Принцип на експлоатация Токамак. Какво е Токамак? Термоядният реактор ще отвори нова ера в човечеството

Токамак (тороидална камера с магнитни намотки) - тороидална инсталация за магнитно задържане на плазмата. Плазмата не се държи от стените на камерата, които не могат да издържат на температурата си, но специално създадено магнитно поле. Характерата на Tokamak е използването на електрически ток, който тече през плазма за създаване на полоидско поле, необходимо за плазменото равновесие. Той се различава от звездатора, в който се създава тороидалното и полиидното поле магнитни бобини.

История

Терминът "Токамак" е въведен от руски физици Игор Евгенивич Таммм и Андрей Дмитриевич Сахаров в 50-те години като намаляване на фразата "тороидална камера с магнитни намотки". Първият токамак е проектиран под ръководството на академик Л. А. Арзимович в Атомния енергиен институт. I. В. Курчатов в Москва и демонстрира през 1968 г. в Новосибирск.

Понастоящем Tokamak се счита за най-обещаващото устройство за извършване на контролиран термоядрен синтез.

Устройство

Токамак е тороидална вакуумна камера, върху която се навиват намотки за създаване (тороидално) магнитно поле. От вакуумната камера първо изпомпва въздух и след това я напълнете със смес от деутерий и тритий. След това, с помощта на индуктор, в камерата се създава електрическо поле Vortex. Индукторът е основната намотка на голям трансформатор, в който камерата на токамак е вторична намотка. Електрическото поле предизвиква текущия поток и запалване в плазмената камера.

Текущата течаща през плазмата изпълнява две задачи:

Загрява плазмата точно както всеки друг проводник (омично отопление) ще се нагрява.
- Създава магнитно поле около себе си. Това магнитно поле се нарича полиидално (т.е. насочено по линиите, преминаващи през полюсите на сферичната координатна система).

Магнитното поле притиска тока, която тече през плазмата. В резултат на това се образува конфигурация, в която винтовите магнитни линии "обвиват" плазмения кабел. В същото време, стъпката по време на въртене в тороидалната посока не съвпада с стъпка в полоидната посока. Магнитните линии са откъснати, те безкрайно се усукваха много пъти около тора, образувайки t. N. "Магнитни повърхности" на тороидалната форма.

Наличието на полоидско поле е необходимо за стабилно плазмено задържане в такава система. Тъй като е създаден чрез увеличаване на тока в индуктор и не може да бъде безкраен, времето на стабилното съществуване на плазмата в класическия токамак е ограничено. За да се преодолеят това ограничение, се разработват допълнителни начини за поддържане на ток. За да направите това, може да се използва инжектиране в плазмата на ускорените неутрални деутерий или тритий атоми или микровълново лъчение.

В допълнение към тороидалните намотки за контролиране на плазмения кабел, са необходими допълнителни намотки на полеидното поле. Те са пръстеновидни намотки, около вертикалната ос на токамакската камера.

Почти отопление поради течението не е достатъчно, за да се загрее плазмата към температурата, необходима за прилагането на термо ядрена реакция. За допълнително отопление, микровълновата радиация се използва от t. N. Резонансни честоти (например съвпадащи с циклотронна честота или електрони, или йони) или инжектиране на бързи неутрални атоми.

Контролиран термоядрен синтез

Слънце - естествен термоядрен реактор

Контролиран термоядрен синтез (TTS) - синтез на по-тежки атомни ядра от по-белите дробове, за да се получи енергия, която се управлява, за разлика от експлозивния термоядрен синтез (използван в термоядрени оръжия). Контролираният термоядрен синтез се различава от традиционната ядрена енергия във факта, че последният използва реакцията на разпадане, по време на която се получават повече леки ядки от тежки ядра. В основните ядрени реакции, които се планират да бъдат използвани за извършване на управляван термоядрен синтез, ще бъдат приложени деутерий (2Н) и тритий (ЗН) и в по-далечна гледна точка на хелий-3 (3Не).

Съдбата на термоядрения синтез

Идеята за създаване на термоядрен реактор произхожда през 50-те години. Тогава беше решено да го откаже, защото учените не са в състояние да разрешат много технически проблеми. Няколко десетилетия са минали преди учения да "принуди" реактора да произвежда термалидна енергия.

Схема на международния термоядрен реактор (ITER)

Решението за проектиране на международния термоядрен реактор (ITER) е взето в Женева през 1985 г. Проектът включва USSR, Япония, САЩ, Обединена Европа и Канада. След 1991 г. Казахстан се присъедини към участниците. В продължение на 10 години много елементи на бъдещия реактор успяха да бъдат направени във военни промишлени предприятия на развитите страни. Например, в Япония разработи уникална робот система, способна да работи вътре в реактора. Русия създаде опция за виртуална инсталация.

