Backscattering:  Deflection of incident particle / radiation
  91. through an angle greater than 90 degrees relative to the original
  92. direction of motion/propagation.
  93.  
  94. * Ballooning Instability:  See Ballooning Mode
  95.  
  96. * Ballooning Mode:  A mode which is localized in regions of
  97. unfavorable magnetic field curvature ("bad curvature") and
  98. which becomes unstable when the force due to pressure
  99. gradients (grad p) is greater than the mean magnetic
  100. pressure force (grad B^2)/(8*pi).
  101.  
  102. * Banana Orbit:  The fast spiraling of an charged particle around a
  103. magnetic field line is accompanied by a slow movement ("drift") of
  104. the center of the sprial.  Projected onto a poloidal plane, the drift
  105. orbit has the shape of a banana.  These orbits are responsible for
  106. neo-classical diffusion (see entry).
  107.  
  108. $ Barn:  Unit of area equal to 1x10^-24 square centimeters
  109. (or 1x10^-28 square meters).  Commonly used in describing
  110. cross sections of atomic, nuclear, and particle interactions.
  111. (see cross section).
  112.  
  113. * Baseball Coils:  Used in magnetic-mirror geometries to
  114. produce a minimum-B configuration; so-called because of their
  115. resemblance to the characteristic shape of lacing on a baseball.
  116.  
  117. * Beam:  stream of particles or electromagnetic radiation
  118. travelling in a single direction.
  119.  
  120. * Beam-Beam Reaction:  Fusion reaction which occurs from the
  121. collision of two fast ions originating in injected neutral beams.
  122.  
  123. * Beam Dump:  A mass of shielding material which absorbs
  124. the energy of a beam of particles or electromagnetic radiation.
  125.  
  126. * Beam-Plasma Reaction:  Fusion reaction which occurs from the
  127. collision of a fast beam ion with a thermal plasma ion.
  128.  
  129. * Beam Splitter:  Optical device for dividing a beam of
  130. electromagnetic radiation into two or more separate beams.
  131.  
  132. * Beam-Wall Reaction:  Fusion reaction which occurs from the
  133. collision of a fast beam ion with an ion embedded in or adsorbed
  134. onto the reactor wall.
  135.  
  136. * Bean-Shaped Plasma:  A toroidal plasma indented on the inboard
  137. side (that is, on the side with the "donut hole"); results in
  138. additional stability to ballooning modes (see entry).  Moderate
  139. indentation (does, can, may?) provide access to the
  140. second-stability region (high beta).  (see relevant entries)
  141.  
  142. ! Becquerel, Antoine-Henri:  French scientist and discoverer of
  143. radioactivity; co-winner of Nobel Prize.  (See Curie)
  144.  
  145. $ Becquerel:  Unit of radioactivity equal to 1 disintegration per
  146. second.  (see Curie)
  147.  
  148. * Bellows:  Flexible mechanical structure with walls like those
  149. of an accordion.
  150.  
  151. * Bernstein Mode:  Type of mode which propagates perpendicular
  152. to the equilibrium magnetic field in a hot plasma.  The waves
  153. have their electric field nearly parallel to the wave propagation
  154. vector (nearly longitudinal).  The modes propagate in
  155. frequency ranges lying between integer harmonics of the
  156. electron cyclotron frequency.  Named after Ira Bernstein.
  157.  
  158. & Beryllium: (Be)  Element with atomic number 4 (four protons).
  159. May be useful in multiplying fusion neutrons to enhance tritium
  160. production in a lithium blanket; rather hazardous to handle.
  161. (See relevant terms mentioned.)
  162.  
  163. * Beta, or beta-value:  Ratio between plasma kinetic pressure and
  164. magnetic-field pressure; proportional to the ratio between plasma
  165. kinetic energy density and magnetic field energy density.  Beta
  166. is usually measured relative to the total, local field
  167. (loosely called beta toroidal), but sometimes the plasma pressure
  168. relative to only the poloidal component of the field (beta poloidal)
  169. or relative to some external field (like the maximum field at the
  170. magnetic coils) is more useful. There is also a normalized beta
  171. (beta_N) of interest when discussing the beta limit (see entry).
