Principio de la Operación Tokamak. ¿Qué es Tokamak? El reactor termonuclear abrirá una nueva era a la humanidad.

Tokamak (cámara toroidal con bobinas magnéticas) - Instalación toroidal para la retención magnética del plasma. El plasma no se lleva a cabo en las paredes de la cámara que no pueden soportar su temperatura, sino un campo magnético especialmente creado. Una característica del Tokamak es el uso de la corriente eléctrica que fluye a través de un plasma para crear un campo de poloidal necesario para el equilibrio de plasma. Se diferencia del estelarador, en el que se crea el campo toroidal y poloidal utilizando bobinas magnéticas.

Historia

El término "Tokamak" fue introducido por los físicos rusos Igor Evgenievich Tammom y Andrei Dmitrievich Sakharov en los años 50 como una reducción en la frase "cámara toroidal con bobinas magnéticas". El primer Tokamak fue diseñado bajo el liderazgo del académico L. A. ARZIMOVICH en el Instituto de Energía Atómica. I. V. Kurchatov en Moscú y demostró en 1968 en Novosibirsk.

Actualmente, Tokamak se considera el dispositivo más prometedor para llevar a cabo la síntesis termonuclear controlada.

Dispositivo

Tokamak es una cámara de vacío toroidal en la que las bobinas están heridas para crear (toroidal) campo magnético. Desde la cámara de vacío primero bombeó aire, y luego llénelo con una mezcla de deuterio y tritio. Luego, con la ayuda de un inductor, se crea un campo eléctrico Vortex en la cámara. El inductor es el devanado principal de un transformador grande en el que la cámara Tokamak es un devanado secundario. El campo eléctrico provoca el flujo de corriente y la ignición en la cámara de plasma.

La corriente que fluye a través del plasma realiza dos tareas:

Calienta el plasma al igual que cualquier otro conductor (calentamiento óhmico) se calentaría.
- Crea un campo magnético alrededor de sí mismo. Este campo magnético se llama poloidal (I.E. Dirigido a lo largo de las líneas que pasan a través de los polos del sistema de coordenadas esféricas).

El campo magnético aprieta la corriente que fluye a través del plasma. Como resultado, se forma una configuración en la que las líneas de alimentación magnética del tornillo "envuelven" el cable de plasma. Al mismo tiempo, el paso durante la rotación en la dirección toroidal no coincide con un tono en la dirección poloidal. Las líneas magnéticas se descomprimen, están infinitamente torcidas muchas veces alrededor de la thorah, formando t. N. "Superficies magnéticas" de forma toroidal.

La presencia de un campo poloidal es necesario para la retención de plasma estable en dicho sistema. Dado que se crea al aumentar la corriente en el inductor, y no puede ser infinito, el tiempo de la existencia estable de plasma en el clásico Tokamak es limitado. Para superar esta restricción, se desarrollan formas adicionales de mantener la corriente. Para hacer esto, se puede usar inyección en el plasma de deuterio neutro acelerado o átomos de tritio o radiación de microondas.

Además de las bobinas toroidales para controlar el cable de plasma, son necesarias bobinas adicionales del campo poloidal. Son bobinas de anillo, alrededor del eje vertical de la cámara Tokamak.

Casi la calefacción debido a la corriente de corriente no es suficiente para calentar el plasma a la temperatura necesaria para la implementación del térmico. reacción nuclear. Para calefacción adicional, la radiación de microondas es utilizada por t. N. Frecuencias resonantes (por ejemplo, coincidiendo con una frecuencia de ciclotrón o electrones, o iones) o inyección de átomos neutros rápidos.

Síntesis termonuclear controlada.

Sol - Reactor termonuclear natural.

Síntesis termonuclear controlada (TTS): la síntesis de núcleos atómicos más pesados \u200b\u200bde los más pulmones para obtener la energía que se administra en contraste con la síntesis termonuclear explosiva (utilizada en armas termonucleares). La síntesis termonuclear controlada difiere de la energía nuclear tradicional en el hecho de que este último utiliza la reacción de decadencia, durante los cuales se obtienen más núcleos ligeros de núcleos pesados. En las principales reacciones nucleares que se planifican para ser utilizadas para llevar a cabo la síntesis termonuclear administrada, se aplicará deuterio (2H) y tritio (3H), y en una perspectiva más distante de Helium-3 (3HE).

El destino de la síntesis termonuclear.

La idea de crear un reactor termonuclear se originó en la década de 1950. Luego se decidió rechazarlo, porque los científicos no pudieron resolver muchos problemas técnicos. Se han aprobado varias décadas antes de que el científico lograra "forzar" el reactor para producir cualquier energía termalida.

Esquema del reactor termonuclear internacional (ITER)

La decisión sobre el diseño del reactor termonuclear internacional (ITER) se tomó en Ginebra en 1985. El proyecto involucra a la URSSR, Japón, EE. UU., United Europe y Canadá. Después de 1991, Kazajstán se unió a los participantes. Durante 10 años, muchos elementos del futuro reactor lograron que se realizarán en empresas militares-industriales de los países desarrollados. Por ejemplo, en Japón desarrolló un sistema de robot único capaz de trabajar dentro del reactor. Rusia ha creado una opción de instalación virtual.