През 1998 г. Съединените щати по политически причини преустановяват финансирането на участието си в проекта. След като републиканците дойдоха на власт в страната, и в Калифорния започнаха прекъсвания на властта, администрацията на Буш обяви увеличение на инвестициите в енергийния сектор. Участва в американския международен проект не е намерен и ангажиран в собствения си термоядрен проект. В началото на 2002 г. съветникът на президента Буш за технологии, Джон Марбургер III, заяви, че Съединените щати са се променили и възнамеряват да се върнат в проекта.

Проектът по отношение на броя на участниците се сравняват с другия голям международен научен проект - International космическа станция. Цената на ITER, която преди това достигна 8 млрд. Долара, възлиза на по-малко от 4 милиарда. В резултат на изхода на участниците на САЩ беше решено да се намали капацитетът на реактора с 1.5 GW до 500 MW. Съответно "загубена тежест" и цената на проекта.

През юни 2002 г. в руската столица се проведе симпозиумът на ITER в Москва. Той обсъжда теоретични, практически и организационни проблеми на възраждането на проекта, късметът на който е в състояние да промени съдбата на човечеството и да го даде новия вид Енергия, по отношение на ефективността и ефективността, сравнима само с енергията на Слънцето.

Ако участниците са съгласни с строителната площадка и началото на нейното строителство, тогава, според прогнозата на академик Великов, до 2010 г. ще бъде получена първата плазма. Тогава ще бъде възможно изграждането на изграждането на първата термоядрена електроцентрала, която с благоприятно съвпадение може да даде първия ток през 2030 година.

През декември 2003 г. учените, участващи в проекта ITER, се събрали във Вашингтон, за да определят мястото на бъдещото си строителство. Информационната агенция Frpspress отговори с позоваване на един от участниците в срещата, че решението е извършено за 2004 г. Следващите преговори по този проект ще се проведат през май 2004 г. във Виена. Реакторът ще започне да създава през 2006 г. и планира да започне през 2014 година.

Принцип на работа

Thermonuclear синтез е евтин и екологичен начин за минна енергия. На слънцето вече има неуправляван термоядрен синтез в слънцето - гелиумът се образува от тежки изотопен водород. Това отличава колосално количество енергия. Въпреки това, на земята, хората все още не са се научили да управляват такива реакции.

Плазма в термоядрения реактор

Водородните изотопи ще бъдат използвани като гориво в реактора ITER. По време на термонуклеалната реакция, енергията се освобождава при свързване на леки атоми в по-тежък. За да се постигне това, е необходимо да се затопли газ до температура от над 100 милиона градуса - много по-високи температури в центъра на Слънцето. Газ при такава температура се превръща в плазма. Атомните атоми на водород се отстраняват, превръщайки се в хелий атоми с освобождаване на голям брой неутрони. Електроцентралата, работеща в този принцип, ще използва неутронна енергия, забави слоя с плътно вещество (литий)

Изграждането на станцията ще отнеме най-малко 10 години и 5 милиарда долара. За престижното право да бъдеш родното място на енергийния гигант, Франция и Япония се конкурират.

Място на сграда

Канада, Япония, Испания и Франция направиха реактор с предложения.

Канада потвърждава необходимостта от реактора на нейната територия от факта, че в тази страна има значителни запаси от тритий, което е заминаването на ядрената енергия. Конструкцията на термоядрения реактор ще им позволи да ги изхвърлят.

В Япония, според агенцията "Киод Цучин", три префектури проведоха отчаяна борба за правото да се изгради реактор. В същото време жителите на северния остров Хокайдо се противопоставят на изграждането му на земята си.

През ноември тази година Европейският съюз препоръчва френски град Kadarash като бъдещо място на строителство. Въпреки това, как ще стане гласуването, трудно е да се предскаже. Очаква се експерти да вземат решение въз основа на чисто обективно научни фактиПолитическият фон обаче може да повлияе на гласуването. Съединените щати вече са говорили срещу строителството на реактора на Франция, като припомнят поведението си по време на конфликта в Ирак.

"Ние имаме съществуваща научна и техническа структура, компетентност и опит, което е гарант за точността на крайните срокове", каза министърът на научните изследвания на Франция.

Япония също има редица предимства - Roccaso Moore се намира в непосредствена близост до пристанището и до американската военна база. Освен това японците са готови да инвестират много повече пари в проекта, отколкото Франция. "Ако Япония е избрана, ние ще обхванем всички необходими разходи", каза министърът на науката и образованието на Япония.

Представител на правителството на Франция пред репортери, че е имал "много интензивни преговори за това високо ниво" Въпреки това, според някои данни, всички страни, различни от Европейския съюз, са за предпочитане пред Япония, отколкото Франция.

