Darbības princips Tokamak. Kas ir Tokamak? ThermeteConlear Reactor atvērs jaunu laikmetu cilvēcei

Tokamak (toroidālā kamera ar magnētiskajām spolēm) - toroidālā uzstādīšana plazmas magnētiskajai saglabāšanai. Plazmas tur ne pie kameras sienām, kas nevar izturēt temperatūru, bet īpaši izveidotu magnētisko lauku. Tokamak iezīme ir elektrisko strāvas izmantošana, kas plūst caur plazmu, lai izveidotu poloidālu laukumu, kas nepieciešams līdzsvara līmenim. Tas atšķiras no zvaigžņu, kurā tiek izveidots toroidālais un poloņģidārais lauks, izmantojot magnētiskās spoles.

Vēsture

Termins "Tokamak" ieviesa krievu fiziķi Igors Evgenievich Tammom un Andrejs Dmitrievich Saharovs 50s kā samazinājums frāzi "toroidālā kamera ar magnētiskajām spolēm". Pirmais Tokamak tika izstrādāts akadēmiķa L. Arzimoviča vadībā Atomenerģijas institūtā. I. V. KURCHATOV Maskavā un parādīja 1968. gadā Novosibirskā.

Pašlaik Tokamak tiek uzskatīts par visdaudzsološāko ierīci, lai veiktu kontrolētu termonukcijas sintēzi.

Ierīce

Tokamak ir toroidāla vakuuma kamera, kurā spoles ir brūces, lai radītu (toroidal) magnētiskais lauks. No vakuuma kameras vispirms sūknēja gaisu un pēc tam piepildiet to ar deitērijas un tritija maisījumu. Tad, izmantojot induktoru, kamerā tiek izveidots Vortex elektriskais lauks. Induktors ir galvenais tinums lielu transformatoru, kurā Tokamak kamera ir sekundārā tinumu. Elektriskais lauks izraisa strāvas plūsmu un aizdedzi plazmas kamerā.

Strāvas plaisā caur plazmu veic divus uzdevumus:

Uzkarsē plazmu tāpat kā jebkurš cits diriģents (ohmiskā apkure) tiktu apsildīta.
- Izveido magnētisko lauku ap sevi. Šo magnētisko lauku sauc poloidāls (t.i. virzīts pa līnijām, kas iet caur sfēriskās koordinātu sistēmas stabiem).

Magnētiskais lauks izspiež pašreizējo plūsmu caur plazmu. Rezultātā veidojas konfigurācija, kurā skrūvju magnētiskās elektropārvades līnijas "aptiniet" plazmas vadu. Tajā pašā laikā, solis rotācijas laikā toroidālā virzienā nesakrīt ar piķi poloidālā virzienā. Magnētiskās līnijas ir atvienotas, tās ir bezgalīgi savainotas daudzas reizes ap Thorah, veidojot t. N. "Magnētiskās virsmas" toroidālā formā.

Poloidālā lauka klātbūtne ir nepieciešama stabilai plazmas saglabāšanai šādā sistēmā. Tā kā tas ir izveidots, palielinot pašreizējo induktoru, un tas nevar būt bezgalīgs, laiks stabilai pastāvēšanas plazmas klasiskajā Tokamakā ir ierobežota. Lai pārvarētu šo ierobežojumu, tiek izstrādāti papildu veidi, kā saglabāt strāvu. Lai to izdarītu, var izmantot injekciju paātrinātā neitrālā deitērija vai tritija atomu vai mikroviļņu starojuma plazmā.

Papildus toroidālajām spolēm, lai kontrolētu plazmas vadu, ir nepieciešami poloidālā lauka ruļļi. Tie ir gredzenu spoles, ap Tokamak kameras vertikālo asi.

Gandrīz apkure strāvas plūsmas dēļ nav pietiekami, lai uzsildītu plazmu uz temperatūru, kas nepieciešama, lai īstenotu termo kodolreakcija. Papildu apkurei mikroviļņu starojums tiek izmantots t. N. rezonanses frekvences (piemēram, sakrīt ar ciklotrona frekvenci vai elektroniem vai joniem) vai ātru neitrālu atomu injekcijas.