  172. (lots of help from Art Carlson with the above.)
  173.  
  174. "Because the cost of a reactor is strongly influenced by the
  175. strength of the magnetic field that must be provided, beta values
  176. are directly related to the economics of fusion power production.
  177. Beta is usually expressed as a percentage, with 5% generally
  178. believed to be the minimum value required for an economical
  179. fusion reactor." - from the PPPL WWW page on PBX-M.
  180. See also: pressure, kinetic pressure, magnetic pressure,
  181. second stability.
  182.  
  183.  
  184. * Beta-Normal:  Beta-N, the normalized beta, is beta relative to
  185. the beta limit (see below).
  186.  
  187. * Beta-Poloidal:  Beta-P is the same as the ordinary beta, except
  188. only the poloidal field is used in calculating the magnetic field
  189. pressure.  Beta-P is > 1 in many modern tokamaks.
  190.  
  191. * Beta Emission:  Form of nuclear decay where a neutron splits
  192. into a proton plus electron plus neutrino set.  The proton
  193. stays in the nucleus but the electron ("beta ray") is ejected.
  194.  
  195. * Beta Limit, also called Troyon Limit: If the plasma pressure in
  196. a tokamak becomes too high, the so-called ballooning modes become
  197. unstable and lead to a loss of confinement (sometimes catastophic,
  198. sometimes not). The exact value at which this occurs depends
  199. strongly on the magnetic field B, the plasma minor radius a, and
  200. the toroidal plasma current I, such that maximum value of the
  201. normalized beta, beta_N=beta*B*a/I, is around 4% (with B in Teslas,
  202. a in meters, and I in Mega-amperes).  The exact value depends on
  203. details of the plasma shape, the plasma profiles, and the safety
  204. factor. (Beta entries provided by Art Carlson.)
  205.  
  206. * Beta Particle / Beta Ray:  Original term used for electrons
  207. (and positrons) ejected from decaying nuclei via beta emission.
  208. (Label derives from the old days when we had various kinds of
  209. radiation emission, and they were labeled alpha, beta, and
  210. gamma (the first letters of the Greek Alphabet) because no one
  211. really knew what any of them were.)
  212.  
  213. * Beta value:  See "beta" just above.
  214.  
  215. * Biasing:  [from Art Carlson] The vacuum vessel of a tokamak
  216. (or other device) has a variety of structures--limiters, divertor
  217. plates, the wall itself. These are usually mechanically and
  218. electrically connected, but it is possible to bias (charge) them to
  219. different voltages relative to each other. This allows some control
  220. over the electric fields and currents around the plasma, which can
  221. influence, for example, the thickness of the scrape-off-layer, the
  222. transition between L- and H-mode, and the equilibrium configuration.
  223. Biasing experiments are being done on DIII-D, TEXTOR, and TdeV.
  224.  
  225. * Binary Collisions:  Collisions involving only two particles;
  226. multiparticle collisions (eg, three-body collisions) are usually
  227. neglected/approximated...
  228.  
  229. * Binding Energy:  Energy required to separate two objects;
  230. conversely, energy released when two objects are allow to bind
  231. together.  Equivalent to the mass defect (see entry) via E=mc^2.
  232.  
  233. * Biological Hazard Potential (BHP):  Measure of the hazard posed by
  234. a given quantity of radioactive material in which the variation in
  235. biological effects of the various elements are accounted for.
  236. (See also integrated biological hazard potential, IBHP)
  237.  
  238. & Biot-Savart Law:  General formula for determining the magnetic
  239. field due to a steady line (not space) current.  Related to Ampere's
  240. Law.
  241.  