Безопасност на околната среда

Новата инсталация, според учените, е екологично чист, вместо да работи днес ядрени реактори. Хелий се оформя като отработено гориво в инсталирането на ITER, а не неговите изотопи, които трябва да се съхраняват в специални съоръжения за съхранение десетки години.

Учените смятат, че запасите от горива за такива електроцентрали са практически неизчерпаем - деутерий и тритий се добиват лесно от морска вода. Килограм от тези изотопи може да разпредели толкова енергия като 10 милиона кг органично гориво.

Токамак (тороидална камера с магнитни намотки) - тороидална инсталация за магнитно задържане на плазмата, за да се постигнат условията, необходими за потока на контролиран термоядрен синтез. Плазмата в токамак не се държи от стените на камерата, които могат да издържат на температурата си само до определен лимит, но специално създадено магнитно поле. В сравнение с други инсталации, които използват магнитно поле за задържане на плазмата, характеристика на токамака е използването на електрически ток, който преминава през плазмата, за да се създаде полоидско поле, необходимо за компресиране, загряване и задържане на плазменото равновесие. Това, по-специално, се различава от звездатора, което е една от алтернативните схеми за приспадане, в която и тороидалните и полиидните полета се създават с магнитни намотки. Но тъй като плазмената нишка е пример за нестабилно равновесие, проектът Tokamak все още не е реализиран и е на етапа на изключително скъпите експерименти върху усложнението на инсталацията.

Трябва също да се отбележи, че за разлика от реакторите на разделителния тип (всеки от които първоначално е бил разработен и е разработен отделно в своите страни), Токамак в момента е съвместно разработен в рамките на международните научен проект ITER.

Магнитно поле на Токамак и поток.

История

Пощенски печат на СССР, 1987.

Предложение за използване на управляван термоядрен синтез за промишлени цели и специфична схема, използваща топлоизолация на високотемпературна плазма електрическо поле Първоначално е формулиран от съветския физик О. А. Лаврентие в средата на 1950 година. Тази работа служи като катализатор за съветските изследвания за проблема с контролиран термоядрен синтез. А. D. Sakharov и I. E. Tamm през 1951 г. предложи да се модифицира схемата, която предлага теоретичната основа на термоядрения реактор, където плазмата ще има формата на торуса и да запази магнитното поле.

Терминът "Токамак" е изобретен по-късно от Игор Николаевич Головин, студент на академик Курчатов. Първоначално той звучеше като "токамаг" - намаляване от думите "тороидална камера магнитна", но N. A. Yavlinsky, автор на първата тороидална система, предложи да се замени "Маг" на "Мак" за Promess. По-късно това име беше взето назаем от много езици.

Първият токамак е построен през 1955 г. и за дълго време Токамаки съществуваше само в СССР. Едва след 1968 г., когато T-3 Tokamak, построен в Института за атомна енергия. И. В. Курчатова под ръководството на академик Л. А. Арзимович, плазмената температура беше достигната 10 милиона градуса, а английските учени с тяхното оборудване потвърдиха този факт, в който първоначално отказал да вярва в света, започна истинският бум на Токамаков. От 1973 г., изследователската програма за плазмената физика на Токамаков се оглавява от Кадомцев Борис Борисович.

Понастоящем Tokamak се счита за най-обещаващото устройство за извършване на контролиран термоядрен синтез.

Устройство

Токамакът е тороидална вакуумна камера, кои намотки са навити за създаване на тороидално магнитно поле. От вакуумната камера първо изпомпва въздух и след това я напълнете със смес от деутерий и тритий. След това с помощта на индуктор в камерата създава електрическо поле Vortex. Индукторът е основната намотка на голям трансформатор, в който камерата на токамак е вторична намотка. Електрическото поле предизвиква текущия поток и запалване в плазмената камера.

Текущата течаща през плазмата изпълнява две задачи:

загрява плазмата точно както всеки друг проводник (омично отопление) ще се нагрява;

създава магнитно поле около себе си. Това магнитно поле се нарича poloidal (т.е. насочва по линиите, преминаващи през полюсите на сферичната координатна система).

Магнитното поле притиска тока, която тече през плазмата. В резултат на това се образува конфигурация, в която винтовите магнитни линии "обвиват" плазмения кабел. В същото време, стъпката по време на въртене в тороидалната посока не съвпада с стъпка в полоидната посока. Магнитните линии са отворени, те безкрайно се усукват около тора, образувайки така наречените "магнитни повърхности" на тороидалната форма.

Наличието на полоидско поле е необходимо за стабилно плазмено задържане в такава система. Тъй като е създаден чрез увеличаване на тока в индуктор и не може да бъде безкраен, времето на стабилното съществуване на плазмата в класическия токамак е ограничено. За да се преодолеят това ограничение, се разработват допълнителни начини за поддържане на ток. За да направите това, може да се използва инжектиране в плазмата на ускорените неутрални деутерий или тритий атоми или микровълново лъчение.

