μια συσκευή για τη διεξαγωγή μιας αντίδρασης θερμοπυρηνικής σύντηξης σε θερμό πλάσμα σε μια οιονεί ακίνητη λειτουργία, όπου το πλάσμα δημιουργείται σε ένα δακτυλιοειδές θάλαμο και σταθεροποιείται από ένα μαγνητικό πεδίο. Σκοπός της εγκατάστασης είναι η μετατροπή της ενδοπυρηνικής ενέργειας σε θερμότητα και στη συνέχεια σε ηλεκτρική. Η ίδια η λέξη "tokamak" είναι συντομογραφία για το όνομα "τοροειδής μαγνητικός θάλαμος", αλλά οι δημιουργοί της εγκατάστασης αντικατέστησαν το "g" στο τέλος με ένα "k" για να μην προκαλέσουν συσχετίσεις με κάτι μαγικό.

Ένα άτομο αποκτά ατομική ενέργεια (τόσο σε έναν αντιδραστήρα όσο και σε μια βόμβα) διαιρώντας τους πυρήνες των βαρέων στοιχείων σε ελαφρύτερους. Η ενέργεια ανά νουκλεόνιο είναι μέγιστη για το σίδηρο (το λεγόμενο «μέγιστο σιδήρου»), και από τότε μέγιστο στη μέση, τότε η ενέργεια θα απελευθερωθεί όχι μόνο κατά την αποσύνθεση των βαρέων στοιχείων, αλλά και κατά τη διάρκεια του συνδυασμού ελαφρών στοιχείων. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται θερμοπυρηνική σύντηξη και συμβαίνει σε μια βόμβα υδρογόνου και έναν αντιδραστήρα σύντηξης. Υπάρχουν πολλές γνωστές θερμοπυρηνικές αντιδράσεις και αντιδράσεις σύντηξης. Η πηγή ενέργειας μπορεί να είναι εκείνες για τις οποίες υπάρχει φθηνό καύσιμο και είναι δυνατοί δύο θεμελιωδώς διαφορετικοί τρόποι έναρξης της αντίδρασης σύντηξης.

Ο πρώτος τρόπος είναι «εκρηκτικός»: μέρος της ενέργειας δαπανάται για να φέρει μια πολύ μικρή ποσότητα ουσίας στην απαιτούμενη αρχική κατάσταση, λαμβάνει χώρα μια αντίδραση σύνθεσης και η απελευθερωμένη ενέργεια μετατρέπεται σε μια βολική μορφή. Στην πραγματικότητα, αυτή είναι μια βόμβα υδρογόνου, που ζυγίζει μόνο ένα χιλιοστόγραμμο. Μια ατομική βόμβα δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή αρχικής ενέργειας, δεν μπορεί να είναι «μικρή». Επομένως, υποτέθηκε ότι ένα δισκίο χιλιοστού πάγου δευτερίου-τριτίου (ή μια γυάλινη σφαίρα με συμπιεσμένο μείγμα δευτερίου και τριτίου) θα ακτινοβολούνταν από όλες τις πλευρές με παλμούς λέιζερ. Η ενεργειακή πυκνότητα στην επιφάνεια πρέπει να είναι τέτοια ώστε το επάνω στρώμα του δισκίου, το οποίο έχει μετατραπεί σε πλάσμα, να θερμαίνεται σε θερμοκρασία στην οποία η πίεση στα εσωτερικά στρώματα και η θέρμανση των εσωτερικών στρωμάτων του ίδιου του δισκίου καθίστανται επαρκής για η αντίδραση σύνθεσης. Σε αυτή την περίπτωση, ο παλμός πρέπει να είναι τόσο σύντομος ώστε η ουσία, η οποία έχει μετατραπεί σε πλάσμα με θερμοκρασία δέκα εκατομμυρίων βαθμών σε ένα νανοδευτερόλεπτο, να μην έχει χρόνο να ξεφύγει, αλλά να πιέζει το εσωτερικό του δισκίου. Αυτό το εσωτερικό συμπιέζεται σε πυκνότητα εκατό φορές μεγαλύτερη από αυτή των στερεών και θερμαίνεται στους εκατό εκατομμύρια βαθμούς.

Δεύτερος τρόπος. Οι αρχικές ουσίες μπορούν να θερμανθούν σχετικά αργά - θα μετατραπούν σε πλάσμα και στη συνέχεια μπορεί να εισαχθεί ενέργεια σε αυτό με οποιονδήποτε τρόπο, μέχρι να επιτευχθούν οι συνθήκες για την έναρξη της αντίδρασης. Για να συμβεί μια θερμοπυρηνική αντίδραση σε ένα μείγμα δευτερίου και τριτίου και να ληφθεί θετική ενέργεια εξόδου (όταν η ενέργεια που απελευθερώνεται ως αποτέλεσμα μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια που δαπανάται σε αυτήν την αντίδραση), είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα πλάσμα με πυκνότητα τουλάχιστον 10 14 σωματίδια/cm 3 (10 5 atm.) και θερμαίνουμε στους 10 9 βαθμούς περίπου, ενώ το πλάσμα ιονίζεται πλήρως.

Μια τέτοια θέρμανση είναι απαραίτητη ώστε οι πυρήνες να μπορούν να πλησιάσουν ο ένας τον άλλον, παρά την απώθηση του Κουλόμπ. Μπορεί να αποδειχθεί ότι για να ληφθεί ενέργεια, αυτή η κατάσταση πρέπει να διατηρηθεί για τουλάχιστον ένα δευτερόλεπτο (το λεγόμενο «κριτήριο Lawson»). Μια πιο ακριβής διατύπωση του κριτηρίου Lawson: το γινόμενο της συγκέντρωσης και ο χρόνος διατήρησης αυτής της κατάστασης πρέπει να είναι της τάξης των 10 15 cm cm 3. Το κύριο πρόβλημα είναι η σταθερότητα του πλάσματος: σε ένα δευτερόλεπτο θα έχει χρόνο να διασταλεί πολλές φορές, να αγγίξει τα τοιχώματα του θαλάμου και να κρυώσει.

Το 2006, η διεθνής κοινότητα ξεκίνησε την κατασκευή ενός αντιδραστήρα επίδειξης. Αυτός ο αντιδραστήρας δεν θα είναι πραγματική πηγή ενέργειας, αλλά είναι σχεδιασμένος με τέτοιο τρόπο ώστε μετά από αυτόν, εάν όλα λειτουργήσουν καλά, θα είναι δυνατή η έναρξη της κατασκευής «ενεργειακών», δηλ. θερμοπυρηνικοί αντιδραστήρες που προορίζονται για συμπερίληψη στο ηλεκτρικό δίκτυο. Τα μεγαλύτερα φυσικά έργα (επιταχυντές, ραδιοτηλεσκόπια, διαστημικοί σταθμοί) γίνονται τόσο ακριβά που η εξέταση δύο επιλογών αποδεικνύεται απρόσιτη ακόμη και για την ανθρωπότητα, η οποία έχει ενώσει τις προσπάθειές της, επομένως πρέπει να γίνει μια επιλογή.

Η έναρξη των εργασιών για την ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη πρέπει να χρονολογείται από το 1950, όταν οι I.E Tamm και A.D. Sakharov κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη (CTF) θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας μαγνητικό περιορισμό θερμού πλάσματος. Στο αρχικό στάδιο, οι εργασίες στη χώρα μας πραγματοποιήθηκαν στο Ινστιτούτο Kurchatov υπό την ηγεσία του L.A. Artsimovich. Τα κύρια προβλήματα μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: προβλήματα αστάθειας του πλάσματος και τεχνολογικά προβλήματα (καθαρό κενό, αντίσταση στην ακτινοβολία κ.λπ.) Τα πρώτα tokamaks δημιουργήθηκαν το 1954-1960, τώρα περισσότερα από 100 tokamaks έχουν κατασκευαστεί στον κόσμο. Στη δεκαετία του 1960, αποδείχθηκε ότι η θέρμανση με διέλευση ρεύματος («ωμική θέρμανση») από μόνη της δεν μπορούσε να φέρει το πλάσμα σε θερμοκρασίες σύντηξης. Ο πιο φυσικός τρόπος για να αυξηθεί το ενεργειακό περιεχόμενο του πλάσματος φαινόταν να είναι η μέθοδος εξωτερικής έγχυσης γρήγορων ουδέτερων σωματιδίων (ατόμων), αλλά μόνο στη δεκαετία του 1970 επιτεύχθηκε το απαραίτητο τεχνικό επίπεδο και πραγματοποιήθηκαν πραγματικά πειράματα με τη χρήση εγχυτών. Σήμερα, η θέρμανση ουδέτερων σωματιδίων με έγχυση και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην περιοχή μικροκυμάτων θεωρείται η πιο ελπιδοφόρα. Το 1988, το Ινστιτούτο Kurchatov κατασκεύασε ένα tokamak T-15 γενιάς προ-αντιδραστήρα με υπεραγώγιμα τυλίγματα. Από το 1956, όταν κατά την επίσκεψη του N.S. Khrushchev στη Μεγάλη Βρετανία, ο I.V. Kurchatov ανακοίνωσε την υλοποίηση αυτών των εργασιών στην ΕΣΣΔ. Οι εργασίες στον τομέα αυτό εκτελούνται από κοινού από πολλές χώρες. Το 1988, η ΕΣΣΔ, οι ΗΠΑ, η Ευρωπαϊκή Ένωση και η Ιαπωνία άρχισαν να σχεδιάζουν τον πρώτο πειραματικό αντιδραστήρα tokamak (η εγκατάσταση θα κατασκευαστεί στη Γαλλία).