  242. * Blanket: a region surrounding a fusion reactor core within
  243. which the fusion neutrons (if any) are slowed down, heat
  244. is transferred to a primary coolant, and tritium is bred
  245. from lithium (if tritium is used as fuel).  In hybrid
  246. applications, fertile materials (U-238 or Th-232) are located
  247. in the blanket for conversion into fissile fuels.
  248.  
  249. * Bohm diffusion: A rapid loss of plasma across magnetic field
  250. lines caused by microinstabilities.  Theory formulated by the
  251. physicist David Bohm.  From Chen's book
  252. (see bibliography): "Semiempirical formula for the diffusion
  253. coefficient given by Bohm in 1946 (noted by Bohm, Burhop, and
  254. Massey, who were developing a magnetic arc for use in uranium
  255. isotope separation)."  Bohm diffusion was proposed (not derived
  256. from first principles) to scale as 1/B rather than the 1/B^2
  257. scaling predicted by classical diffusion.  A 1/B scaling results
  258. from assuming that particles diffuse across field lines at an
  259. optimum rate (effective collision frequency=cyclotron frequency).
  260. The 1/B scaling is observed (approximately) in most reactors.
  261. (Acknowledgements to Philip Snyder)  See also: diffusion,
  262. microinstabilities, field lines...
  263.  
  264. * Boiling Water Reactor (BWR):  Class of fission reactor where
  265. water is used as a coolant and allowed to boil into steam.
  266. (I don't remember much more about it - any help out there?)
  267.  
  268. & Boltzmann constant: k = 1.38 x 10^-16 erg/degree. This
  269. is the ratio of the universal gas constant to Avogadro's number.
  270. It is also used to relate temperatures (Kelvin) to energies (ergs
  271. or Joules) via E = (constant of order unity) * kT.
  272.  
  273. & Boltzmann Distribution:  See Maxwell-Boltzmann distribution;
  274. distribution function.
  275.  
  276. * Boltzmann Equation:  Fundamental equation in kinetic theory
  277. which describes the evolution of the distribution function.
  278. (See also Vlasov equation.)
  279.  
  280. * Bootstrap Current:  Currents driven in toroidal devices by
  281. neo-classical diffusion (see entry).  They may amount to a
  282. substantial fraction of the net current in a tokamak reactor,
  283. thus lengthening the pulse time or decreasing the power needed
  284. for current drive.
  285.  
  286. & Boron: (B)  Fifth element (Z=5) in the periodic table; has
  287. 5 protons; potential use as an aneutronic fuel.  (See FAQ section
  288. 1, part on reactions.)  Also useful as a neutron-absorber.
  289.  
  290. * Boronization:  Energy confinement in a fusion plasma depends
  291. strongly on the average atomic number (Z) of the elements in the
  292. plasma.  Boronization refers to a process whereby boron (atomic
  293. number 5) is injected into a plasma and used to coat the walls
  294. of the reactor; the effect is that impurities from the reactor
  295. walls which enter the fusion plasma are primarily boron (which
  296. has a fairly low Z) rather than the higher-atomic-number metals
  297. typically used in reactor structures.  Boronization has been
  298. associated with improved fusion plasma performance.  Boronization
  299. is an example of Wall Conditioning.  See also Boron, atomic number,
  300. wall conditioning, impurities.
  301.  
  302. * Bounce Frequency:  The average frequency of oscillation of
  303. a particle trapped in a magnetic mirror as it bounces back
  304. and forth between its "turning points" in regions of high
  305. magnetic field.  (See also trapped particle, turning points,
  306. banana orbit).
  307.  
  308. * Boundary Layer:  In fluid flow, a narrow region next to a
  309. fixed boundary or surface where the fluid velocity rapidly
  310. changes from zero to some finite value.  The term has been
  311. generalized to situations with similar mathematics.
  312.  
  313. * Branching Ratio:  In a fusion reaction involving two nuclei,
  314. there are typically a variety of possible sets of products which
  315. can form.  The branching ratio for a particular set of products
  316. is the probability that that set of products will be produced.