В допълнение към тороидалните намотки за контролиране на плазмения кабел, са необходими допълнителни намотки на полеидното поле. Те са пръстеновидни намотки около вертикалната ос на камерата Tokamak.

Почти отопление поради течението не е достатъчно, за да се загрее плазмата към температурата, необходима за прилагането на термоядрената реакция. За допълнително отопление, микровълновата радиация се използва върху така наречените резонансни честоти (например съвпадащи с циклотронната честота или електрона, или йони) или инжектиране на бързи неутрални атоми.

Токамаки и техните характеристики

Общо в света са построени около 300 токамаки. По-долу са най-големият от тях.

СССР и Русия

T-3 е първият функционален апарат.

T-4 - увеличена версия T-3

T-7 е уникална инсталация, в която за първи път в света е относително голяма магнитна система с суперпроводящ соленоид въз основа на ниобата на калай, охладен от течен хелий. Основната задача на Т-7 е завършена: приготвена е перспектива за следващото поколение свръхпроводящи соленоиди на термоядрена енергия.

T-10 и PLT - следващата стъпка в световните термоядрени проучвания, те са почти със същия размер, равен на мощността, със същия фактор за откриване. Получените резултати са идентични: температурата на термоядрения синтеза е постигната както върху реакторите, а закъснението съгласно критерия Louuson е 200 пъти.

T-15 - дневен реактор със свръхпроводящ соленоид, даващо индукционно поле от 3.6 t.

Китай

Изток - разположен в Хефей, провинция Анхуей. Токамакът надхвърли критерия Louuson по отношение на запалването, коефициентът на енергийния модул е \u200b\u200b1.25

Оригиналът е взет от W. tnerengy. Към физиката на токамаците на пръстите

Изглежда, че е време да се направи някакъв Либес на физиката на Токамаков и физиците, очевидно. Идеята за провеждане на контролирано термоядрена горене с магнитно задържане чукаше 60 години и много чудо "и къде се възстановява възстановяването?", "Къде е обещаният източник на чиста и евтина енергия?". Време е да видим какви са извиненията от физиците. Няма да докосвам други инсталации в тази статия, с изключение на Токамаков, но разглеждаме проблемите на отоплението, запазването на плазмата, нейната нестабилност, проблема с тритий, перспективи и дори някъде историята на въпроса.

Ликбе

Ако вземете 2 неутрони и 2 протони и направете много енергия от тях от тях. Простомного енергия - от всеки килограм от галагел хелий - еквивалентен на изгаряне 10 000 000 Phalzine килограм. С такава промяна в мащаба на енергийното съдържание, нашата интуиция ще напусне и трябва да бъде запомнена, когато изобретявате версията на термоядрената инсталация.

Между другото, на слънце друг Термоядрена реакция, не е рафинирана на земята.

Най-лесният начин да получите тази енергия е да се извърши реакция на ядрена синтез (или синтез) D + T -\u003e HE4 + N + 17.6 MEV. За съжаление - за разлика от химична реакцияв тестовата тръба не отива. Но тя върви добре, ако смес от тритий и деутерий топлина до 100 милиона Степен. В същото време атомите започват да летят толкова бързо, че когато инерцията се събладава, зоната на кулоба е разпръсната и обединена в ценното хелий. Енергията се откроява във формата, така да се каже, фрагменти - много бърз неутрон, 80% принадлежност Енергия и малко по-малко от бързото ядро \u200b\u200bна хелий (алфа частици). Разбира се, с "работещата" температура, цялото вещество - плазмена, т.е. Атомите съществуват отделно от електроните. Всеки празен електрон ще бъде загубен при първия сблъсък толкова енергично движещ се вещества.

На това място всеки самоувалващ популяризатор вмъква тази снимка.

Скоростта на реакцията (и съответно освобождаване на енергия) зависи от двата параметъра - температури, тя трябва да бъде не по-малко ~ 50 милиона S и по-добри 100-150и плазмена плътност. Ясно е, че в плътна плазма вероятността за сблъсък на атоми от деутарий и тритий е по-висока, отколкото в разрежданите.

Основният проблем с такава "реакционна смес" се охлажда при брутално темпо. Така че брутирането, че един от първите проблеми е просто да я нагрява най-малко 1 микросекунда до ценни 100 милиона. Вие приемате 10 милиграма на водородната плазма, нанесете захранващата енергия към нея в 10 мегавата ... и тя не се загрява.

Отопление и плазмена чистота

Корейски Kstar Tokamak в работата. Най-студените и мръсни части на плазмата са блестящи.