En 1998, los Estados Unidos por razones políticas dejaron de financiar su participación en el proyecto. Después de que los republicanos llegaron al poder en el país, y comenzaron los cortes de energía de los fanáticos en California, el gobierno de Bush anunció un aumento en las inversiones en el sector energético. Participar en el Proyecto Internacional de los EE. UU. No pretendía y se dedicaba a su propio proyecto termonuclear. A principios de 2002, el asesor del presidente Bush en Technologies, John Marburger III, declaró que los Estados Unidos habían cambiado y pretenden regresar al proyecto.

El proyecto en términos de la cantidad de participantes se comparan con el otro importante proyecto científico internacional - internacional estación Espacial. El costo del ITER, que previamente alcanzó los $ 8 mil millones, entonces ascendió a menos de 4 mil millones. Como resultado de la salida de los participantes de los Estados Unidos, se decidió reducir la capacidad del reactor con 1,5 GW a 500 MW. En consecuencia, "pérdida de peso" y el precio del proyecto.

En junio de 2002, el Simposio de ITER en Moscú se llevó a cabo en la capital rusa. Discutió los problemas teóricos, prácticos y organizativos del renacimiento del proyecto, cuya suerte es capaz de cambiar el destino de la humanidad y darlo. el nuevo tipo Energía, en términos de eficiencia y eficiencia, comparable solo con la energía del sol.

Si los participantes están de acuerdo en el sitio de construcción y el comienzo de su construcción, entonces, de acuerdo con el pronóstico del Académico Velikov, para 2010 se obtendrá el primer plasma. Luego será posible iniciar la construcción de la primera planta de energía termonuclear, que, con una coincidencia favorable, puede dar la primera corriente en 2030.

En diciembre de 2003, los científicos que participan en el proyecto ITER se reunieron en Washington para determinar finalmente el lugar de su construcción futura. La agencia de noticias FRPSPRESS respondió con una referencia a uno de los participantes de la reunión, que la decisión se realizó para 2004. Las próximas negociaciones sobre este proyecto se llevarán a cabo en mayo de 2004 en Viena. El reactor comenzará a crear en 2006 y planeará lanzar en 2014.

Principio de funcionamiento

La síntesis termonuclear es una forma barata y respetuosa con el medio ambiente de la energía minera. En el sol, ya hay síntesis termonuclear no administrada en el sol: el gelio se forma a partir del hidrogen isótrico pesado. Esto distingue una cantidad colosal de energía. Sin embargo, en la Tierra, las personas aún no han aprendido a administrar tales reacciones.

Plasma en reactor termonuclear.

Los isótopos de hidrógeno se utilizarán como combustible en el reactor ITER. Durante la reacción termonuclear, la energía se libera al conectar átomos de luz en más pesados. Para lograr esto, es necesario calentar el gas a una temperatura de más de 100 millones de grados, temperaturas mucho más altas en el centro del sol. El gas a tal temperatura se convierte en un plasma. Se eliminan los átomos atómicos del hidrógeno, convirtiéndose en átomos de helio con la liberación de una gran cantidad de neutrones. La planta de energía que opera en este principio usará energía de neutrones, desacelerará la capa de sustancia densa (litio)

La construcción de la estación tomará al menos 10 años y $ 5 mil millones. Para el prestigio derecho de ser el lugar de nacimiento del gigante energético, Francia y Japón compiten.

Lugar de edificio

Canadá, Japón, España y Francia hicieron un reactor con sugerencias.

Canadá justifica la necesidad de colocar el reactor en su territorio por el hecho de que está en este país que hay acciones significativas de tritio, que es la partida de la energía nuclear. La construcción del reactor termonuclear le permitirá disponer de ellos.

En Japón, según la Agencia "Kiodo Tsuchin", tres prefecturas realizaron una lucha desesperada por el derecho a construir un reactor. Al mismo tiempo, los residentes de la isla norte de Hokkaido se opusieron a la construcción de él en su tierra.

En noviembre de este año, la Unión Europea recomendó. ciudad francesa Kadarash como futuro lugar de construcción. Sin embargo, ¿cómo irá la votación, es difícil predecir? Se espera que los expertos tomen una decisión sobre la base de puramente objetivos. hechos científicosSin embargo, los antecedentes políticos también pueden afectar la votación. Los Estados Unidos ya han hablado contra la construcción del reactor de Francia, recordando su comportamiento de división durante el conflicto en Irak.

"Tenemos una estructura científica y técnica existente, competencia y experiencia, que es el garante de la exactitud de los plazos", dijo el ministro de investigación de Francia.

Japón también tiene una serie de ventajas: RocCaso Moore se encuentra junto al puerto y junto a la Base Militar de los Estados Unidos. Además, los japoneses están listos para invertir mucho más dinero en el proyecto que Francia. "Si se elige Japón, cubriremos todos los gastos necesarios", dijo el Ministro de Ciencia y Educación de Japón.

El representante del Gobierno de Francia le dijo a los periodistas que tenía "negociaciones muy intensas sobre nivel alto" Sin embargo, de acuerdo con algunos datos, todos los países distintos de la Unión Europea son preferibles a Japón que Francia.