Οι διαστάσεις του σχεδιασμένου αντιδραστήρα είναι 30 μέτρα σε διάμετρο και 30 μέτρα ύψος. Η αναμενόμενη περίοδος κατασκευής αυτής της εγκατάστασης είναι οκτώ χρόνια και η διάρκεια λειτουργίας είναι 25 χρόνια. Ο όγκος του πλάσματος στην εγκατάσταση είναι περίπου 850 κυβικά μέτρα. Ρεύμα πλάσματος 15 megaamp. Η θερμοπυρηνική ισχύς της εγκατάστασης είναι 500 Megawatts και διατηρείται για 400 δευτερόλεπτα. Στο μέλλον, ο χρόνος αυτός αναμένεται να αυξηθεί στα 3000 δευτερόλεπτα, γεγονός που θα καταστήσει δυνατή τη διεξαγωγή των πρώτων πραγματικών μελετών της φυσικής της θερμοπυρηνικής σύντηξης («θερμοπυρηνική καύση») σε πλάσμα στον αντιδραστήρα ITER.

Lukyanov S.Yu. Ζεστό πλάσμα και ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη. M., Nauka, 1975
Artsimovich L.A., Sagdeev R.Z. Φυσική πλάσματος για φυσικούς. Μ., Atomizdat, 1979
Hegler M., Christiansen M. Εισαγωγή στην Ελεγχόμενη Σύντηξη. Μ., Μιρ, 1980
Killeen J. Ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη. Μ., Μιρ, 1980
Boyko V.I. Ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη και προβλήματα αδρανειακής θερμοπυρηνικής σύντηξης. Εκπαιδευτικό περιοδικό Σόρος. 1999, αρ

Το tokamak συγκρατείται όχι από τα τοιχώματα του θαλάμου, τα οποία δεν μπορούν να αντέξουν τη θερμοκρασία που απαιτείται για τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις, αλλά από ένα ειδικά δημιουργημένο συνδυασμένο μαγνητικό πεδίο - ένα σπειροειδές εξωτερικό και πολοειδή πεδίο του ρεύματος που ρέει μέσω του καλωδίου πλάσματος. Σε σύγκριση με άλλες εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν μαγνητικό πεδίο για τον περιορισμό του πλάσματος, η χρήση ηλεκτρικού ρεύματος είναι το κύριο χαρακτηριστικό ενός tokamak. Το ρεύμα στο πλάσμα εξασφαλίζει τη θέρμανση του πλάσματος και τη διατήρηση της ισορροπίας του νήματος του πλάσματος στον θάλαμο κενού. Με αυτόν τον τρόπο, ένα tokamak, ειδικότερα, διαφέρει από έναν αστεροειδή, ο οποίος είναι ένα από τα εναλλακτικά σχήματα περιορισμού στα οποία δημιουργούνται τόσο το δακτυλιοειδές όσο και το πολοειδή πεδία χρησιμοποιώντας εξωτερικά μαγνητικά πηνία.

Ο αντιδραστήρας Tokamak αναπτύσσεται επί του παρόντος στο πλαίσιο του διεθνούς επιστημονικού έργου ITER.

Εγκυκλοπαιδικό YouTube

• 1 / 5

  Η πρόταση για χρήση ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης για βιομηχανικούς σκοπούς και ένα συγκεκριμένο σχέδιο που χρησιμοποιεί θερμομόνωση πλάσματος υψηλής θερμοκρασίας από ηλεκτρικό πεδίο διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον Σοβιετικό φυσικό O. A. Lavrentiev σε μια εργασία στα μέσα της δεκαετίας του 1950. Αυτή η εργασία χρησίμευσε ως καταλύτης για τη σοβιετική έρευνα σχετικά με το πρόβλημα της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης. Ο A.D. Sakharov και ο I.E Tamm το 1951 πρότειναν την τροποποίηση του σχήματος, προτείνοντας μια θεωρητική βάση για έναν θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα, όπου το πλάσμα θα έχει το σχήμα ενός δακτύλου και θα περιέχεται από ένα μαγνητικό πεδίο. Την ίδια στιγμή, η ίδια ιδέα προτάθηκε από Αμερικανούς επιστήμονες, αλλά «ξεχάστηκε» μέχρι τη δεκαετία του 1970.

  Επί του παρόντος, ένα tokamak θεωρείται η πιο πολλά υποσχόμενη συσκευή για την υλοποίηση ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης.

  Συσκευή

  Το tokamak είναι ένας σπειροειδής θάλαμος κενού πάνω στον οποίο τυλίγονται πηνία για να δημιουργήσουν ένα δακτυλιοειδές μαγνητικό πεδίο. Ο αέρας αρχικά αντλείται έξω από τον θάλαμο κενού και στη συνέχεια γεμίζεται με ένα μείγμα δευτερίου και τριτίου. Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας επαγωγέαςδημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης στον θάλαμο. Ο επαγωγέας είναι η κύρια περιέλιξη ενός μεγάλου μετασχηματιστή, στον οποίο ο θάλαμος tokamak είναι η δευτερεύουσα περιέλιξη. Το ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί ροή ρεύματος και ανάφλεξη στον θάλαμο πλάσματος.

  Το ρεύμα που διαρρέει το πλάσμα εκτελεί δύο εργασίες:

  • θερμαίνει το πλάσμα με τον ίδιο τρόπο όπως κάθε άλλος αγωγός (ωμική θέρμανση).
  • δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον εαυτό του. Αυτό το μαγνητικό πεδίο ονομάζεται πολοειδής(δηλαδή κατευθύνεται κατά μήκος των γραμμών που διέρχονται πόλωνσφαιρικό σύστημα συντεταγμένων).

  Το μαγνητικό πεδίο συμπιέζει το ρεύμα που διαρρέει το πλάσμα. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια διαμόρφωση στην οποία οι ελικοειδείς γραμμές μαγνητικού πεδίου «στρίβουν» το καλώδιο πλάσματος. Σε αυτή την περίπτωση, το βήμα κατά την περιστροφή στην τοροειδική διεύθυνση δεν συμπίπτει με το βήμα στην πολοειδή κατεύθυνση. Οι μαγνητικές γραμμές αποδεικνύονται μη κλειστές, περιστρέφονται γύρω από τον τόρο άπειρες φορές, σχηματίζοντας τις λεγόμενες «μαγνητικές επιφάνειες» ενός δακτυλίου σχήματος.

  Η παρουσία ενός πολοειδούς πεδίου είναι απαραίτητη για σταθερό περιορισμό του πλάσματος σε ένα τέτοιο σύστημα. Δεδομένου ότι δημιουργείται αυξάνοντας το ρεύμα στον επαγωγέα και δεν μπορεί να είναι άπειρο, ο χρόνος σταθερής ύπαρξης πλάσματος σε ένα κλασικό tokamak εξακολουθεί να περιορίζεται σε λίγα δευτερόλεπτα. Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, έχουν αναπτυχθεί πρόσθετες μέθοδοι διατήρησης του ρεύματος. Για το σκοπό αυτό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί έγχυση στο πλάσμα επιταχυνόμενων ουδέτερων ατόμων δευτερίου ή τριτίου ή ακτινοβολίας μικροκυμάτων.

  Εκτός από τα σπειροειδή πηνία, απαιτούνται επιπλέον για τον έλεγχο του καλωδίου πλάσματος. πηνία πολοειδή πεδίου. Είναι στροφές δακτυλίου γύρω από τον κάθετο άξονα του θαλάμου tokamak.

  Η θέρμανση από μόνη της λόγω της ροής του ρεύματος δεν είναι αρκετή για να θερμάνει το πλάσμα στη θερμοκρασία που απαιτείται για μια θερμοπυρηνική αντίδραση. Για πρόσθετη θέρμανση, η ακτινοβολία μικροκυμάτων χρησιμοποιείται στις λεγόμενες συχνότητες συντονισμού (για παράδειγμα, που συμπίπτει με τη συχνότητα κυκλοτρονίων είτε ηλεκτρονίων είτε ιόντων) ή έγχυση ταχέων ουδέτερων ατόμων.

  Το Tokamak (TORoidal Chamber with Magnetic Coils) είναι μια σπειροειδής εγκατάσταση για περιορισμό μαγνητικού πλάσματος. Το πλάσμα συγκρατείται όχι από τα τοιχώματα του θαλάμου, τα οποία δεν αντέχουν τη θερμοκρασία του, αλλά από ένα ειδικά δημιουργημένο μαγνητικό πεδίο. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του tokamak είναι η χρήση ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει το πλάσμα για τη δημιουργία του πολοειδούς πεδίου που είναι απαραίτητο για την ισορροπία του πλάσματος. Αυτό το διακρίνει από έναν αστεροειδή, στον οποίο τόσο το δακτυλιοειδές όσο και το πολοειδή πεδία δημιουργούνται χρησιμοποιώντας μαγνητικά πηνία.

  Ιστορία

  Ο όρος "tokamak" επινοήθηκε από τους Ρώσους φυσικούς Igor Evgenievich Tamm και Andrei Dmitrievich Sakharov στη δεκαετία του '50 ως συντομογραφία της φράσης "τοροειδής θάλαμος με μαγνητικά πηνία". Το πρώτο tokamak αναπτύχθηκε υπό την ηγεσία του ακαδημαϊκού L.A. Artsimovich στο Ινστιτούτο Ατομικής Ενέργειας που πήρε το όνομά του. I. V. Kurchatov στη Μόσχα και διαδήλωσε το 1968 στο Novosibirsk.

  Επί του παρόντος, ένα tokamak θεωρείται η πιο πολλά υποσχόμενη συσκευή για την υλοποίηση ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης.