В чиста плазма, чрез нагряване чрез отопление с радиочестотна радиация, инжектирането на бързи неутрални частици до края на 70-те години успя да достигне 100 милиона градуса. Но ако искаме да получим настройка, която дава електричество и не я излъчва в три гърла, ние се нуждаем, че термонуклейската реакция ще подчертае достатъчно енергия, за да се затопли. Общо казано, термоядното изгаряне, може да работи с отлично отопление, дори външното отопление няма да се нуждае от този режим, наречензапалителна плазма. Проблемът е, че само изтичанемалко по-голямо количеството топлина, отколкото очаквахме, нашата термонуклейна реакция е незабавно изключена и всичко отново става студено. Но за контрол можем да използваме много малък дял от топлинни системи - в обещаващи реактори, те искат да постигнат режими с 1/50 обща мощност и в ITER - 1/10 . Коефициентът на съотношението на топлинното разсейване от термоядрената реакция към инвестираната топлина е посочено с писмото Q..

Обратно от живота на плазмата: когато се разпада на стабилизацията, виждаме как да докосват стените и охлаждащата плазма бързо губи топлина.

Какво ви трябва, каква би била плазмата да даде много термоядрена топлина? Както казах по-горе - достатъчна плътност, а именно 10 ^ 20-10 ^ 21 частици кубичен сантиметър. В този случай силата на енергийното освобождаване ще се окаже няколко (до 10) мегават на плазмения кубичен метър. Но ако увеличим плазмената плътност, тогава ние растат налягането му - за нашата цел в плътност и температура ще бъде ~ 5 атмосфера. Предизвикателството да се запази такава плазма от разделянето и топенето на инсталацията (и в същото време пряк пренос на топлина по стените - ние се борим за всеки джаул!) - TERTIA и основният проблем.

Силата на освобождаването на енергия (Megawat на кубичен метър) при различни плътности и температури.

Магнитно задържане (конфигумент).

На нашето щастие на плазмата взаимодейства с магнитното поле - по силите си се движи и накрая е практически не. Ако създадете такова магнитно поле, в което няма дупки, тогава плазмата ще обикаля в нея завинаги. Е, да, докато не се охлади, но имаме 100 милисекунди!

Най-простата конфигурация на такова поле е тор с барабани, нанизани върху него, в която плазмата се движи в кръг. Това беше тази конфигурация, измислена от Сахаров и Тум през 1951 г. и наречена " токамак-, т.е. черодал ка.мярка S. ма.нощ да сеatushi. Да създадете така наречените. Ротационното преобразуване (при движение в кръга на плазмата трябва да се върти около оста на движението, необходимо е, за да не се разделят с такси) в плазмата е необходимо да се донесе пръстен, добре да се направи лесно, защото Плазменият торос може да се счита за завой на трансформатора и е достатъчно да се промени текущата в "първичната" намотка, която би била желаният ток. Така индукторът или централният соленоид се добавят към тороидалните намотки. Полоидните намотки са отговорни за допълнителното усукване на тороидално поле и контрол и затова получаваме окончателна версия на магнитното поле, което държи плазмата. В допълнение, магнитното поле не позволява плазмата през торуса, която създава силна температурна разлика от центъра до ръбовете. Това състояние се нарича магнитен конфигус.

Приблизително ще видите теоретиите на ITER.

Мога ли да построя термоядрена електроцентрала? Не точно ....

Както си спомняме, плазменото налягане е 5 атмосфера. Ясно е, че налягането на магнитното поле трябва да бъде не по-малко. Обаче се оказва, че със сравними стойности на плазмата, изключително нестабилна - започва да се променя формата рязко, вратовръзка в възли и излъчва по стените. Има съотношение на плазменото налягане до налягането на магнитното поле, обозначено с писмотоβ . Оказва се, че по-малко режимите на работа започват β \u003d 0.05-0.07, т.е. Налягането на магнитното поле трябва да бъде 15-20 пъти по-високо от плазменото налягане. Когато в края на 70-те години стана ясно, че това съотношение няма да преодолее по никакъв начин, не мисля, че никой физик-а-термичен ученик произнесе нещо като "плазма, безсърдечност, която сте кучка". Именно това трябва да повиши полетата 15-20 пъти и да постави кръста на идеята "термоядрен реактор във всяка къща." Уважаеми, съчетайте термоядния реактор, горещите мечки.

Модел на плазмен ход в Токамак. Плазмата е силно бурна (смутена) и тя й помага да се охлади и нестабилно да се държи.

Нестабилност

Какво означава това увеличаване на 15-20 пъти полето В сравнение с 50 пъти мечти? Е, преди всичко е просто невъзможно. Първоначално токамакът беше видян с полето 1.5-2 Tesla. (и съответното плазмено налягане в 10-15 атмосфери) и β \u003d 1 и в действителност за задържане на такава плазма би било необходимо 30-40 Tesla. . Такива полета не са постижими през 60-те години и днес рекорд Стационарно поле - 33 Tesla. в обем с чаша. Техническият лимит е положен в ITER: в плазмения обем - 5-6 тона на ръба - 8-9 Т., съответно, налягането и плазмената плътност в реалната обстановка са по-малко, отколкото в този, който се смята за 50х. И ако по-малко, тогава всичко е много по-лошо. И след нагряване, плазмата се охлажда по-бързо и ... добре, разбирахте.