  317.  
  318. * Breakeven:  there are several types:
  319.         Commercial:  When fusion power can be converted into enough
  320.                 electric power to power the reactor and generate enough
  321.                 electricity to cover the costs of the plant at economically
  322.                 competitive rates. (?)
  323.         Engineering:  When enough energy can be generated from the
  324.                 fusion power output to supply power for the reactor and
  325.                 generate a surplus; sort of commercial breakeven without
  326.                 the economic considerations. (?)
  327.         Scientific:  When fusion power = input power; Q=1.
  328.                 (See also Lawson Criterion)
  329.                 Extrapolated - projected for actual reactor fuel using
  330.                         an alternative fuel.
  331.                 Actual - determined using the actual fusion fuel to be
  332.                         used in the reactor (typically DT).
  333.  
  334. * Breeder Material:  In D-T fusion, refers to lithium or
  335. lithium-containing substances which are placed in the
  336. blanket to convert the fusion neutrons back into tritium,
  337. using nuclear transmutation of lithium isotopes.
  338.  
  339. * Breeder Reactor:  Class of nuclear reactor (could be fission
  340. or fusion) which uses some of the nuclear byproducts (generally
  341. neutrons) to transmute non-fuel materials to new materials which
  342. can be used for fuel in other reactors, in such a way that
  343. the reactor creates more fuel than it consumes (breeding).
  344. Term usually refers to reactors which breed fission fuel.
  345. Use of breeder reactors would greatly extend the fuel supply for
  346. nuclear fission energy, but also creates additional opportunities
  347. for diversion of fissile materials to weapons production and
  348. could exacerbate proliferation of nuclear weapons.
  349.  
  350. & Bremsstrahlung:  (German for "Braking Radiation")  Electromagnetic
  351. radiation from a charged particle as it slows down (decelerates),
  352. or as it changes direction due to near collisions with other particles.
  353. Similar to synchrotron radiation (see also).  In a plasma
  354. bremsstrahlung occurs when electrons (which are lighter and generally
  355. move faster) collide with ions (which are heavier and generally move
  356. slower); the acceleration/deceleration of the electrons causes them
  357. to radiate bremsstrahlung.
  358.  
  359. & Brewster's Angle:  The angle of incidence at which
  360. electromagnetic waves reflected from a dielectric medium are
  361. completely polarized perpendicular to the plane of incidence;
  362. the component polarized parallel to the plane of incidence is
  363. completely transmitted.
  364.  
  365. * British Thermal Unit:  Unit of energy needed to raise a pound of
  366. water by one degree fahrenheit; equal to 252 calories or 1055 Joules.
  367. (See also calorie, joule).  Not part of the metric system.
  368.  
  369. > Bumpy Torus:  I believe this concept tries to combine mirror
  370. concepts with toroidal ones.  My understanding is that it is
  371. essentially a series of mirrors stuck end to end and bent into
  372. a ring.  - Albert Chou (corrections / enhancements welcome!)
  373.  
  374. * Bunching:  A technique for spatial compression of a pulse
  375. in a beam of charged particles.
  376.  
  377. * Bundle Divertor:  Divertor concept where a toroidal field
  378. coil extracts a "bundle" of toroidal field lines (flux) and
  379. forms a separatrix in the toroidal field.  (Hard to do
  380. and tends to mess up axisymmetry of the torus; not used much.)
  381.  
  382. > Burning Plasma eXperiment (BPX):  Proposed U.S. successor to TFTR;
  383. never funded.  See also: CIT, TPX.
  384.  
  385. * Burnout:  Rapid reduction in the neutral particle density
  386. in a plasma discharge; occurs when the ionization rate (which
  387. converts neutrals to ions and electrons) exceeds the rate
  388. of recombination (which converts ions to neutrals) and the
  389. rate of influx of neutral particles.
  390.  
  391.  
  392.