Kontrolēta termonukcijas sintēze

Saule - dabīgais termoksāro reaktors

Kontrolēta termoksāro sintēze (TTS) - vairāk smago atomu kodolu sintēze no plaušām, lai iegūtu enerģiju, kas tiek pārvaldīta, atšķirībā no sprādzienbīstamās termiskā sintēzes sintēzes (izmanto tHERMONUCLEARE IEROČI). Kontrolētā termiskā sintēze atšķiras no tradicionālās kodolenerģijas, jo tā izmanto bojājuma reakciju, kura laikā vairāk gaismas kodoli tiek iegūti no smagajiem kodoliem. Galvenās kodolreakcijas, kas tiek plānotas izmantot, lai veiktu pārvaldītu termoksāro sintēzi, deitērija (2H) un tritijs (3H), un tālākā hēlija-3 (3HE) perspektīvā.

Termonukleārās sintēzes liktenis

Ideja izveidot termonukleārā reaktoru radās 1950. gados. Tad tika nolemts to atteikties, jo zinātnieki nevarēja atrisināt daudzas tehniskas problēmas. Pirms vairāku gadu desmitiem ir pagājuši zinātnieks izdevās "piespiest" reaktoru ražot jebkuru termala enerģiju.

Starptautiskā termonukleārraktora (ITER) shēma

1985. gadā Ženēvā tika pieņemts lēmums par starptautiskā termonukleārā reaktora (ITER) izstrādi. Projekts ietver PSRS, Japānu, ASV, vienoto Eiropu un Kanādu. Pēc 1991. gada Kazahstāna pievienojās dalībniekiem. 10 gadus daudzi nākotnes reaktora elementi izdevās veikt attīstīto valstu militārajos uzņēmumos. Piemēram, Japānā izstrādāja unikālu robotu sistēmu, kas spēj strādāt reaktorā. Krievija ir izveidojusi virtuālo instalēšanas iespēju.

1998. gadā Amerikas Savienotās Valstis politisku iemeslu dēļ pārtrauca finansēt savu dalību projektā. Pēc tam, kad republikāņu ieradās valstī, un ventilatora barošanas pārtraukumi sākās Kalifornijā, Buša administrācija paziņoja par investīciju pieaugumu enerģētikas nozarē. Dalība ASV starptautiskajā projektā neplānoja un nodarbojas ar savu termonukleāro projektu. 2002. gada sākumā prezidenta Buša padomnieks John Marburger III norādīja, ka Amerikas Savienotās Valstis ir mainījušās un plānojāt atgriezties projektā.

Projekts dalībnieku skaita salīdzinājumā ar citu lielāko starptautisko zinātnisko projektu - International kosmosa stacija. ITER izmaksas, kas iepriekš sasniedza $ 8 miljardus, bija mazāk nekā 4 miljardi. Amerikas Savienoto Valstu dalībnieku izejas rezultātā tika nolemts samazināt reaktora jaudu ar 1,5 GW līdz 500 MW. Attiecīgi "zaudētais svars" un projekta cena.

2002. gada jūnijā Krievijas galvaspilsētā notika ITER simpozijs Maskavā. Tā apsprieda projekta atdzimšanas teorētiskās, praktiskās un organizatoriskās problēmas, kura veiksme ir spējīga mainīt cilvēces likteni un dot to jaunais veids Enerģētika attiecībā uz efektivitāti un efektivitāti, salīdzināms tikai ar Saules enerģiju.

Ja dalībnieki vienojas par būvlaukumu un tās būvniecības sākumu, pēc tam, saskaņā ar akadēmiķa Velikova prognozi, līdz 2010. gadam tiks iegūta pirmā plazma. Tad būs iespējams uzsākt pirmo termonukcijas elektrostacijas būvniecību, kas ar labvēlīgu sakritību var dot pirmo strāvu 2030. gadā.

2003. gada decembrī, zinātnieki, kas piedalījās ITER projektā, kas pulcējās Vašingtonā, lai beidzot noteiktu vietu tās turpmāko būvniecību. Ziņu aģentūra FrpsPress atbildēja ar atsauci uz vienu no sanāksmes dalībniekiem, ka lēmums tika veikts 2004. gadā. Nākamās sarunas par šo projektu notiks 2004. gada maijā Vīnē. Reaktors sāks izveidot 2006. gadā un plāno uzsākt 2014. gadā.