La seguridad ambiental

La nueva instalación, según los científicos, es amigable con el medio ambiente, en lugar de trabajar hoy reactores nucleares. Un helio se forma como un combustible gastado en la instalación del iter, y no sus isótopos que deben almacenarse en instalaciones de almacenamiento especiales docenas de años.

Los científicos creen que las reservas de combustible para tales centrales eléctricas son prácticamente inagotables: deuterio y tritio se extraen fácilmente de agua de mar. Un kilogramo de estos isótopos puede asignar tanta energía como 10 millones de kg de combustible orgánico.

Tokamak (cámara toroidal con bobinas magnéticas): una instalación toroidal para la retención magnética del plasma con el fin de lograr las condiciones necesarias para el flujo de síntesis termonuclear controlada. El plasma en el tocamak no se lleva a cabo por las paredes de la cámara, que pueden soportar su temperatura solo a un límite determinado, sino un campo magnético especialmente creado. En comparación con otras instalaciones que usan un campo magnético para sujetar el plasma, una característica del Tokamak es el uso de una corriente eléctrica que fluye a través del plasma para crear un campo de poloidal necesario para la compresión, el calentamiento y la retención del equilibrio de plasma. Esto, en particular, difiere del estelarador, que es uno de los esquemas de deducción alternativa, en los que tanto los campos toroidales como los poloidales se crean con bobinas magnéticas. Pero dado que el hilo de plasma es un ejemplo de un equilibrio inestable, el proyecto Tokamak aún no se ha implementado y se encuentra en la etapa de experimentos extremadamente costosos sobre la complicación de la instalación.

También se debe tener en cuenta que, a diferencia de los reactores del tipo divisor (cada uno de los cuales se diseñó inicialmente y se desarrolló por separado en sus países), Tokamak se desarrolla actualmente en el marco de la Internacional proyecto científico Iterio

Campo magnético de Tokamak y Stream.

Historia

Franqueo de la URSS, 1987.

Propuesta de utilizar la síntesis termonuclear administrada para fines industriales y un esquema específico utilizando el aislamiento térmico de plasma de alta temperatura campo eléctrico Fue formulado por primera vez por el físico soviético O. A. Lavrentiev a mediados de 1950 años. Este trabajo sirvió como catalizador para la investigación soviética sobre el problema de la síntesis termonuclear controlada. A. D. Sakharov y I. E. TAMM En 1951, propuso modificar el esquema, proponiendo la base teórica del reactor termonuclear, donde el plasma tendría la forma del toro y retuvo el campo magnético.

El término "Tokamak" fue inventado más tarde por Igor Nikolayevich Golovin, estudiante de Académico Kurchatov. Inicialmente, sonaba como "TOKAMAG", una reducción de las palabras "Cámara toroidal magnética", pero N. A. Yavlinsky, el autor del primer sistema toroidal, propuso reemplazar "MAG" a "Mak" para la exconsistencia. Más tarde, este nombre fue prestado por muchos idiomas.

El primer Tokamak fue construido en 1955, y durante mucho tiempo, Tokamaki existió solo en la URSS. Solo después de 1968, cuando el T-3 Tokamak, construido en el Instituto de Energía Atómica. I. V. Kurchatova bajo el liderazgo del Académico L. A. ARZIMOVICH, la temperatura del plasma se alcanzó 10 millones de grados, y los científicos ingleses con su equipo confirmaron este hecho en el que inicialmente se negó a creer en el mundo comenzó el verdadero auge de Tokamakov. A partir de 1973, el Programa de Investigación de Physics Plasma en Tokamakov estaba encabezado por Kadomtsev Boris Borisovich.

Actualmente, Tokamak se considera el dispositivo más prometedor para llevar a cabo la síntesis termonuclear controlada.

Dispositivo

El Tokamak es una cámara de vacío toroidal, que las bobinas se enrollan para crear un campo magnético toroidal. Desde la cámara de vacío primero bombeó aire, y luego llénelo con una mezcla de deuterio y tritio. Luego, con la ayuda del inductor en la cámara, crea un campo eléctrico Vortex. El inductor es el devanado principal de un transformador grande en el que la cámara Tokamak es un devanado secundario. El campo eléctrico provoca el flujo de corriente y la ignición en la cámara de plasma.

La corriente que fluye a través del plasma realiza dos tareas:

calienta el plasma al igual que cualquier otro conductor (calentamiento óhmico) se calentaría;

crea un campo magnético alrededor de sí mismo. Este campo magnético se llama poloidal (es decir, direccional a lo largo de las líneas que pasan a través de los polos del sistema de coordenadas esféricas).

El campo magnético aprieta la corriente que fluye a través del plasma. Como resultado, se forma una configuración en la que las líneas de alimentación magnética del tornillo "envuelven" el cable de plasma. Al mismo tiempo, el paso durante la rotación en la dirección toroidal no coincide con un tono en la dirección poloidal. Las líneas magnéticas están abiertas, están infinitamente torcidas alrededor de la thora, formando las llamadas "superficies magnéticas" de la forma toroidal.