  Συσκευή

  Το tokamak είναι ένας σπειροειδής θάλαμος κενού πάνω στον οποίο τυλίγονται πηνία για να δημιουργηθεί ένα (τοροειδής) μαγνητικό πεδίο. Ο αέρας αρχικά αντλείται έξω από τον θάλαμο κενού και στη συνέχεια γεμίζεται με ένα μείγμα δευτερίου και τριτίου. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας έναν επαγωγέα, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης στον θάλαμο. Ο επαγωγέας είναι η κύρια περιέλιξη ενός μεγάλου μετασχηματιστή, στον οποίο ο θάλαμος tokamak είναι η δευτερεύουσα περιέλιξη. Το ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί τη ροή ρεύματος και την ανάφλεξη του θαλάμου πλάσματος.

  Το ρεύμα που διαρρέει το πλάσμα εκτελεί δύο εργασίες:

  Θερμαίνει το πλάσμα με τον ίδιο τρόπο όπως κάθε άλλος αγωγός (ωμική θέρμανση).
  - Δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον εαυτό του. Αυτό το μαγνητικό πεδίο ονομάζεται πολοειδής (δηλαδή κατευθύνεται κατά μήκος των γραμμών που διέρχονται από τους πόλους του σφαιρικού συστήματος συντεταγμένων).

  Το μαγνητικό πεδίο συμπιέζει το ρεύμα που διαρρέει το πλάσμα. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια διαμόρφωση στην οποία οι ελικοειδείς γραμμές μαγνητικού πεδίου «στρίβουν» το καλώδιο πλάσματος. Σε αυτή την περίπτωση, το βήμα κατά την περιστροφή στην τοροειδική διεύθυνση δεν συμπίπτει με το βήμα στην πολοειδή κατεύθυνση. Οι μαγνητικές γραμμές αποδεικνύονται μη κλειστές, περιστρέφονται γύρω από τον τόρο άπειρες φορές, σχηματίζοντας το λεγόμενο. «μαγνητικές επιφάνειες» δακτυλιοειδούς σχήματος.

  Η παρουσία ενός πολοειδούς πεδίου είναι απαραίτητη για σταθερό περιορισμό του πλάσματος σε ένα τέτοιο σύστημα. Δεδομένου ότι δημιουργείται αυξάνοντας το ρεύμα στον επαγωγέα και δεν μπορεί να είναι άπειρο, ο χρόνος σταθερής ύπαρξης πλάσματος σε ένα κλασικό tokamak είναι περιορισμένος. Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, έχουν αναπτυχθεί πρόσθετες μέθοδοι διατήρησης του ρεύματος. Για το σκοπό αυτό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί έγχυση επιταχυνόμενων ουδέτερων ατόμων δευτερίου ή τριτίου ή ακτινοβολίας μικροκυμάτων στο πλάσμα.

  Εκτός από τα σπειροειδή πηνία, απαιτούνται πρόσθετα πηνία πολοειδή πεδίου για τον έλεγχο του καλωδίου πλάσματος. Είναι στροφές δακτυλίου γύρω από τον κάθετο άξονα του θαλάμου tokamak.

  Η θέρμανση από μόνη της λόγω της ροής του ρεύματος δεν είναι αρκετή για να θερμάνει το πλάσμα στη θερμοκρασία που απαιτείται για μια θερμοπυρηνική αντίδραση. Για πρόσθετη θέρμανση, η ακτινοβολία μικροκυμάτων χρησιμοποιείται στο λεγόμενο. συχνότητες συντονισμού (για παράδειγμα, που συμπίπτουν με τη συχνότητα κυκλοτρονίων είτε ηλεκτρονίων είτε ιόντων) ή έγχυση γρήγορα ουδέτερων ατόμων.

  Ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη

  
  

  Ο ήλιος είναι ένας φυσικός θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας

  Η ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη (CTF) είναι η σύνθεση βαρύτερων ατομικών πυρήνων από ελαφρύτερους προκειμένου να ληφθεί ενέργεια, η οποία είναι ελεγχόμενη στη φύση, σε αντίθεση με την εκρηκτική θερμοπυρηνική σύντηξη (που χρησιμοποιείται στα θερμοπυρηνικά όπλα). Η ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη διαφέρει από την παραδοσιακή πυρηνική ενέργεια στο ότι η τελευταία χρησιμοποιεί μια αντίδραση διάσπασης, κατά την οποία παράγονται ελαφρύτεροι πυρήνες από βαρείς πυρήνες. Οι κύριες πυρηνικές αντιδράσεις που σχεδιάζονται να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης θα χρησιμοποιούν δευτέριο (2Η) και τρίτιο (3Η) και μακροπρόθεσμα, ήλιο-3 (3He).

  Η μοίρα της θερμοπυρηνικής σύντηξης

  Η ιδέα της δημιουργίας ενός αντιδραστήρα σύντηξης ξεκίνησε τη δεκαετία του 1950. Τότε αποφασίστηκε να το εγκαταλείψουν, αφού οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να λύσουν πολλά τεχνικά προβλήματα. Πέρασαν αρκετές δεκαετίες προτού οι επιστήμονες ήταν σε θέση να «αναγκάσουν» τον αντιδραστήρα να παράγει οποιαδήποτε ποσότητα θερμοπυρηνικής ενέργειας.

  

  Διάγραμμα του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Αντιδραστήρα (ITER)

  Η απόφαση για τον σχεδιασμό του Διεθνούς Θερμοπυρηνικού Αντιδραστήρα (ITER) ελήφθη στη Γενεύη το 1985. Στο έργο συμμετέχουν η ΕΣΣΔ, η Ιαπωνία, οι ΗΠΑ, η ενωμένη Ευρώπη και ο Καναδάς. Μετά το 1991, το Καζακστάν προσχώρησε στους συμμετέχοντες. Κατά τη διάρκεια 10 ετών, πολλά στοιχεία του μελλοντικού αντιδραστήρα κατασκευάστηκαν σε στρατιωτικές-βιομηχανικές επιχειρήσεις στις αναπτυγμένες χώρες. Για παράδειγμα, στην Ιαπωνία έχουν αναπτύξει ένα μοναδικό σύστημα ρομπότ ικανό να λειτουργεί μέσα σε έναν αντιδραστήρα. Στη Ρωσία δημιούργησαν μια εικονική έκδοση της εγκατάστασης.

  Το 1998, οι Ηνωμένες Πολιτείες, για πολιτικούς λόγους, σταμάτησαν να χρηματοδοτούν τη συμμετοχή τους στο έργο. Αφού οι Ρεπουμπλικάνοι ήρθαν στην εξουσία και άρχισαν τα κυλιόμενα μπλακ άουτ στην Καλιφόρνια, η κυβέρνηση Μπους ανακοίνωσε αυξημένες επενδύσεις στην ενέργεια. Οι Ηνωμένες Πολιτείες δεν σκόπευαν να συμμετάσχουν στο διεθνές έργο και συμμετείχαν στο δικό τους θερμοπυρηνικό έργο. Στις αρχές του 2002, ο σύμβουλος τεχνολογίας του Προέδρου Μπους, John Marburger III, είπε ότι οι Ηνωμένες Πολιτείες άλλαξαν γνώμη και σκόπευαν να επιστρέψουν στο έργο.

  Όσον αφορά τον αριθμό των συμμετεχόντων, το έργο είναι συγκρίσιμο με ένα άλλο μεγάλο διεθνές επιστημονικό έργο - τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Το κόστος του ITER, που προηγουμένως έφτανε τα 8 δισ. δολάρια, ανήλθε τότε σε λιγότερο από 4 δισ. Ως αποτέλεσμα της αποχώρησης των Ηνωμένων Πολιτειών από τη συμμετοχή, αποφασίστηκε η μείωση της ισχύος του αντιδραστήρα από 1,5 GW σε 500 MW. Αντίστοιχα, μειώθηκε και η τιμή του έργου.

  Τον Ιούνιο του 2002, το συμπόσιο «ITER Days in Moscow» πραγματοποιήθηκε στη ρωσική πρωτεύουσα. Συζήτησε τα θεωρητικά, πρακτικά και οργανωτικά προβλήματα της αναβίωσης του έργου, η επιτυχία του οποίου μπορεί να αλλάξει τη μοίρα της ανθρωπότητας και να της δώσει ένα νέο είδος ενέργειας, συγκρίσιμο σε απόδοση και οικονομία μόνο με την ενέργεια του Ήλιου.

  Εάν οι συμμετέχοντες συμφωνήσουν για τη θέση του σταθμού και την έναρξη της κατασκευής του, τότε, σύμφωνα με την πρόβλεψη του Ακαδημαϊκού Velikhov, το πρώτο πλάσμα θα ληφθεί μέχρι το 2010. Τότε θα είναι δυνατή η έναρξη της κατασκευής του πρώτου θερμοπυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, ο οποίος, υπό ευνοϊκές συνθήκες, μπορεί να παράγει το πρώτο ρεύμα το 2030.

  Τον Δεκέμβριο του 2003, επιστήμονες που συμμετείχαν στο έργο ITER συγκεντρώθηκαν στην Ουάσιγκτον για να καθορίσουν τελικά τη θέση της μελλοντικής κατασκευής του. Το πρακτορείο ειδήσεων France-Press ανέφερε, επικαλούμενο έναν από τους συμμετέχοντες στη συνάντηση, ότι η απόφαση αναβλήθηκε για το 2004. Οι επόμενες διαπραγματεύσεις για το έργο αυτό θα πραγματοποιηθούν τον Μάιο του 2004 στη Βιέννη. Ο αντιδραστήρας θα αρχίσει να κατασκευάζεται το 2006 και προγραμματίζεται να δρομολογηθεί το 2014.
  

  Αρχή λειτουργίας

  Η θερμοπυρηνική σύντηξη είναι ένας φθηνός και φιλικός προς το περιβάλλον τρόπος παραγωγής ενέργειας. Η ανεξέλεγκτη θερμοπυρηνική σύντηξη συμβαίνει στον Ήλιο εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια - το ήλιο σχηματίζεται από το βαρύ ισότοπο υδρογόνου δευτερίου. Αυτό απελευθερώνει μια κολοσσιαία ποσότητα ενέργειας. Ωστόσο, οι άνθρωποι στη Γη δεν έχουν μάθει ακόμη να ελέγχουν τέτοιες αντιδράσεις.