Въпреки това, с топлинни изтичания, е възможно да се справим с много примитивен метод - за увеличаване на размера на реактора. В този случай обемът на плазмата нараства като куб, а плазмената повърхност, през която е изтичана енергията - като квадрат. Оказва се линейно подобрение в топлоизолацията. Ето защо, ако първият токамак в света имаше диаметър 80 см, и ITER има диаметър ~ 16 метра и обем от 10 000 пъти повече. И това все още не е достатъчно за индустриалния реактор.

Токококоператорите са съгласни с "малко".

Най-общо казано, термоядрената плазма е изключително груба субстанция, в която постоянно възниква някакъв "живот", някои вибрации и колебания, които обикновено не са знаели нищо добро. Въпреки това, в 82, нестабилност са били случайно открити, което доведе до остър (2 пъти!) Топлинното изтичане от тора. Този режим е наречен H-режим и сега е широко използван от всички токамаки. Между другото, един и същ ток на пръстена, който се създава в плазмата, за да я държи в тороидално поле, е източник на много от тези най-много инсталации, вкл. Много неприятна плазма хвърля нагоре или надолу по стените. Борбата за устойчиво плазмена управление беше забавена в продължение на 30 години, а сега в ITER, например, се планира, че само 5 пускането на 1000 ще завършат с нарушения на контрола.

Между другото, в процеса на борба за стабилността на стоманата токамаки в секцията на кръглата се опъва вертикално. Оказа се, че плазменият раздел D-образна форма подобрява поведението си и ви позволява да повишите бета версия. Сега е известно, че най-многоголям работната бета и най-стабилната плазма - в сферична токамаков (те имат вертикален разтягащ максимум към диаметъра), по отношение на новата посока на структурите на Токамак. Може би техният бърз напредък ще доведе до факта, че първата термоядрена електроцентрала ще бъде оборудвана с такава машина, а не класически тор.

Сферичният токак е нова причина да поиска повече пари.

Неутрони и тритий

Последната тема, на която трябва да се каже да разберем проблемите на физиката на Токамак, за да разберете неутроните. Както казах, при най-лесната постижима реакция d + t -\u003e HE4 + N неутрони извършват 80% от енергията, освободена по време на раждането на хелийското ядро. Неутроните не се интересуват от магнитното поле и са разпръснати във всички посоки. В същото време те вземат енергията, която изчислявахме да поставим върху отоплението на плазмата. Ето защо, между другото, основателите на посоката мислят повече за реакцията D + D -\u003e P (N) + T (HE3), при който неутроните ще бъдат извършени 15% енергия. Но за съжаление, за D + D, голяма температура е 10 пъти, 10 пъти по-голямо поле или 3 пъти по-голям реактор. Така че, неутронният поток от термоядрения реакторчудовищен. Той надвишава потока на бързи реактори на сто пъти с едно и също енергийно освобождаване и най-важното - неутрони с енергия от 14.6 mev на много разрушителни неутрони на бързи реактори с енергия от 0.5-1 meV.

Този раздел на камерите ITER след това годишна работа. Различно - индуцирана радиация с неутрони, зители за един час. Тези. В центъра на 45700 p / h. За щастие, доста бързо пада.

От друга страна, неутроните са доста енергично спиране във вода и се абсорбират от много материали, т.е. Ще можем да стреляме термална енергия Thermonuclear изгарянето не е плоска повърхност, обърната с плазма, но водна обвивка наоколо. В допълнение, енергичните неутрони са лесни за превръщането в по-голям брой неутрони с по-малко енергия (летящи през атома, казват, че берилийът те избиват друг неутрон от него, губи енергия е9 + n -\u003e be8 + 2n. И тези неутрони са погълнат от литий с трансформацията на нея в тритания. Така въпросът е "и където нашият реактор ще вземе тритий." В ITER, между другото, 6 опитни опции на одеялото ще бъдат тествани, които ще се появят в тритий от литий , На самодостатъчност, тя дори няма да излезе, но в перспектива дори тези преживяни блокове могат да се затворят до 10% Нуждите на ITER.

Дизайн на изображението на опитен бункер с кафяво (TBM). Изглежда, че такова одеяло ще направи термоядрена станция по-лесно.