La presencia de un campo poloidal es necesario para la retención de plasma estable en dicho sistema. Dado que se crea al aumentar la corriente en el inductor, y no puede ser infinito, el tiempo de la existencia estable de plasma en el clásico Tokamak es limitado. Para superar esta restricción, se desarrollan formas adicionales de mantener la corriente. Para hacer esto, se puede usar inyección en el plasma de deuterio neutro acelerado o átomos de tritio o radiación de microondas.

Además de las bobinas toroidales para controlar el cable de plasma, son necesarias bobinas adicionales del campo poloidal. Son bobinas de anillo alrededor del eje vertical de la cámara de Tokamak.

Casi la calefacción debido a la corriente de corriente no es suficiente para calentar el plasma a la temperatura necesaria para la implementación de la reacción termonuclear. Para calefacción adicional, la radiación de microondas se utiliza en las llamadas frecuencias resonantes (por ejemplo, coincidiendo con la frecuencia o electrones de ciclotrón, o iones) o la inyección de átomos neutros rápidos.

Tokamaki y sus características.

En total, se construyeron unos 300 tokamaks en el mundo. A continuación se muestran los más grandes de ellos.

URSS y RUSIA

T-3 es el primer aparato funcional.

T-4 - una versión de T-3 ampliada

T-7 es una instalación única en la que por primera vez en el mundo es un sistema magnético relativamente grande con un solenoide superconductor en base a la niobata de estaño enfriada por helio líquido. Se completó la tarea principal del T-7: se preparó una perspectiva para la próxima generación de solenoides superconductores de energía termonuclear.

T-10 y PLT: el siguiente paso en los estudios termonucleares mundiales, son casi el mismo tamaño igual a la potencia, con el mismo factor de detección. Y los resultados obtenidos son idénticos: la temperatura de la síntesis termonuclear se logró en ambos reactores, y el retraso de acuerdo con el criterio Louuson es 200 veces.

T-15 - Reactor de hoy con un solenoide superconductor, dando un campo de inducción de 3.6 T.

porcelana

Este, ubicado en Hefei, provincia de Anhui. El Tokamak excedió el criterio Louuson en términos de ignición, el coeficiente de producción de energía es 1.25.

El original es tomado por W. tNEnergy. A la Física de Tokamaks en los dedos.

Parece que es hora de hacer un cierto Libez sobre la física de Tokamakov y los físicos, aparentemente, también. La idea de conducir la combustión termonuclear controlada con la retención magnética fue derribando 60 años y muchas maravillas "¿Y dónde se gasta el reembolso en la investigación?", "¿Dónde está la fuente prometida de energía limpia y barata?". Es hora de ver qué excusas de los físicos son hoy. No tocaré otras instalaciones en este artículo, a excepción de Tokamakov, pero echamos un vistazo a los problemas de calefacción, retención de plasma, su inestabilidad, el problema del tritio de la cinta, las perspectivas e incluso en algún lugar la historia de la pregunta.

Likbez

Si tomas 2 neutrones y 2 protones y, de ellos, de ellos. Simplementemucha energía - De cada kilogramo de un helio Galagel, equivalente a la quema. 10 000 000 Kilogramo de falzina. Con tal cambio en la escala del contenido de energía, nuestra intuición se irá, y debe recordarse al inventar su versión de la instalación termonuclear.

Por cierto, en el sol va otro Reacción termonuclear, no refinada en la Tierra.

La forma más fácil de obtener esta energía es realizar una reacción de fusión nuclear (o síntesis) D + T -\u003e He4 + N + 17.6 MEV. Lamentablemente, a diferencia de reacciones químicas, en el tubo de prueba no va. Pero va bien si una mezcla de tritio y deuterio calor a 100 millones La licenciatura. Al mismo tiempo, los átomos comienzan a volar tan rápidamente que cuando la inercia colliza, la zona de Coulomb se dispersa y se fusiona en el preciado helio. La energía se destaca en la forma, por lo que para hablar, fragmentos - neutrones muy rápidos, 80% de pertenencia Energía, y un poco menos que el kernel rápido de helio (partículas alfa). Por supuesto, con la temperatura de "trabajo", toda sustancia - plasma, es decir. Existen átomos por separado de los electrones. Cualquier electrón vacío se perderá en la primera colisión, por lo que la sustancia en movimiento vigorosamente.

En este lugar, cada popular autoaplizamiento inserta esta imagen.

La tasa de reacción (y en consecuencia la liberación de energía) depende de los dos parámetros: las temperaturas, debe ser no menos ~ 50 millones s, y mejor 100-150y densidad de plasma. Está claro que en el plasma denso, la probabilidad de una colisión de átomos de deuterio y tritio es mayor que en el descargado.

El principal problema con tal "mezcla de reacción" se enfría a un ritmo brutal. Tan brutando que uno de los primeros problemas era simplemente calentarla al menos 1 microsegundo a un preciado 100 millones. Toma 10 miligramos del plasma de hidrógeno, aplique el poder de calefacción en 10 megavatios ... y no se calienta.

Limpieza de calefacción y plasma.

Kstar Tokamak coreano en el trabajo. Las partes más frías y sucias del plasma están brillando.