  

  Πλάσμα σε αντιδραστήρα σύντηξης

  Ο αντιδραστήρας ITER θα χρησιμοποιεί ισότοπα υδρογόνου ως καύσιμο. Κατά τη διάρκεια μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης, απελευθερώνεται ενέργεια όταν τα ελαφριά άτομα συνδυάζονται σε βαρύτερα. Για να επιτευχθεί αυτό, το αέριο πρέπει να θερμανθεί σε θερμοκρασία άνω των 100 εκατομμυρίων βαθμών - πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία στο κέντρο του Ήλιου. Το αέριο σε αυτή τη θερμοκρασία μετατρέπεται σε πλάσμα. Ταυτόχρονα, τα άτομα των ισοτόπων του υδρογόνου συγχωνεύονται, μετατρέπονται σε άτομα ηλίου με την απελευθέρωση μεγάλου αριθμού νετρονίων. Ένας σταθμός ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργεί με αυτήν την αρχή θα χρησιμοποιεί την ενέργεια των νετρονίων που επιβραδύνεται από ένα στρώμα πυκνής ύλης (λίθιο)

  Η κατασκευή του σταθμού θα διαρκέσει τουλάχιστον 10 χρόνια και 5 δισεκατομμύρια δολάρια. Η Γαλλία και η Ιαπωνία ανταγωνίζονται για το διάσημο δικαίωμα να είναι η πατρίδα του ενεργειακού γίγαντα.

  Τόπος κατασκευής

  Ο Καναδάς, η Ιαπωνία, η Ισπανία και η Γαλλία υπέβαλαν προτάσεις για τον εντοπισμό του αντιδραστήρα στα εδάφη τους.

  Ο Καναδάς δικαιολογεί την ανάγκη εγκατάστασης του αντιδραστήρα στο έδαφός του με το γεγονός ότι σε αυτή τη χώρα υπάρχουν σημαντικά αποθέματα τριτίου, το οποίο είναι απόβλητο της πυρηνικής ενέργειας. Η κατασκευή ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα θα επιτρέψει την απόρριψή τους.

  Στην Ιαπωνία, σύμφωνα με το πρακτορείο Kyodo Tsushin, τρεις νομοί αγωνίζονταν απεγνωσμένα για το δικαίωμα να κατασκευάσουν έναν αντιδραστήρα στη χώρα τους. Την ίδια ώρα, κάτοικοι του βόρειου νησιού Χοκάιντο αντιτάχθηκαν στην κατασκευή του στη γη τους.

  Τον Νοέμβριο του τρέχοντος έτους, η Ευρωπαϊκή Ένωση συνέστησε τη γαλλική πόλη Cadarache ως μελλοντική τοποθεσία για κατασκευή. Ωστόσο, είναι δύσκολο να προβλέψουμε πώς θα εξελιχθεί η ψηφοφορία. Οι ειδικοί αναμένεται να λάβουν τις αποφάσεις τους με βάση αυστηρά αντικειμενικά επιστημονικά δεδομένα, αλλά οι πολιτικές προεκτάσεις μπορούν επίσης να επηρεάσουν την ψηφοφορία. Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν ήδη ταχθεί κατά της παραχώρησης της κατασκευής του αντιδραστήρα στη Γαλλία, υπενθυμίζοντας τη διχαστική συμπεριφορά τους κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης στο Ιράκ.

  «Έχουμε μια υπάρχουσα επιστημονική και τεχνική δομή, ικανότητα και εμπειρία, που εγγυάται ότι θα τηρήσουμε τις προθεσμίες μας», δήλωσε ο Γάλλος υπουργός Έρευνας.

  Η Ιαπωνία έχει επίσης μια σειρά από πλεονεκτήματα - το Rokkasho-mura βρίσκεται δίπλα σε ένα λιμάνι και δίπλα σε μια στρατιωτική βάση των ΗΠΑ. Επιπλέον, οι Ιάπωνες είναι έτοιμοι να επενδύσουν πολύ περισσότερα χρήματα στο έργο από τη Γαλλία. «Εάν επιλεγεί η Ιαπωνία, θα καλύψουμε όλα τα απαραίτητα έξοδα», δήλωσε ο Ιάπωνας υπουργός Επιστήμης και Παιδείας.

  Εκπρόσωπος της γαλλικής κυβέρνησης είπε στους δημοσιογράφους ότι είχε «πολύ εντατικές συνομιλίες υψηλού επιπέδου» πριν από τη συνάντηση. Ωστόσο, σύμφωνα με ορισμένα στοιχεία, όλες οι χώρες εκτός από την Ευρωπαϊκή Ένωση προτιμούν την Ιαπωνία από τη Γαλλία.

  Περιβαλλοντική Ασφάλεια

  Η νέα εγκατάσταση, σύμφωνα με τους επιστήμονες, είναι περιβαλλοντικά πιο ασφαλής από τους πυρηνικούς αντιδραστήρες που λειτουργούν σήμερα. Η εγκατάσταση του ITER παράγει ήλιο ως αναλωθέν καύσιμο, αντί για τα ισότοπά του, τα οποία πρέπει να αποθηκεύονται σε ειδικές εγκαταστάσεις αποθήκευσης για δεκαετίες.

  Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα αποθέματα καυσίμου για τέτοιους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής είναι πρακτικά ανεξάντλητα - το δευτέριο και το τρίτιο εξάγονται εύκολα από το θαλασσινό νερό. Ένα κιλό από αυτά τα ισότοπα μπορεί να απελευθερώσει τόση ενέργεια όσο 10 εκατομμύρια κιλά ορυκτών καυσίμων.

  ΤΟΚΑΜΑΚ(συντομογραφία από "τοροειδής θάλαμος με μαγνητικά πηνία") - μια συσκευή για τη διατήρηση υψηλών θερμοκρασιών χρησιμοποιώντας έναν ισχυρό μαγνήτη. χωράφια. Η ιδέα του T εκφράστηκε το 1950 από τους ακαδημαϊκούς I. E. Tamm και A. D. Sakharov. πρώτα πειράματα Η έρευνα για αυτά τα συστήματα ξεκίνησε το 1956.
  

  Η αρχή της συσκευής είναι σαφής από το Σχ. 1. Το πλάσμα δημιουργείται σε ένα δακτυλιοειδές θάλαμο κενού, ο οποίος χρησιμεύει ως η μόνη κλειστή στροφή της δευτερεύουσας περιέλιξης του μετασχηματιστή. Κατά τη διέλευση ρεύματος που αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου στο πρωτεύον τύλιγμα ενός μετασχηματιστή 1 μέσα στο θάλαμο κενού 5 δημιουργείται μια διαμήκης ηλεκτρική δύναμη δίνης. πεδίο. Όταν το αρχικό αέριο δεν είναι πολύ μεγάλο (συνήθως χρησιμοποιείται υδρογόνο ή τα ισότοπά του), εμφανίζεται η ηλεκτρική του ισχύς. διάσπαση και ο θάλαμος κενού γεμίζει με πλάσμα με επακόλουθη αύξηση σε μεγάλο διαμήκη ρεύμα Ip. Στο σύγχρονο μεγάλο Τ. το ρεύμα στο πλάσμα είναι αρκετά. εκατομμύρια αμπέρ. Αυτό το ρεύμα δημιουργεί το δικό του πολοειδή (στο επίπεδο της διατομής του πλάσματος) μαγνητικό πεδίο. πεδίο ΣΕ q. Επιπλέον, ένας ισχυρός διαμήκης μαγνήτης χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση του πλάσματος. πεδίο Β στ, που δημιουργήθηκε με χρήση ειδικών περιελίξεις δακτυλιοειδούς μαγνήτη. χωράφια. Είναι ο συνδυασμός σπειροειδών και πολοειδών μαγνητών. πεδία εξασφαλίζει σταθερό περιορισμό του πλάσματος υψηλής θερμοκρασίας (βλ. Τοροειδή συστήματα), απαραίτητο για την υλοποίηση ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη.
  

  Ρύζι. 1. Διάγραμμα Tokamak: 1 - πρωτεύον τύλιγμα transΜορφοποιητής? 2 - πηνία σπειροειδούς μαγνητικού πεδίου. 3 - επένδυση, εσωτερικός θάλαμος με λεπτό τοίχωμα για χάραξημείωση του σπειροειδούς ηλεκτρικού πεδίου. 4 - μπομπίναki πολοειδή μαγνητικό πεδίο; 5 - κενό καμέra; σι-πυρήνας σιδήρου (μαγνητικός πυρήνας).
  

  Όρια λειτουργίας. Magn. το πεδίο Τ συγκρατεί το πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας αρκετά καλά, αλλά μόνο εντός ορισμένων ορίων μεταβολής των παραμέτρων του. Οι πρώτοι 2 περιορισμοί ισχύουν για το ρεύμα πλάσματος Ipκαι της βλ. πυκνότητα Π, εκφραζόμενη σε μονάδες του αριθμού των σωματιδίων (ηλεκτρόνια ή ιόντα) ανά 1 m 3. Αποδεικνύεται ότι για μια δεδομένη τιμή του σπειροειδούς μαγνήτη. πεδίο, το ρεύμα πλάσματος δεν μπορεί να υπερβεί μια ορισμένη οριακή τιμή, διαφορετικά το καλώδιο πλάσματος αρχίζει να συστρέφεται κατά μήκος μιας ελικοειδής γραμμής και τελικά καταρρέει: το λεγόμενο. τρέχουσα αστάθεια διακοπής. Για τον χαρακτηρισμό του περιοριστικού ρεύματος, χρησιμοποιείται ένας συντελεστής. στοκ qαπό αστάθεια βίδας, που καθορίζεται από τη σχέση q = 5σιι a 2 /RI σελ. Εδώ ΕΝΑ- μικρό, R- μεγάλη ακτίνα του καλωδίου πλάσματος, σι j - σπειροειδής μαγκ. πεδίο, Ip- ρεύμα στο πλάσμα (οι διαστάσεις μετρώνται σε μέτρα, μαγνητικό πεδίο - σε tesla, ρεύμα - σε MA). Απαραίτητη προϋπόθεση για τη σταθερότητα μιας στήλης πλάσματος είναι η ανισότητα q>], λεγόμενο k r i t e r i m K r u-s k a l a - Shafranova. Τα πειράματα δείχνουν ότι μια αξιόπιστα σταθερή λειτουργία συγκράτησης επιτυγχάνεται μόνο σε τιμές .
  