Darbības princips

Thermoticuclear sintēze ir lēts un videi draudzīgs ieguves enerģijas veids. Saulē jau ir neapsaimniekotu termināriju sintēze saulē - žēlastība ir izveidota no smago izotopu ūdeņradi. Tas izšķir milzīgu enerģijas daudzumu. Tomēr uz Zemes cilvēki vēl nav iemācījušies pārvaldīt šādas reakcijas.

Plazma termonukleārā reaktorā

Ūdeņraža izotopi tiks izmantoti kā degviela ITER reaktorā. Termokonomijas reakcijas laikā enerģija tiek atbrīvota, savienojot gaismas atomus smagākiem. Lai to panāktu, ir nepieciešams uzsildīt gāzi līdz pat 100 miljoniem grādu temperatūrai - daudz augstāka temperatūra Saules centrā. Gāze šādā temperatūrā pārvēršas par plazmu. Ūdeņradītāja atomu atomi tiek noņemti, pārvēršas par hēlija atomiem, atbrīvojot lielu skaitu neitronu. Elektrostacija, kas darbojas šajā principā, izmantos neitronu enerģiju, palēnināja blīvās vielas slāni (litijs)

Station būvniecība prasīs vismaz 10 gadus un 5 miljardus ASV dolāru. Par prestižo tiesībām būt dzimtene enerģētikas gigantā, Francijā un Japānā konkurē.

Ēkas vieta

Kanāda, Japāna, Spānija un Francija veica reaktoru ar ieteikumiem.

Kanāda pamato nepieciešamību izvietot reaktoru savā teritorijā ar to, ka šajā valstī ir nozīmīgi tritija krājumi, kas ir atkāpšanās no kodolenerģijas. ThermeteConlearreedor būvniecība ļaus viņiem tos atbrīvoties.

Japānā, saskaņā ar aģentūras "Kiodo Tsuchin", trīs prefektūras veica izmisīgu cīņu par tiesībām izveidot reaktoru. Tajā pašā laikā Hokaido ziemeļu salas iedzīvotāji iebilda pret viņu uz viņu zemi.

Šā gada novembrī Eiropas Savienība ieteica franču pilsēta Kadarash kā nākotnes būvniecības vietu. Tomēr kā balsojums iet, ir grūti paredzēt. Paredzams, ka eksperti pieņems lēmumu, pamatojoties uz tīri mērķi zinātniskie faktiTomēr politiskais fons var ietekmēt arī balsošanu. Amerikas Savienotās Valstis jau ir runājušas pret Francijas reaktora būvniecību, atgādinot par tās sadalīšanas uzvedību konflikta laikā Irākā.

"Mums ir pastāvoša zinātniskā un tehniskā struktūra, kompetence un pieredze, kas ir galvotājs precizitāti termiņu," teica Francijas pētniecības ministrs.

Japānai ir arī vairākas priekšrocības - Roccaso Moore atrodas blakus ostai un blakus ASV militārajai bāzei. Turklāt japāņi ir gatavi ieguldīt daudz vairāk naudas projektā nekā Francija. "Ja Japāna ir izvēlēta, mēs segsim visus nepieciešamos izdevumus," sacīja Japānas zinātnes un izglītības ministrs.

Francijas valdības pārstāvis ziņoja par reportieriem, ka viņam bija "ļoti intensīvas sarunas par augsts līmenis" Tomēr saskaņā ar dažiem datiem visas valstis, kas nav Eiropas Savienība, ir vēlamas Japānā nekā Francija.

Vides drošība

Jauna uzstādīšana, pēc zinātnieku domām, ir videi draudzīga, nevis strādā šodien kodolreaktori. Hēlija veidojas kā izlietots degviela uzstādot iter, nevis tās izotopus, kas jāglabā īpašās glabāšanas iekārtās desmitiem gadu.

Zinātnieki uzskata, ka šādas elektrostacijas degvielas rezerves ir praktiski neizsmeļamas - deitērija un tritijs ir viegli iegūst no jūras ūdens. Kilograms šo izotopu var piešķirt tik daudz enerģijas kā 10 miljoni kg organiskā degvielas.