En un plasma limpio, calentando calentando con radiación de radiofrecuencia, la inyección de partículas neutrales rápidas al final de los 70 se las arregló para alcanzar los preciados 100 millones de grados. Pero si queremos obtener un escenario que le da la electricidad, y no lo emiten en tres gargantas, necesitamos que la reacción termonuclear resalte la energía suficiente para calentarse. En términos generales, la quema termonuclear, puede trabajar con un excelente calefacción, incluso la calefacción externa no necesitará este modo llamadoplasma de encendido. El problema es que solo la fuga.un poco más grande la cantidad de calor de lo que esperábamos, nuestra reacción termonuclear se apaga inmediatamente, y todo vuelve a enfriarse. Pero para el control, podemos usar una parte muy pequeña de sistemas de calefacción por calor, en reactores prometedores, quieren lograr modos con 1/50 PODER TOTAL, Y EN ITER - 1/10 . El coeficiente de la proporción de disipación de calor de la reacción termonuclear al calor invertido se indica por la letra P..

De vuelta de la vida útil del plasma: cuando la ruptura de la estabilización, vemos cómo tocar las paredes y el plasma de enfriamiento rápidamente pierde calor.

Lo que necesitas, ¿qué le daría el plasma mucho calor termonuclear? Como dije anteriormente, una densidad suficiente, a saber, 10 ^ 20-10 ^ 21 partículas en centímetro cúbico. En este caso, el poder de la liberación de la energía resultará. varios (hasta 10) Megawatt en el medidor cúbico de plasma. Pero si estamos aumentando la densidad de plasma, entonces crecemos su presión, para nuestro propósito en densidad y temperatura, será ~ 5 atmósfera. El desafío de mantener un plasma de este tipo de división y fusión de la instalación (y al mismo tiempo transferencia de calor directa en las paredes: ¡estamos luchando por cada joule!) - La Tertia y el principal problema.

Potencia de liberación de energía (megavatio por metro cúbico) a diferentes densidades y temperaturas.

Retención magnética (Configuración).

En nuestra felicidad del plasma, interactúa con el campo magnético, a lo largo de sus movimientos de líneas eléctricas, y en su mayoría es prácticamente no. Si crea un campo magnético de este tipo en el que no hay agujeros, entonces el plasma se centrará en él para siempre. Bueno, sí, hasta que se enfríe, ¡pero tenemos 100 milisegundos!

La configuración más simple de un campo de este tipo es un toro con los carretes encaminados, en los que el plasma se mueve en un círculo. Fue esta configuración que fue inventada por Sakharov y TAMM en 1951 y llamada " tokamak", Es decir. queroidal kamedidas. mamá.noche aatushi. Para crear un llamado. Transformación de rotación (cuando se mueve en un círculo de plasma debe girar alrededor del eje del movimiento, es necesario para no estar separados por los cargos) en el plasma, es necesario traer una corriente de anillo, bueno para hacerlo fácil, porque El toro de plasma se puede considerar un giro en el transformador, y basta con cambiar la corriente en el devanado "primario", que sería la corriente deseada. Así que el inductor o el solenoide central se agregan a las bobinas toroidales. Las bobinas poloidales son responsables del campo y el control toroidal de torsión adicional, por lo que obtenemos una versión final del campo magnético que contiene el plasma. Además, el campo magnético no permite el plasma en el toro, lo que crea una fuerte diferencia de temperatura desde el centro hasta los bordes. Esta condición se llama un conjunto magnético.

Aproximadamente verás los teóricos del iter.

¿Puedo construir una central eléctrica termonuclear? No del todo ....

Como recordamos, la presión de plasma es de 5 atmósferas. Está claro que la presión del campo magnético no debe ser menor. Sin embargo, resulta que con valores comparables del plasma, una extremadamente inestable, comienza a cambiar la forma bruscamente, atar a los nodos y emitir en las paredes. Hay una proporción de presión de plasma a la presión del campo magnético, denotado por la letraβ . Resulta que los modos menos operativos comienzan con β \u003d 0.05-0.07, es decir, La presión del campo magnético debe ser de 15 a 20 veces mayor que la presión del plasma. Cuando al final de los años 70 quedó claro que esta relación no superaría de ninguna manera, creo que no un estudiante físico-a-térmico pronunció algo como "plasma, sin corazón que perra". Esto es precisamente, esta necesidad de elevar los campos 15-20 veces y poner la cruz en la idea "Reactor termonuclear en cada casa". Estimado, encaja con el reactor termonuclear, osos calientes.

Modelo de movimiento de plasma en Tokamak. El plasma es fuertemente turbulento (perturbado), y le ayuda a enfriarse e inestable para comportarse.

Inestabilidad

¿Qué necesita esto? aumentar a 15-20 veces el campo En comparación con los sueños de 50x? Bueno, primero de todo es simplemente imposible. Inicialmente, el Tokamak fue visto con el campo. 1.5-2 tesla (y la presión plasmática correspondiente en 10-15 atmósferas) y β \u003d 1, y en realidad para mantener un plasma de este tipo, sería necesario 30-40 tesla . Tales campos no fueron alcanzables en los años 60, y hoy registro Campo estacionario - 33 tesla En volumen con un vaso. El límite técnico se coloca en ITER: en el volumen de plasma: 5-6 toneladas en el borde - 8-9 T., respectivamente, la presión y la densidad de plasma en el ajuste real es menor que en el que pensó en 50x. Y si es menos, entonces se calienta todo es mucho peor. Y después de que se calienta peor, el plasma se enfría más rápido y ... bueno, entendiste.