  Υπάρχουν 2 όρια για την πυκνότητα - κάτω και άνω. Πιο χαμηλα Το όριο πυκνότητας συνδέεται με το σχηματισμό του λεγόμενου. επιταχυνθεί, ή διαφυγόντα ηλεκτρόνια. Σε χαμηλές πυκνότητες, η συχνότητα των συγκρούσεων ηλεκτρονίων με ιόντα καθίσταται ανεπαρκής για να αποτρέψει τη μετάβασή τους στον τρόπο συνεχούς επιτάχυνσης στο διαμήκη ηλεκτρικό πεδίο. πεδίο. Τα ηλεκτρόνια που επιταχύνονται σε υψηλές ενέργειες μπορεί να αποτελέσουν κίνδυνο για τα στοιχεία του θαλάμου κενού, επομένως η πυκνότητα του πλάσματος επιλέγεται τόσο υψηλή ώστε να μην υπάρχουν επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια. Από την άλλη πλευρά, σε μια αρκετά υψηλή πυκνότητα, ο τρόπος περιορισμού του πλάσματος γίνεται και πάλι ασταθής λόγω της ακτινοβολίας και των ατομικών διεργασιών στα όρια του πλάσματος, που οδηγούν σε στένωση του καναλιού ρεύματος και στην ανάπτυξη ελικοειδούς αστάθειας του πλάσματος. Μπλουζα. το όριο πυκνότητας χαρακτηρίζεται από αδιάστατες παραμέτρους My-crayfish M=nR/B j και τεράστια H=nqR/B j (εδώ ο μέσος όρος της διατομής είναι η πυκνότητα ηλεκτρονίων nμετρημένο σε μονάδες 10 20 σωματιδίων/m 3). Για σταθερό περιορισμό πλάσματος είναι απαραίτητο οι αριθμοί ΜΚαι Hδεν ξεπερνούσε ορισμένες κρίσιμες αξίες.
  

  Όταν το πλάσμα θερμαίνεται και η πίεσή του αυξάνεται, εμφανίζεται ένα άλλο όριο, που χαρακτηρίζει τη μέγιστη σταθερή τιμή της πίεσης του πλάσματος, p = n(T e +T i), Οπου T e, T i-ηλεκτρονικές και ιοντικές θερμοκρασίες. Το όριο αυτό επιβάλλεται στην τιμή του b ίση με τον λόγο βλ. πίεση πλάσματος σε μαγνητική πίεση. πεδία? Μια απλοποιημένη έκφραση για την οριακή τιμή b δίνεται από τη σχέση b του Troyon c =gI p /aB j, όπου σολ-αριθμητικός παράγοντας ίσος με περίπου 3. 10 -2.
  

  Θερμική μόνωση. Η δυνατότητα θέρμανσης του πλάσματος σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες οφείλεται στο γεγονός ότι σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο. πεδίο τροχιάς φόρτισης τα σωματίδια μοιάζουν με σπείρες τυλιγμένες σε μαγνητική γραμμή. χωράφια. Χάρη σε αυτό, τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα διατηρούνται μέσα στο πλάσμα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Και μόνο λόγω συγκρούσεων και μικρών ηλεκτρικών διακυμάνσεων. και μαγ. πεδία, η ενέργεια αυτών των σωματιδίων μπορεί να μεταφερθεί στους τοίχους με τη μορφή ροής θερμότητας. Αυτοί οι ίδιοι μηχανισμοί καθορίζουν το μέγεθος των ροών διάχυσης. Μαγνητική απόδοση Η θερμομόνωση του πλάσματος χαρακτηρίζεται από ενέργεια. Διάρκεια Ζωής t E = W/P, Οπου W-συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο του πλάσματος, α Π- ισχύς θέρμανσης πλάσματος που απαιτείται για να διατηρηθεί σε ακίνητη κατάσταση. Τιμή t μιμπορεί επίσης να θεωρηθεί ως ο χαρακτηριστικός χρόνος ψύξης του πλάσματος εάν η ισχύς θέρμανσης απενεργοποιηθεί ξαφνικά. Σε ένα ήσυχο πλάσμα, δημιουργούνται ροές σωματιδίων και θερμότητας προς τα τοιχώματα του θαλάμου λόγω των ζευγαρωμένων συγκρούσεων ηλεκτρονίων και ιόντων. Αυτές οι ροές υπολογίζονται θεωρητικά, λαμβάνοντας υπόψη τις πραγματικές τροχιές φορτίου. σωματίδια ανά μαγ. πεδίο Τ. Η αντίστοιχη θεωρία των διεργασιών διάχυσης ονομάζεται. νεοκλασικό (βλ Διαδικασίες μετανάστευσηςΣτο πραγματικό πλάσμα Τ. υπάρχουν πάντα μικρές διακυμάνσεις πεδίων και ροών σωματιδίων, επομένως τα πραγματικά επίπεδα θερμότητας και ροών σωματιδίων συνήθως υπερβαίνουν σημαντικά τις προβλέψεις των νεοκλασικών. θεωρίες.
  

  Πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε πολλά Τ. decomp. σχήματα και μεγέθη, κατέστησαν δυνατή τη σύνοψη των αποτελεσμάτων των μελετών των μηχανισμών μεταφοράς με τη μορφή αντίστοιχων εμπειρικών μελετών. εξαρτήσεις. Συγκεκριμένα, διαπιστώθηκαν ενεργειακές εξαρτήσεις. Διάρκεια Ζωής τ Εαπό κύρια παράμετροι πλάσματος για αποσυμπ. κρατήστε το mod. Αυτές οι εξαρτήσεις ονομάζονται s k e i l i n g a m i; Χρησιμοποιούνται με επιτυχία για την πρόβλεψη παραμέτρων πλάσματος σε εγκαταστάσεις που τέθηκαν σε λειτουργία πρόσφατα.
  

  Αυτο-οργάνωση του πλάσματος. Στο πλάσμα Τ. υπάρχουν πάντα ασθενώς μη γραμμικά, που επηρεάζουν τα προφίλ της κατανομής της θερμοκρασίας, την πυκνότητα των σωματιδίων και την πυκνότητα ρεύματος κατά μήκος της ακτίνας, σαν να τα ελέγχουν. Ειδικότερα, προς το κέντρο. περιοχές του λώρου πλάσματος είναι πολύ συχνά παρόντες λεγόμενοι. ταλαντώσεις πριονιού, που αντανακλούν μια περιοδικά επαναλαμβανόμενη διαδικασία σταδιακής έξαρσης και στη συνέχεια μια απότομη ισοπέδωση του προφίλ θερμοκρασίας. Οι ταλαντώσεις σε σχήμα ράμπας εμποδίζουν τη συστολή του ρεύματος στον μαγνήτη. άξονας torus (βλ συστολή εκκένωσης αερίου). Επιπλέον, στο Τ. κατά καιρούς διεγείρονται ελικοειδή τρόποι (οι λεγόμενοι τρόποι t i r i n g), οι οποίοι παρατηρούνται έξω από το καλώδιο με τη μορφή μαγνητικών κυμάτων χαμηλής συχνότητας. δισταγμός. Οι τρόποι κούρασης συμβάλλουν στη δημιουργία μιας πιο σταθερής κατανομής της πυκνότητας ρεύματος κατά μήκος της ακτίνας. Εάν ο χειρισμός του πλάσματος δεν γίνει επαρκώς προσεκτικός, οι τρόποι δακρύρροιας μπορεί να αυξηθούν τόσο πολύ που οι μαγνητικές διαταραχές που προκαλούν τα πεδία καταστρέφουν τους μαγνήτες. επιφάνειες σε όλο τον όγκο του καλωδίου πλάσματος, μαγνητική. η διαμόρφωση καταστρέφεται, η ενέργεια του πλάσματος απελευθερώνεται στα τοιχώματα και το ρεύμα στο πλάσμα σταματά λόγω της ισχυρής ψύξης του (βλ. Σχισμική αστάθεια).
  

  Εκτός από αυτές τις ογκομετρικές ταλαντώσεις, υπάρχουν τρόποι ταλάντωσης που εντοπίζονται στο όριο της στήλης πλάσματος. Αυτοί οι τρόποι είναι πολύ ευαίσθητοι στην κατάσταση του πλάσματος στην ίδια την περιφέρεια, η συμπεριφορά τους περιπλέκεται από ατομικές διεργασίες. Εξωτ. και εσωτερική Οι τρόποι δόνησης μπορούν να επηρεάσουν έντονα τις διαδικασίες μεταφοράς θερμότητας και σωματιδίων, οδηγούν στη δυνατότητα μετάβασης πλάσματος από έναν μαγνητικό τρόπο λειτουργίας. θερμομόνωση σε άλλο και πίσω. Εάν στο πλάσμα Τ. η κατανομή της ταχύτητας των σωματιδίων είναι πολύ διαφορετική από την , τότε προκύπτει η πιθανότητα για ανάπτυξη κινητικής. αστάθειες. Για παράδειγμα, με τη γέννηση ενός μεγάλου αριθμού διαφυγόντων ηλεκτρονίων, τα λεγόμενα αστάθεια ανεμιστήρα, που οδηγεί στον μετασχηματισμό της διαμήκους ενέργειας ηλεκτρονίων σε εγκάρσια ενέργεια. Κινητικός. αστάθειες αναπτύσσονται επίσης παρουσία ιόντων υψηλής ενέργειας που προκύπτουν όταν είναι συμπληρωματικά. θέρμανση του πλάσματος.
  