Обобщаване

Моралът на всичко това е законите на природата често не са известни предварително и могат да бъдат доста хитрост. Само няколко нюанса в плазменото поведение доведоха до надуването на реактора, за да се получи енергия от настолния инструмент към комплекса Monstroscale на стойност 16 милиарда долара. Най-интересното е, че разбирането как да направите токамак със запалване в края на 80-те години, т.е. След 30 години плазмено изследване. Например, първият проект ITER, създаден през 1996 г., е реактор за запалване при 1.5 термичен гигаврат. Въпреки това, термоядрената електроцентрала е толкова благоприятна, че е необходима за много голям мащаб на блока, каквато и да е платила. Е, например 10 Gigavatt. И изграждането на най-малко 10 такива електроцентрали, за да се намалят разходите за създаване на токамакоструираща индустрия. Такива скали не се вписват във всяка енергия на света, така че технологията беше отложена до по-добри времена. Каквото и да не губи тегло, технология, хора, политиците се съгласиха с минималното възможно финансиране на субекта под формата на скъп международен ITER и дузина изследователски заводи са много по-малки. Задачата на тези разходи е да може бързо (добре, най-малко след 15 години) да извади такава енергийна алтернатива от Чулан, ако изведнъж тя ще се нуждае от ...

Светло бъдеще

Между другото, за готовността на технологията. Днес максимално постигнато Q \u003d 0.7 през 1997 г. за инсталирането на струя и оценката (колата работи върху деутерий, а не на деутерий тритий) на токамак JT-60U Q \u003d 1.2. ITER е планиран Q \u003d 10 и за индустриален реактор 50-100. Колкото по-високо е, толкова по-икономично се получава електроцентралата, но както сега знаем, толкова по-амбициозен е размерът на нейната реакторна инсталация, толкова повече monstrases неговите магнити, и колкото по-голяма е цената на неуспеха на всеки от 10 милиона части , от кой модерен токамак ще ...

P.S. Ела в моя блог, имам някои новини за изграждането на ITER.

P.P.S. Ако някой се нуждае от тустен урок без опростяване, тогава

За постигане на необходимите условия за потока. Плазмата в токамака се извършва не от стените на камерата, които не са в състояние да издържат на температурата, необходима за термоядрени реакции, но специално създадено комбинирано магнитно поле - тороидално външно и полиидско поле, преминаващо през плазмения кабел. В сравнение с други инсталации, използващи магнитно поле, за да се държи плазмата, използването на електрически ток е основната характеристика Токамака. Плазменият ток осигурява плазмено затопляне и задържане на равновесие на плазмена кабел във вакуумна камера. Този токамак, по-специално, се различава от звездатора, който е една от алтернативните схеми за приспадане, в които са създадени и тороидални и полиидални полета с използване на външни магнитни намотки.

В момента реакторът Tokamak в момента се разработва в рамките на международния научен проект ITER.

История

Предложение за използване на управляван термоядрен синтез за промишлени цели и специфична схема, използвайки топлоизолация на високотемпературна плазма от електрическото поле, бяха формулирани за първи път от съветския физик О. А. Лаврентиев в средата на 1950 година. Тази работа служи като катализатор за съветските изследвания за проблема с контролиран термоядрен синтез. А. D. Sakharov и I. E. Tamm през 1951 г. предложи да се модифицира схемата, която предлага теоретичната основа на термоядрения реактор, където плазмата ще има формата на торуса и да запази магнитното поле. В същото време същата идея беше предложена от американски учени, но "забравени" до 70-те години.

Понастоящем Tokamak се счита за най-обещаващото устройство за извършване на контролиран термоядрен синтез.

Устройство

Токамакът е тороидална вакуумна камера, кои намотки са навити за създаване на тороидално магнитно поле. От вакуумната камера първо изпомпва въздух и след това я напълнете със смес от деутерий и тритий. След това с помощ индуктор В камерата създава електрическо поле Vortex. Индукторът е основната намотка на голям трансформатор, в който камерата на токамак е вторична намотка. Електрическото поле предизвиква текущия поток и запалване в плазмената камера.

Текущата течаща през плазмата изпълнява две задачи:

• загрява плазмата точно както всеки друг проводник (омично отопление) ще се нагрява;
• създава около себе си магнитно поле. Това магнитно поле се нарича полоидал (това е, насочено по линиите, преминаващи през полюси сферична координатна система).

Магнитното поле притиска тока, която тече през плазмата. В резултат на това се образува конфигурация, в която винтовите магнитни линии "обвиват" плазмения кабел. В същото време, стъпката по време на въртене в тороидалната посока не съвпада с стъпка в полоидната посока. Магнитните линии са отворени, те безкрайно се усукват около тора, образувайки така наречените "магнитни повърхности" на тороидалната форма.

Наличието на полоидско поле е необходимо за стабилно плазмено задържане в такава система. Тъй като е създаден поради увеличаване на ток в индуктора и не може да бъде безкрайно, времето на стабилното плазмено съществуване в класическия токамак все още е ограничено до няколко секунди. За да се преодолеят това ограничение, се разработват допълнителни начини за поддържане на ток. За да направите това, може да се използва инжектиране в плазмата на ускорените неутрални деутерий или тритий атоми или микровълново лъчение.