Sin embargo, con fugas de calor, es posible lidiar con un método muy primitivo, para aumentar el tamaño del reactor. En este caso, el volumen de plasma está creciendo como un cubo, y el área de la superficie del plasma a través del cual se filtra la energía, como un cuadrado. Resorta una mejora lineal en el aislamiento térmico. Por lo tanto, si el primer Tokamak en el mundo tenía un diámetro de 80 cm, y el ITER tiene un diámetro de ~ 16 metros y un volumen de 10,000 veces más. Y eso aún no es suficiente para el reactor industrial.

TOCOMACOPERADORES DERECHA ALGO DE "PEQUEÑO".

En términos generales, el plasma termonuclear era una sustancia extremadamente desagradable, en la que surgió constantemente alguna "vida", algunas vibraciones y oscilaciones, que generalmente no sabían nada bueno. Sin embargo, en 82, la inestabilidad se descubrió accidentalmente, lo que llevó a un fuerte (¡2 veces!) La fuga de calor del toro. Este modo fue nombrado modo H y ahora es ampliamente utilizado por todos los tokamaks. Por cierto, la misma corriente de anillo, que se crea en un plasma para mantenerlo en un campo toroidal es una fuente de muchas de estas más instituidas, incl. El plasma muy desagradable arroja hacia arriba o hacia abajo en las paredes. La lucha por la gestión sostenible de plasma se retrasó durante 30 años, y ahora en ITER, por ejemplo, se planea que solo 5 lanzamientos de 1000 terminarán con interrupciones del control.

Por cierto, en el proceso de lucha por la estabilidad del acero tokamaki en la sección de redondo estirada verticalmente. Resultó que la sección de plasma en forma de D mejora su comportamiento y le permite elevar la beta. Ahora se sabe que lo más.grande beta de trabajo y el plasma más estable: en Tokamakov esférico (tienen un máximo de estiramiento vertical al diámetro), en relación con la nueva dirección de las estructuras Tokamac. Tal vez su rápido progreso conduzca al hecho de que la primera planta de energía termonucleará, estará equipada con una máquina de este tipo, y no un toro clásico.

Tokamak esférico es una nueva razón para pedir más dinero.

Neutrones y tritio

El último tema de lo que se debe decir que comprenda los problemas de la física de Tokamak para comprender los neutrones. Como dije, en la reacción alcanzable más fácil D + T -\u003e HE4 + N Neutron realiza el 80% de la energía liberada durante el nacimiento del núcleo de helio. No se preocupan los neutrones en el campo magnético y se dispersan en todas las direcciones. Al mismo tiempo, toman la energía que calculamos para poner en el calentamiento del plasma. Por lo tanto, por cierto, los padres fundadores de la dirección pensaron más sobre la reacción D + D -\u003e P (n) + T (HE3), en la que los neutrones se llevarían a cabo el 15% de la energía. Pero, desafortunadamente, para D + D, una temperatura grande es 10 veces, 10 veces un campo más grande o 3 veces un reactor más grande. Entonces, flujo de neutrones del reactor termonuclear.monstruoso. Supera el flujo de reactores rápidos por cien veces con la misma liberación de energía, y lo más importante, neutrones con una energía de 14.6 MEV en muchos neutrones destructivos de reactores rápidos con una energía de 0.5-1 MEV.

Esta sección de las cámaras del iter después trabajo anual. Difiere: radiación inducida con neutrones, ziversos durante una hora. Esos. En el centro de 45700 p / h. Afortunadamente, cae bastante rápidamente.

Por otro lado, los neutrones son bastante frenados vigorosamente en agua y absorbidos por muchos materiales, es decir, Podremos disparar energía térmica La combustión termonuclear no es la superficie plana que enfrenta el plasma, sino una cubierta de agua alrededor. Además, los neutrones energéticos son fáciles de convertirse en un número mayor de neutrones con menos energía (volando a través del átomo, digamos, beryllium que eliminan otro neutrón de él, perdiendo energía be9 + n -\u003e be8 + 2n. Y estos neutrones son Absorbido por el litio con la transformación de la misma en Tritia. Por lo tanto, la pregunta es "y donde nuestro reactor tomará tritio". En iter, por cierto, se probará 6 opciones experimentadas de la manta, que se producirá en tritio de litio. . Sobre la autosuficiencia, ni siquiera saldrá, sino en perspectiva, incluso estos bloques en blanco con experiencia pueden cerrarse. al 10% Itere necesita.

Imagen de diseño de un búnker experimentado con un browning (TBM). No parece que una manta de este tipo hará la estación termonuclear. más fácil.