  Θέρμανση με πλάσμα. Το πλάσμα οποιουδήποτε Τ. θερμαίνεται αυτόματα λόγω της θερμότητας Joule από το ρεύμα που το διαρρέει. Η απελευθέρωση ενέργειας Joule είναι αρκετή για να ληφθεί μια θερμοκρασία πολλών. εκατομμύρια βαθμούς Για τους σκοπούς της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης χρειάζονται θερμοκρασίες >10 8 K, επομένως όλα τα μεγάλα Τ. συμπληρώνονται με ισχυρά συστήματα θέρμανση πλάσματος. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται είτε ηλεκτρικοί μαγνήτες. κύματα αποσυντεθειμένα ή κατευθύνουν γρήγορα σωματίδια στο πλάσμα. Για θέρμανση πλάσματος υψηλής συχνότητας, είναι βολικό να χρησιμοποιείτε συντονισμούς, που αντιστοιχούν σε εσωτερικούς. ταλαντεύομαι διεργασίες στο πλάσμα. Για παράδειγμα, είναι βολικό να θερμαίνεται το συστατικό ιόντων στην περιοχή των αρμονικών συχνοτήτων κυκλοτρονίων ή θεμελιωδών. ιόντα πλάσματος ή ειδικά επιλεγμένα πρόσθετα ιόντα. Τα ηλεκτρόνια θερμαίνονται με συντονισμό κυκλοτρονίων ηλεκτρονίων.
  

  Κατά τη θέρμανση ιόντων με γρήγορα σωματίδια, συνήθως χρησιμοποιούνται ισχυρές δέσμες ουδέτερων ατόμων. Τέτοιες δέσμες δεν αλληλεπιδρούν με τον μαγνητισμό. πεδίο και διεισδύουν βαθιά στο πλάσμα, όπου ιονίζονται και συλλαμβάνονται από τον μαγνητισμό. πεδίο Τ.
  

  Με τη βοήθεια πρόσθετων μεθόδων θέρμανσης, είναι δυνατή η αύξηση της θερμοκρασίας του πλάσματος T. σε >3·10 8 K, κάτι που είναι αρκετά αρκετό για να συμβεί μια ισχυρή θερμοπυρηνική αντίδραση. Στους μελλοντικούς αντιδραστήρες Τ. που θα αναπτυχθούν, η θέρμανση πλάσματος θα πραγματοποιείται από σωματίδια άλφα υψηλής ενέργειας που προκύπτουν από την αντίδραση σύντηξης πυρήνων δευτερίου και τριτίου.
  

  Σταθερό τοκαμάκ. Τυπικά, το ρεύμα ρέει στο πλάσμα μόνο με την παρουσία ενός δινοηλεκτρικού ρεύματος. πεδίο που δημιουργείται με την αύξηση του μαγνητικού πεδίου. ροή στον επαγωγέα. Ο επαγωγικός μηχανισμός για τη διατήρηση του ρεύματος είναι περιορισμένος χρονικά, επομένως ο αντίστοιχος τρόπος περιορισμού του πλάσματος είναι παλμικός. Ωστόσο, η παλμική λειτουργία δεν είναι η μόνη δυνατή θέρμανση του πλάσματος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διατήρηση του ρεύματος εάν, μαζί με την ενέργεια, μεταφερθεί στο πλάσμα μια ώθηση που είναι διαφορετική για διαφορετικά συστατικά του πλάσματος. Η διατήρηση του μη επαγωγικού ρεύματος διευκολύνεται λόγω της δημιουργίας ρεύματος από το ίδιο το πλάσμα κατά τη διαστολή διάχυσής του προς τα τοιχώματα (φαινόμενο bootstrap). Το φαινόμενο bootstrap είχε προβλεφθεί από νεοκλασικούς επιστήμονες. θεωρία και στη συνέχεια επιβεβαιώθηκε πειραματικά. Τα πειράματα δείχνουν ότι το Τ. πλάσμα μπορεί να παραμείνει ακίνητο και το Ch. προσπάθειες για πρακτικά ανάπτυξη του στατικού τρόπου λειτουργίας στοχεύουν στην αύξηση της απόδοσης της τρέχουσας συντήρησης.
  

  Εκτροπέας, έλεγχος ακαθαρσιών. Για τους σκοπούς της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης, απαιτείται πολύ καθαρό πλάσμα που βασίζεται σε ισότοπα υδρογόνου. Για να περιοριστεί η ανάμειξη άλλων ιόντων στο πλάσμα, στην πρώιμη Τ. το πλάσμα περιοριζόταν στο λεγόμενο. l i m i t e r o m (Εικ. 2, ΕΝΑ), δηλαδή ένα διάφραγμα που εμποδίζει το πλάσμα να έρθει σε επαφή με τη μεγάλη επιφάνεια του θαλάμου. Στο σύγχρονο T. χρησιμοποιείται μια πολύ πιο περίπλοκη διαμόρφωση εκτροπέα (Εικ. 2, σι), που δημιουργήθηκε από πηνία πολοειδή μαγνήτη. χωράφια. Αυτά τα πηνία είναι απαραίτητα ακόμη και για πλάσμα με στρογγυλή διατομή: με τη βοήθειά τους δημιουργείται το κατακόρυφο μαγνητικό εξάρτημα. πεδία, άκρες κατά την αλληλεπίδραση με το κύριο. Το ρεύμα πλάσματος δεν επιτρέπει στο πηνίο πλάσματος να πεταχτεί στον τοίχο προς την κατεύθυνση μιας μεγάλης ακτίνας. Στη διαμόρφωση εκτροπέα, οι στροφές του πολοειδή μαγνήτη. τα πεδία τοποθετούνται έτσι ώστε η διατομή του πλάσματος να επιμηκύνεται στην κατακόρυφη κατεύθυνση. Ταυτόχρονα, κλειστό μαγνητικό Οι επιφάνειες διατηρούνται μόνο στο εξωτερικό, οι γραμμές δύναμής του πηγαίνουν μέσα στους θαλάμους εκτροπής, όπου εξουδετερώνονται οι ροές πλάσματος που ρέουν από τον κύριο. Ενταση ΗΧΟΥ. Στους θαλάμους εκτροπέα, είναι δυνατό να μετριαστεί το φορτίο από το πλάσμα στις πλάκες εκτροπέα λόγω της προσθήκης. ψύξη πλάσματος κατά τις ατομικές αλληλεπιδράσεις.
  

  

  Ρύζι. 2. Διατομή πλάσματος με κυκλική διατομή ( ΕΝΑ) και κατακόρυφα επιμήκη για να σχηματίσει μια διαμόρφωση εκτροπέα ( 6): 1-πλάσμα; 2- περιοριστής? 3 - τοίχος θαλάμου. 4 - separatrix; Θάλαμος 5-εκτροπών. 6 - πλάκες εκτροπής.
  

  Αντιδραστήρας Tokamak. Ch. Ο στόχος της έρευνας στις εγκαταστάσεις Τ. είναι να κατακτήσουμε την έννοια του μαγνητικού. Συγκράτηση πλάσματος για πλάσματα αντιδραστήρα σύντηξης. Στο T. είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένα σταθερό πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας με θερμοκρασία και πυκνότητα επαρκή για έναν θερμοπυρηνικό αντιδραστήρα. έχουν καθιερωθεί πρότυπα για τη θερμομόνωση του πλάσματος. Οι μέθοδοι διατήρησης του ρεύματος και ελέγχου του επιπέδου των ακαθαρσιών έχουν κατακτηθεί. Οι εργασίες στο Τ. κινούνται από την καθαρά φυσική φάση. έρευνα στη φάση της δημιουργίας πειραμάτων. .
  

  Λιτ.: Artsimovich L.A., Managed, 2nd ed., M., 1963; Lukyanov S. Yu., Hot plasma και ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη, Μ., 1975; Kadomtsev B.V., Tokamak plasma a σύνθετο φυσικό σύστημα, L., 1992. B. B. Kadomtsev.

  ΣΥΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΚΑΜΑΚ

  Αρχή λειτουργίας, διάγραμμα κυκλώματος tokamak, παράμετροι εγκατάστασης, σταθερότητα του δακτυλιοειδούς καλωδίου πλάσματος, παράμετρος συγκράτησης σι, διάρκεια ζωής ενέργειας.

  Λειτουργική αρχή. Σχηματικό διάγραμμα

  Στο τελευταίο κεφάλαιο, θα ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα χαρακτηριστικά σχεδιασμού και λειτουργίας του tokamak - της πιο περίπλοκης, αλλά ίσως της πιο σημαντικής εγκατάστασης πλάσματος. Με το tokamak εναποτίθενται πλέον ελπίδες για την πρακτική εφαρμογή της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης. Ο θερμοπυρηνικός αντιδραστήρας tokamak ITER που κατασκευάζεται επί του παρόντος από τη διεθνή κοινότητα είναι ένα αποφασιστικό βήμα προς τη δημιουργία θερμοπυρηνικής ενέργειας μέχρι τα μέσα του αιώνα. Tokamak είναι το όνομα της εγκατάστασης CURRENT CAMBER με ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ πηνία που δημιουργήθηκαν σύμφωνα με την πρόταση στα μέσα του περασμένου αιώνα στο Ινστιτούτο Kurchatov (το G μετατράπηκε σε K με τη χαρακτηριστική απαλότητα των συμφώνων στη ρωσική γλώσσα).