В допълнение към тороидалните намотки за контролиране на плазмения кабел, допълнително бобини от полоидното поле. Те са пръстеновидни намотки около вертикалната ос на камерата Tokamak.

Само нагряването само поради течението не е достатъчно, за да се загрее плазмата към температурата, необходима за прилагане на термоядрена реакция. За допълнително отопление, микровълновата радиация се използва върху така наречените резонансни честоти (например съвпадащи с циклотронната честота или електрона, или йони) или инжектиране на бързи неутрални атоми.

Токамаки и техните характеристики

Общо в света са построени около 300 токамаки. По-долу са най-големият от тях.

СССР и Русия

Казахстан

• Kazakhstan Tokamak Материалната наука (CTM) е експериментална инсталация за темалид за изследване и тестване на материали в режимите на енергийните натоварвания близо до

Уикипедия Материал - Безплатна енциклопедия

Токамак (черодал ка.мярка S. ма.нощ да сеatushi) - тороидална инсталация за магнитно задържане на плазмата, за да се постигнат необходимите условия за потока. Плазмата в токамака се извършва не от стените на камерата, които не са в състояние да издържат на температурата, необходима за термоядрени реакции, но специално създадено комбинирано магнитно поле - тороидално външно и полиидско поле, преминаващо през плазмения кабел. В сравнение с други инсталации, които използват магнитно поле за задържане на плазмата, използването на електрически ток е основната характеристика на токамака. Плазменият ток осигурява плазмено затопляне и задържане на равновесие на плазмена кабел във вакуумна камера. Този токамак, по-специално, се различава от звездатора, който е една от алтернативните схеми за приспадане, в които са създадени и тороидални и полиидални полета с използване на външни магнитни намотки.

В момента реакторът Tokamak в момента се разработва в рамките на международния научен проект ITER.

История

Предложение за използване на управляван термоядрен синтез за промишлени цели и специфична схема, използвайки топлоизолация на високотемпературна плазма от електрическото поле, бяха формулирани за първи път от съветския физик О. А. Лаврентиев в средата на 1950 година. Тази работа служи като катализатор за съветските изследвания за проблема с контролиран термоядрен синтез. А. D. Sakharov и I. E. Tamm през 1951 г. предложи да се модифицира схемата, която предлага теоретичната основа на термоядрения реактор, където плазмата ще има формата на торуса и да запази магнитното поле. В същото време същата идея беше предложена от американски учени, но "забравени" до 70-те години.

Понастоящем Tokamak се счита за най-обещаващото устройство за извършване на контролиран термоядрен синтез.

Устройство

Токамакът е тороидална вакуумна камера, кои намотки са навити за създаване на тороидално магнитно поле. От вакуумната камера първо изпомпва въздух и след това я напълнете със смес от деутерий и тритий. След това с помощ индуктор В камерата създава електрическо поле Vortex. Индукторът е основната намотка на голям трансформатор, в който камерата на токамак е вторична намотка. Електрическото поле предизвиква текущия поток и запалване в плазмената камера.

Текущата течаща през плазмата изпълнява две задачи:

• загрява плазмата точно както всеки друг проводник (омично отопление) ще се нагрява;
• създава около себе си магнитно поле. Това магнитно поле се нарича полоидал (това е, насочено по линиите, преминаващи през полюси сферична координатна система).

Магнитното поле притиска тока, която тече през плазмата. В резултат на това се образува конфигурация, в която винтовите магнитни линии "обвиват" плазмения кабел. В същото време, стъпката по време на въртене в тороидалната посока не съвпада с стъпка в полоидната посока. Магнитните линии са отворени, те безкрайно се усукват около тора, образувайки така наречените "магнитни повърхности" на тороидалната форма.

Наличието на полоидско поле е необходимо за стабилно плазмено задържане в такава система. Тъй като е създаден поради увеличаване на ток в индуктора и не може да бъде безкрайно, времето на стабилното плазмено съществуване в класическия токамак все още е ограничено до няколко секунди. За да се преодолеят това ограничение, се разработват допълнителни начини за поддържане на ток. За да направите това, може да се използва инжектиране в плазмата на ускорените неутрални деутерий или тритий атоми или микровълново лъчение.

В допълнение към тороидалните намотки за контролиране на плазмения кабел, допълнително бобини от полоидното поле. Те са пръстеновидни намотки около вертикалната ос на камерата Tokamak.

Само нагряването само поради течението не е достатъчно, за да се загрее плазмата към температурата, необходима за прилагане на термоядрена реакция. За допълнително отопление, микровълновата радиация се използва върху така наречените резонансни честоти (например съвпадащи с циклотронната честота или електрона, или йони) или инжектиране на бързи неутрални атоми.

Токамаки и техните характеристики