Resumido

La moralidad de todo esto es la ley de la naturaleza a menudo no se conoce de antemano y puede ser bastante astuto. Solo, varios matices en el comportamiento plasmático condujeron a la inflación del reactor para obtener energía del instrumento de escritorio al complejo de monstroscale por un valor de $ 16 mil millones. Lo más interesante es que una comprensión de cómo hacer que un Tokamak con ignición apareciera a fines de los 80, es decir,. Después de 30 años de investigación de plasma. Por ejemplo, el primer proyecto de ITER creado en 1996 fue un reactor de ignición en 1.5 Thermal Gigavat. Sin embargo, la central eléctrica termonuclear era tan favorable que era necesario para una escala muy grande del bloque, lo que pagara. Bueno, por ejemplo, 10 Gigavatt. Y la construcción de al menos 10 de estas centrales eléctricas para reducir el costo de crear una industria de tokamakostroitage. Tales escalas no encajaron en ninguna energía del mundo, por lo que la tecnología se pospuso hasta mejores momentos. Lo que sea que no pierda peso, tecnología, personas, los políticos acordaron la financiación mínima posible del sujeto en forma de construcción de un iter internacional costoso y una docena de plantas de investigación son muy pequeñas. La tarea de estos gastos es poder ser rápidamente (bueno, al menos en 15 años) para sacar una alternativa de energía de esa energía de Chulana, si de repente, una vez necesitará ...

Futuro brillante

Por cierto, sobre la preparación de la tecnología. Hoy, el máximo alcanzado experimentalmente Q \u003d 0.7 en 1997 en la instalación de JET, y la estimación (el automóvil trabajó en Deuterium, y no en el tritio de Deuterium) en el Tokamak JT-60U Q \u003d 1.2. ITER está planificado Q \u003d 10, y para un reactor industrial 50-100. La Q más alta, cuanto más económica se obtiene la central eléctrica, pero como ahora sabemos, más ambiciosa, el tamaño de su instalación del reactor, más monstruases sus imanes, y cuanto mayor sea el precio del fallo de cualquier parte de 10 millones de partes. , de donde el moderno Tokamak va a ...

PD Ven en mi blog, tengo algunas noticias sobre la construcción de ITER.

P.P.S. Si alguien necesita un tutorial Tustomer sin simplificación, entonces

Para lograr las condiciones necesarias para el flujo. El plasma en el Tokamak se lleva a cabo no por las paredes de la cámara, que no pueden soportar la temperatura necesaria para las reacciones termonucleares, sino un campo magnético combinado especialmente creado, un campo exterior toroidal y poloidal que fluye a través del cable de plasma. En comparación con otras instalaciones utilizando un campo magnético para mantener en plasma, el uso de la corriente eléctrica es la caracteristica principal Tokamaka. La corriente plasmática garantiza el calentamiento plasmático y la retención de un equilibrio de cable de plasma en una cámara de vacío. Este tokamak, en particular, difiere del estelarador, que es uno de los esquemas de deducción alternativa en los que se crean tanto campos toroidales como poloidales utilizando bobinas magnéticas externas.

Actualmente se está desarrollando reactor de Tokamak en el marco del Proyecto Científico Internacional ITER.

Historia

La propuesta de usar la síntesis termonuclear administrada para fines industriales y un esquema específico que utiliza el aislamiento térmico de plasma de alta temperatura por el campo eléctrico se formuló por primera vez por el físico soviético O. A. Lavrentiev a mediados de 1950 años. Este trabajo sirvió como catalizador para la investigación soviética sobre el problema de la síntesis termonuclear controlada. A. D. Sakharov y I. E. TAMM En 1951, propuso modificar el esquema, proponiendo la base teórica del reactor termonuclear, donde el plasma tendría la forma del toro y retuvo el campo magnético. Al mismo tiempo, la misma idea fue propuesta por los científicos estadounidenses, pero "olvidados" hasta la década de 1970.

Actualmente, Tokamak se considera el dispositivo más prometedor para llevar a cabo la síntesis termonuclear controlada.

Dispositivo

El Tokamak es una cámara de vacío toroidal, que las bobinas se enrollan para crear un campo magnético toroidal. Desde la cámara de vacío primero bombeó aire, y luego llénelo con una mezcla de deuterio y tritio. Entonces con ayuda inductor En la cámara crea un campo eléctrico vórtice. El inductor es el devanado principal de un transformador grande en el que la cámara Tokamak es un devanado secundario. El campo eléctrico provoca el flujo de corriente y la ignición en la cámara de plasma.

La corriente que fluye a través del plasma realiza dos tareas:

• calienta el plasma al igual que cualquier otro conductor (calentamiento óhmico) se calentaría;
• crea alrededor de sí mismo un campo magnético. Este campo magnético se llama poloidal (es decir, dirigido a lo largo de las líneas que pasan a través de polos Sistema de coordenadas esféricas).

El campo magnético aprieta la corriente que fluye a través del plasma. Como resultado, se forma una configuración en la que las líneas de alimentación magnética del tornillo "envuelven" el cable de plasma. Al mismo tiempo, el paso durante la rotación en la dirección toroidal no coincide con un tono en la dirección poloidal. Las líneas magnéticas están abiertas, están infinitamente torcidas alrededor de la thora, formando las llamadas "superficies magnéticas" de la forma toroidal.

La presencia de un campo poloidal es necesario para la retención de plasma estable en dicho sistema. Dado que se crea debido a un aumento en la corriente en el inductor, y no puede ser infinito, el tiempo de la existencia plasmática estable en Tokamak clásico todavía está limitado a varios segundos. Para superar esta restricción, se desarrollan formas adicionales de mantener la corriente. Para hacer esto, se puede usar inyección en el plasma de deuterio neutro acelerado o átomos de tritio o radiación de microondas.