  Το tokamak είναι ένας μετασχηματιστής του οποίου η δευτερεύουσα «περιέλιξη» είναι το ρεύμα που δημιουργείται στο πλάσμα. Η μαγνητική θερμομόνωση παρέχεται από ένα ισχυρό σπειροειδές μαγνητικό πεδίο σιιº Bt, το οποίο μαζί με το πολοειδές πεδίο σιqº Bpρεύμα IPδημιουργεί την ελικοειδή διαμόρφωση των γραμμών μαγνητικού πεδίου που είναι απαραίτητη για την καταστολή της σπειροειδούς μετατόπισης του πλάσματος και τη διατήρηση της σταθερότητας του κορδονιού (Εικ. 13.1α). Το αγώγιμο κέλυφος (περίβλημα) που φαίνεται στο Σχ. 13.1 χρησιμεύει επίσης για παθητική σταθεροποίησητο καλώδιο πλάσματος κατά τις βραχυπρόθεσμες διαταραχές του.

  Σχέση μεταξύ πάχους περιβλήματος και χαρακτηριστικού χρόνου διαταραχής t 1/2, το οποίο αποσβένεται από τα ρεύματα Foucault που προκύπτουν στο περίβλημα με μια τέτοια αλλαγή στη μαγνητική ροή, καθορίζεται από το βάθος του στρώματος δέρματος, το οποίο σε πρακτικές μονάδες μπορεί να παρουσιαστεί με τη μορφή μιας πολύ χρήσιμης φόρμουλας: https:/ /pandia.ru/text/79/389/images/image002_55 .gif" width="69" height="25 src="> - ειδική αντίσταση του υλικού του περιβλήματος, που σχετίζεται με την ειδική αντίσταση του χαλκού στους 200C, t 1/2– μισή περίοδος διαταραχής.

  Η παραγωγή και η διατήρηση του ρεύματος στο πλάσμα πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας επαγωγέας, το οποίο, όταν αλλάζει το ρεύμα σε αυτό, δημιουργεί ένα emf στον σπειροειδή άξονα ε = - ρεΝ/dt, όπου Υ είναι η μαγνητική ροή στο εσωτερικό του δακτυλίου πλάσματος με ρεύμα. Για την ηλεκτρική διάσπαση του αερίου που γεμίζει το θάλαμο, απαιτείται μια τιμή σημαντικά μεγαλύτερη από τη διατήρηση του ρεύματος. ε, Επομένως, κατά τη δημιουργία πλάσματος, το ρεύμα στις περιελίξεις του επαγωγέα αλλάζει σημαντικά
  

  θέση:απόλυτη; z-index:59;left:0px;margin-left:251px;margin-top:131px;width:12px;height:39px">

  Β Ζ

  https://pandia.ru/text/79/389/images/image008_21.gif" alt=" Υπογραφή:" align="left hspace=12 alt="πλάτος="407" height="65">!}

  ταχύτερα από ό,τι στη φάση της μακροχρόνιας συντήρησής του. Για να διασφαλιστεί ότι το επαγωγικό πεδίο δεν παραμορφώνει το σπειροειδές πεδίο κατά τη διάσπαση, καθώς και η ελικοειδής μαγνητική διαμόρφωση που είναι απαραίτητη για να περιέχει το πλάσμα, χρησιμοποιούνται μαγνητικοί πυρήνες κατασκευασμένοι από υλικό υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας (μαλακός μαγνητικός σίδηρος), οι οποίοι κλείνουν το μαγνητικό ροή έξω από τον επαγωγέα. Ο επαγωγέας μπορεί να είναι με πυρήνα σιδήρου ή πυρήνα αέρα - χωρίς καθόλου χρήση σιδήρου. Στην τελευταία περίπτωση, εγκαθίστανται πολοειδή πηνία, τα οποία αντισταθμίζουν το πεδίο του επαγωγέα στην περιοχή του πλάσματος. Η ισορροπία του κυκλικού ρεύματος στο διαμήκη (σε σχέση με αυτό) μαγνητικό πεδίο επιτυγχάνεται με την εφαρμογή ενός επιπλέον κατακόρυφου μαγνητικού πεδίου Β Ζ, δημιουργώντας μια δύναμη που κατευθύνεται προς τον άξονα του συστήματος. Πεδίο Β Ζδημιουργήθηκε από την poloidal περιελίξεις ελέγχου(Εικ.9.1β). Το σχήμα 9.2 δείχνει τα κύρια στοιχεία του ηλεκτρομαγνητικού συστήματος tokamak και ένα κυκλόγραμμα της λειτουργίας του. Εκτός από τις υποδεικνυόμενες περιελίξεις, τα tokamaks τοποθετούν επιπλέον πηνία για να εξασφαλίσουν κάθετη ισορροπία πλάσματος και διόρθωση μαγνητικού πεδίου.

  Σταθερότητα δακτυλιοειδούς νήματος πλάσματος

  Η σταθερότητα μιας δακτυλιοειδούς στήλης πλάσματος είναι δυνατή μόνο εάν πληρούται το κριτήριο Kruskal-Shafranov q = (ένα/R )(Bt/Bp ) >1, σε τι χρησιμεύει το ρεύμα πλάσματος; IPδεν πρέπει να υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή. Πράγματι, η σύνδεση μεταξύ πεδίου και ρεύματος

  position:absolute;z-index:5;left:0px;margin-left:216px; margin-top:177px;width:42px;height:41px">position:absolute; z-index:24;left:0px;margin-left:39px;margin-top:99px;width:62px;height:119px">

  
  

  Εικ. 13.2α Ηλεκτρομαγνητικό σύστημα ενός tokamak.

  Οπου , μεγάλοΚαι Εγώεκφραζόμενα αντίστοιχα σε οερστέ, εκατοστά και αμπέρ, στην περίπτωση αξονικής συμμετρίας ( H∙2Πr =0,4ΠΕΓΩ)δίνει για το γήπεδο Η = 0,2ΕΓΩ/r. Αν το τοκαμάκ έχει μεγάλο αναλογία απεικόνισης Α=R/ένα, στη συνέχεια σε μια πρώτη προσέγγιση το πολοειδή πεδίο στο όριο της στήλης πλάσματος Bp» 0.2IP/ένα, Και q =(5Α2/R )(Bp/IP) >1

  Έτσι, υπάρχει περιορισμός στην ποσότητα του ρεύματος στο πλάσμα.

  n. Σε μικρές αξίες nσε ένα πεδίο δίνης E = ε/2ΠR ne0,07 £Π, όπου η πυκνότητα πλάσματος είναι σε [m-3] και η πυκνότητα ρεύματος είναι σε [MA/m2].

  Εικ. 13.2β Κυκλόγραμμα λειτουργίας tokamak (ποιοτικά):JT – ρεύμα στα πηνία της σπειροειδούς ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας,J Και - ρεύμα στην περιέλιξη του επαγωγέα,Jp - ρεύμα πλάσματος, J u. Προς την. ρεύμα στα πηνία ελέγχου (αυξάνεται με την αύξησηΤ πλάσμα αίματος).

  Άλλοι περιορισμοί σχετίζονται με την πυκνότητα του πλάσματος n. Σε μικρές αξίες nσε ένα πεδίο δίνης E = ε/2ΠR Τα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταβούν σε λειτουργία επιτάχυνσης ("πήγαινε στο σφύριγμα"). Η κρίσιμη συγκέντρωση στο πλάσμα για ένα τέτοιο σχήμα καθορίζεται από το κριτήριο Razumova ne0,07 £Π, όπου η πυκνότητα πλάσματος είναι σε [m-3] και η πυκνότητα ρεύματος σε [MA/m2]. Δηλαδή, το όριο του ρεύματος πλάσματος εξαρτάται γραμμικά από τη συγκέντρωσή του IP ³ ( Πka 2/0,07)ne. Ασύλληπτος nυπάρχει και όριο πυκνότητας nMH£2Bt/qR(όριο Murakami-Hughell), που σχετίζεται με την ισορροπία ισχύος στο περιφερειακό πλάσμα. Σε υψηλές πυκνότητες, όταν οι απώλειες πλάσματος λόγω ακτινοβολίας και θερμικής αγωγιμότητας αρχίζουν να υπερβαίνουν την ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτό λόγω του ρεύματος που ρέει μέσω του πλάσματος, συμβαίνει συστολή (συμπίεση) του καλωδίου πλάσματος.

  Είναι βολικό να απεικονίσετε οπτικά την περιοχή των τρόπων λειτουργίας tokamak με το λεγόμενο διάγραμμα Hugell-Murakami (Εικ. 13.3). Σε αυτό, αντί για πυκνότητα, σχεδιάζεται μια τιμή ανάλογη με αυτήν κατά μήκος του άξονα της τετμημένης για ένα tokamak με δεδομένη μεγάλη ακτίνα πλάσματος και την τιμή του σπειροειδούς πεδίου M = (R/Bt)n(αριθμός Μουρακάμι). Η περιοχή 1-2 αντιστοιχεί στο όριο Razumova που σχετίζεται με τα διαφυγόντα ηλεκτρόνια, η περιοχή 2-3 προσδιορίζεται από τη σταθερότητα MHD σύμφωνα με το κριτήριο Kruskal-Shafranov,

  Εικ. 13.3 Διάγραμμα Hugell-Murakami σταθερών τρόπων tokamak.