Además de las bobinas toroidales para controlar el cable de plasma, adicional bobinas de campo poloidal. Son bobinas de anillo alrededor del eje vertical de la cámara de Tokamak.

Solo el calentamiento solo debido al flujo de corriente no es suficiente para calentar el plasma a la temperatura necesaria para la implementación de la reacción termonuclear. Para calefacción adicional, la radiación de microondas se utiliza en las llamadas frecuencias resonantes (por ejemplo, coincidiendo con la frecuencia o electrones de ciclotrón, o iones) o la inyección de átomos neutros rápidos.

Tokamaki y sus características.

En total, se construyeron unos 300 tokamaks en el mundo. A continuación se muestran los más grandes de ellos.

URSS y RUSIA

Kazajstán

• Kazajstán Tokamak Material Science (CTM) es una instalación experimental de Thermalide para la investigación y la prueba de materiales en los modos de carga de energía cerca de

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Tokamak (queroidal kamedidas. mamá.noche aatushi): una instalación toroidal para la retención magnética del plasma para lograr las condiciones necesarias para el flujo. El plasma en el Tokamak se lleva a cabo no por las paredes de la cámara, que no pueden soportar la temperatura necesaria para las reacciones termonucleares, sino un campo magnético combinado especialmente creado, un campo exterior toroidal y poloidal que fluye a través del cable de plasma. En comparación con otras instalaciones que usan un campo magnético para la retención de plasma, el uso de la corriente eléctrica es la característica principal del Tokamak. La corriente plasmática garantiza el calentamiento plasmático y la retención de un equilibrio de cable de plasma en una cámara de vacío. Este tokamak, en particular, difiere del estelarador, que es uno de los esquemas de deducción alternativa en los que se crean tanto campos toroidales como poloidales utilizando bobinas magnéticas externas.

Actualmente se está desarrollando reactor de Tokamak en el marco del Proyecto Científico Internacional ITER.

Historia

La propuesta de usar la síntesis termonuclear administrada para fines industriales y un esquema específico que utiliza el aislamiento térmico de plasma de alta temperatura por el campo eléctrico se formuló por primera vez por el físico soviético O. A. Lavrentiev a mediados de 1950 años. Este trabajo sirvió como catalizador para la investigación soviética sobre el problema de la síntesis termonuclear controlada. A. D. Sakharov y I. E. TAMM En 1951, propuso modificar el esquema, proponiendo la base teórica del reactor termonuclear, donde el plasma tendría la forma del toro y retuvo el campo magnético. Al mismo tiempo, la misma idea fue propuesta por los científicos estadounidenses, pero "olvidados" hasta la década de 1970.

Actualmente, Tokamak se considera el dispositivo más prometedor para llevar a cabo la síntesis termonuclear controlada.

Dispositivo

El Tokamak es una cámara de vacío toroidal, que las bobinas se enrollan para crear un campo magnético toroidal. Desde la cámara de vacío primero bombeó aire, y luego llénelo con una mezcla de deuterio y tritio. Entonces con ayuda inductor En la cámara crea un campo eléctrico vórtice. El inductor es el devanado principal de un transformador grande en el que la cámara Tokamak es un devanado secundario. El campo eléctrico provoca el flujo de corriente y la ignición en la cámara de plasma.

La corriente que fluye a través del plasma realiza dos tareas:

• calienta el plasma al igual que cualquier otro conductor (calentamiento óhmico) se calentaría;
• crea alrededor de sí mismo un campo magnético. Este campo magnético se llama poloidal (es decir, dirigido a lo largo de las líneas que pasan a través de polos Sistema de coordenadas esféricas).

El campo magnético aprieta la corriente que fluye a través del plasma. Como resultado, se forma una configuración en la que las líneas de alimentación magnética del tornillo "envuelven" el cable de plasma. Al mismo tiempo, el paso durante la rotación en la dirección toroidal no coincide con un tono en la dirección poloidal. Las líneas magnéticas están abiertas, están infinitamente torcidas alrededor de la thora, formando las llamadas "superficies magnéticas" de la forma toroidal.

La presencia de un campo poloidal es necesario para la retención de plasma estable en dicho sistema. Dado que se crea debido a un aumento en la corriente en el inductor, y no puede ser infinito, el tiempo de la existencia plasmática estable en Tokamak clásico todavía está limitado a varios segundos. Para superar esta restricción, se desarrollan formas adicionales de mantener la corriente. Para hacer esto, se puede usar inyección en el plasma de deuterio neutro acelerado o átomos de tritio o radiación de microondas.

Además de las bobinas toroidales para controlar el cable de plasma, adicional bobinas de campo poloidal. Son bobinas de anillo alrededor del eje vertical de la cámara de Tokamak.

Solo el calentamiento solo debido al flujo de corriente no es suficiente para calentar el plasma a la temperatura necesaria para la implementación de la reacción termonuclear. Para calefacción adicional, la radiación de microondas se utiliza en las llamadas frecuencias resonantes (por ejemplo, coincidiendo con la frecuencia o electrones de ciclotrón, o iones) o la inyección de átomos neutros rápidos.

Tokamaki y sus características.