  Η περιοχή 3-4 είναι το όριο πυκνότητας Μουρακάμι. Η απελευθέρωση ενέργειας στο πλάσμα όταν ρέει ρεύμα σε αυτό είναι ανάλογη με QOHµ IP 2και απώλειες ακτινοβολίας Qrµ ν 2μι. Από την (13.1) προκύπτει ότι QOHµ [ (Bt/R)q]2 και η αναλογία Qr/QOHµ ν 2 (R/Bt)2q 2º H 2. Αριθμός Hονομάζεται αριθμός Hugell, ενώ διατηρείται η αναλογικότητα μεταξύ της απελευθέρωσης ενέργειας και της ακτινοβολίας ( H=μειονεκτήματα t) q -1ανάλογο με τον αριθμό Μουρακάμι Μ. Η ενότητα 4-1 του διαγράμματος αντικατοπτρίζει αυτή την αναλογικότητα.

  Κατά τη θέρμανση του πλάσματος, προκύπτουν προβλήματα που σχετίζονται με την ισορροπία MHD της στήλης πλάσματος στο tokamak. Από την κατάσταση της ισορροπίας του πλάσματος στην προσέγγιση MHD, η συνολική πίεση του πλάσματος και του μαγνητικού πεδίου στη στήλη πρέπει να εξισορροπηθεί από την πίεση του μαγνητικού πεδίου έξω από τη στήλη πλάσματος. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η πίεση του πλάσματος < P>=nkTμεγαλώνει και, κατά συνέπεια, μεγαλώνει η δύναμη FRpl, απαραίτητο για να κρατηθεί στη θέση του αυτό το «μπαλόνι» πλάσματος που φουσκώνει υπό εσωτερική πίεση. Χονδρικά αυτή η δύναμη μπορεί να εκτιμηθεί από το έργο του «τεντώματος του μπαλονιού» W» < P >2ΠRΠΑ2, FRpl = -dW/dR = =2p2Α2< P>. Κατά συνέπεια, με την αύξηση της πίεσης του πλάσματος, είναι απαραίτητο να αυξηθεί ο περιορισμός του πλάσματος στην ακτίνα Rκατακόρυφο πεδίο Β Ζ. Ας δούμε τι συμβαίνει στο συνολικό πολοειδές πεδίο, το οποίο αποτελείται από το τρέχον πεδίο και το εξωτερικό κατακόρυφο πεδίο Β Ζ. Ας υποθέσουμε ότι το πεδίο Β Ζομοιογενής σε R, τότε για να διασφαλιστεί η ισορροπία πρέπει να συμπίπτει με το τρέχον πεδίο στην εξωτερική του πλευρά, ενισχύοντας αυτό το πεδίο. Στο εσωτερικό υπάρχει χωράφι Β Ζεξασθενεί το τρέχον πεδίο και, με την αύξηση της πίεσης του πλάσματος, είναι δυνατή μια κατάσταση όταν, σε κάποια απόσταση από το κέντρο του tokamak, αντισταθμίζει το τελευταίο με το σχηματισμό του λεγόμενου x – σημεία. Τα καλώδια ρεύματος έξω από αυτό είναι ανοιχτά. Με αυξανόμενη πίεση και, κατά συνέπεια, το πεδίο που απαιτείται για να περιέχει το πλάσμα Β Ζ Χ-το σημείο πλησιάζει το νήμα του πλάσματος και πότε σιq =< p >>(Β 2q/8p )=R/ένατο αγγίζει, γεγονός που του επιτρέπει να «ρέει» ελεύθερα από την εγκατάσταση.

  Πότε δηλαδή σιq< R/ένα (13.2)

  η διατήρηση δεν είναι δυνατή.

  σι q = - Βζ

  θέση:απόλυτη; z-index:29;left:0px;margin-left:159px;margin-top:41px;width:50px;height:32px">

  + Β Ζ

  font-size:10.0pt">Εικ. 13.4 Υπέρθεση του τρέχοντος πεδίου και του κατακόρυφου πεδίου, που οδηγεί στην εμφάνισηΧ- σημεία.

  Επιλογή αναμονήςσι.

  Ο περιορισμός στο poloidal beta οδηγεί επίσης σε περιορισμούς στην πλήρη τιμή αυτής της παραμέτρου στο tokamak. Πλήρης σιβρίσκεται από την πρόσθεση των διανυσμάτων του δακτυλιοειδούς και πολοειδούς πεδίου και ισούται με

  Έκφραση του δακτυλιοειδούς πεδίου ως προς το πολοειδή πεδίο και το περιθώριο ευστάθειας q =(ένα/R )(Bt/σιιζ)παίρνουμε

  Λαμβάνοντας υπόψη την (13.2) τελικά έχουμε:

  Επειδή ΕΝΑΚαι qμεγαλύτερο από ένα, τότε η τιμή σιπεριορίζεται από πάνω, για παράδειγμα, όταν ΕΝΑ= 3 και q=2, που αντιστοιχεί περίπου στις τιμές που λαμβάνονται στους σχεδιασμούς ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα με βάση το tokamak, σύμφωνα με το (13.3) σιΜέγιστη» 0,08.

  Θεωρήσαμε ένα tokamak με κυκλική διατομή πλάσματος, ωστόσο, στον σχεδιασμό του αντιδραστήρα ITER, η διατομή πλάσματος επιμηκύνεται κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα (Εικ. 13.5). Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για αυτό. Το πρώτο, σε σπειροειδή ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ρε-με το ίδιο μήκος περιέλιξης και, κατά συνέπεια, τροφοδοσία, είναι δυνατή η αποθήκευση πολύ μεγαλύτερης ενέργειας μαγνητικού πεδίου, επιπλέον, μια τέτοια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα μπορεί να αντέξει σημαντικά μεγαλύτερα μηχανικά φορτία που προκύπτουν σε ισχυρά μαγνητικά πεδία από μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα με στρογγυλά πηνία. Αρκεί να αναφέρουμε ότι με πεδίο 0,5 Tesla, η εσωτερική πίεση από το πεδίο στα πηνία είναι μια υπερβάλλουσα ατμόσφαιρα. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η μαγνητική πίεση εξαρτάται τετραγωνικά από το πεδίο, για ένα πεδίο 5 Τ, που είναι απαραίτητο για τον αντιδραστήρα, λαμβάνουμε πίεση 100 φορές μεγαλύτερη. Η δύναμη που ενεργεί ανά μονάδα μήκους ενός αγωγού είναι, σε ένα πρακτικό σύστημα μονάδων, ίση με:

  https://pandia.ru/text/79/389/images/image043_4.gif" width="184" height="45 src=">

  Λόγω του γεγονότος ότι το πεδίο σε μια σπειροειδή ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα αυξάνεται προς το κέντρο μ 1/ Bt, διαφορετικά μέρη του πηνίου υπόκεινται σε διαφορετικές δυνάμεις, δημιουργώντας μια ροπή κάμψης σε σχέση με το σημείο στήριξης του πηνίου. Η συνολική δύναμη που ασκείται στο πηνίο (βλ. Εικ. 13.5) κατευθύνεται προς το κέντρο, είναι εύκολο να υπολογιστεί από την ποσότητα που είναι αποθηκευμένη στον όγκο Vσυνολική ενέργεια W μάγοςμαγνητικό πεδίο: FR = -dW mag/dR » - (Β 02/8Π)V» (Β 02/8σελ) 4p2Α2. (Το πηνίο μιας σπειροειδούς ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας μπορεί να θεωρηθεί ως μια λεπτή στεφάνη που πιέζεται πάνω σε ένα εσωτερικό στήριγμα.) Άρα, η εκπλήρωση της προϋπόθεσης grc =συνθ, Οπου r– μεταβλητή ακτίνα καμπυλότητας του πηνίου, σας επιτρέπει να δημιουργήσετε το λεγόμενο πηνίο χωρίς ροπή, που αυξάνει δραματικά τις ιδιότητες αντοχής του. Ταυτόχρονα η συνθήκη g (R,z)rc(R,z )=συνθκαθορίζει το σχήμα ενός τέτοιου πηνίου, το οποίο έχει ρε- εικονιστική εμφάνιση.

  Χρόνος ζωής ενέργειας

  Εκτός όμως από τις «μηχανικές», η επιμήκης διατομή πλάσματος κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα έχει σημαντικά φυσικά πλεονεκτήματα για την αύξηση των παραμέτρων του περιορισμένου πλάσματος. Με αυξανόμενη επιμήκυνση k =σι/ένα(βλ. Εικ. 13.5) στην ίδια μεγάλη ακτίνα, το ρεύμα πλάσματος και ο χρόνος περιορισμού του αυξάνονται. https://pandia.ru/text/79/389/images/image046_4.jpg" align="left" width="225" height="263 src=">Περιθώριο σταθερότητας για

  μη κυκλικό πλάσμα q (κ)» q (1+k 2)/2, το οποίο, σύμφωνα με το (13.1), με το ίδιο περιθώριο σταθερότητας μας επιτρέπει να λάβουμε μεγάλες τιμές IP. Νόμος κλιμάκωσης ή ομοιότητας, που προκύπτει από μετρήσεις σε πολλές εγκαταστάσεις, για τη διάρκεια ζωής της ενέργειας tμιδίνει την ακόλουθη εξάρτηση από το ρεύμα και την επιμήκυνση του πλάσματος tμιµ IP 0.9κ 0,8. Έτσι, η αύξηση κλαμβάνω υπ'όψιν q (κ)οδηγεί σε σημαντική αύξηση tμι.

  Το πόσο θα αυξηθεί η τιμή του βήτα κατά τη μετάβαση σε ένα επιμήκη τμήμα μπορεί να εκτιμηθεί αν R/ένααντικαταστάθηκε από 2 ΠR/μεγάλο, Οπου μεγάλοείναι το μήκος της περιμέτρου του επιμήκους τμήματος πλάσματος, το οποίο είναι περίπου ( 1+ κ )/2φορές το μήκος ενός κύκλου με ακτίνα ένα.