Tokamaka (toroidālā kamera ar magnētiskajām spolēm) - toroidālā uzstādīšana plazmas magnētiskajam saglabāšanai, lai sasniegtu nosacījumus, kas nepieciešami kontrolētā termiskā sintēzes plūsmai. Plazma Tokamakā nav kameras sienas, kas var izturēt temperatūru tikai noteiktam ierobežojumam, bet īpaši izveidots magnētiskais lauks. Salīdzinot ar citām iekārtām, kas izmanto magnētisko lauku, lai turētu plazmu, Tokamak iezīme ir elektriskā strāvas izmantošana, kas plūst caur plazmu, lai izveidotu poloidālu lauku, kas nepieciešams kompresijas, iesildīšanās un plazmas līdzsvara saglabāšanai. Tas jo īpaši atšķiras no zvaigžņu, kas ir viena no alternatīvajām atskaitīšanas shēmām, kurās tiek radītas gan toroidālās, gan poloņoelpas lauki, izmantojot magnētiskās spoles. Bet, tā kā plazmas pavediens ir piemērs nestabilai līdzsvaram, Tokamak projekts vēl nav īstenots, un tas ir ārkārtīgi dārgu eksperimentu posmā par iekārtu komplikāciju.

Jāatzīmē arī tas, ka atšķirībā no sadalīšanas veida reaktoriem (no kuriem katrs sākotnēji tika izstrādāts un tika izstrādāts atsevišķi tās valstīs), Tokamak pašlaik ir kopīgi izstrādāts Starptautiskā ietvaros zinātniskais projekts Iter.

Magnētiskais lauks Tokamak un straumē.

Vēsture

PSRS pastmarka, 1987.

Priekšlikums izmantot pārvaldīto termonomisko sintēzi rūpnieciskiem nolūkiem un īpašu shēmu, izmantojot augstas temperatūras plazmas siltumizolāciju elektriskais lauks Vispirms Padomju fiziķis O. A. Lavrentievs tika formulēts 1950. gada vidū. Šis darbs kalpoja kā katalizators padomju pētījumiem par kontrolētu termonukcijas sintēzes problēmu. A. D. Saharovs un I. E. Tamm 1951. gadā ierosināja mainīt shēmu, ierosinot teorētisko bāzi termonukleārā reaktora, kur plazmā būtu forma torusa un saglabāt magnētisko lauku.

Terminu "Tokamak" vēlāk izgudroja Igors Nikolajevich Golovins, akadēmiķa Kurčatova students. Sākotnēji viņš izklausījās kā "Tokamag" - samazinājums no vārdiem "toroidālā kamera magnētiskā", bet N. A. Yavlinsky, autors pirmās toroidālās sistēmas, ierosināja aizstāt "mag" uz "mak" par klusumu. Vēlāk šo vārdu aizņēmās daudzas valodas.

Pirmais Tokamak tika uzcelts 1955. gadā, un uz ilgu laiku Tokamaki pastāvēja tikai PSRS. Tikai pēc 1968. gada, kad T-3 Tokamak, uzcelta Atomenerģijas institūtā. I. V. Kurchatova akadēmiķa L. A. Arzimoviča vadībā plazmas temperatūra sasniedza 10 miljonus grādu, un angļu zinātnieki ar savu aprīkojumu apstiprināja šo faktu, kurā viņš sākotnēji atteicās ticēt pasaulei, sākās Tokamakova īstais uzplaukums. Sākot no 1973. gada, Plazmas fizikas pētniecības programmu Tokamakov vadīja Kadomtsev Boris Borisovičs.

Pašlaik Tokamak tiek uzskatīts par visdaudzsološāko ierīci, lai veiktu kontrolētu termonukcijas sintēzi.

Ierīce

Tokamak ir toroidāla vakuuma kamera, kas spoles ir brūces, lai izveidotu toroidālu magnētisko lauku. No vakuuma kameras vispirms sūknēja gaisu un pēc tam piepildiet to ar deitērijas un tritija maisījumu. Tad ar induktora palīdzību kamerā rada virpulis elektrisko lauku. Induktors ir galvenais tinums lielu transformatoru, kurā Tokamak kamera ir sekundārā tinumu. Elektriskais lauks izraisa strāvas plūsmu un aizdedzi plazmas kamerā.

Strāvas plaisā caur plazmu veic divus uzdevumus:

uzsilda plazmu tāpat kā jebkurš cits diriģents (ohmiskā apkure) tiktu apsildīta;

izveido magnētisko lauku ap sevi. Šo magnētisko lauku sauc poloidāls (tas ir, virzienā pa līnijām, kas iet caur sfēriskās koordinātu sistēmas stabiem).

Magnētiskais lauks izspiež pašreizējo plūsmu caur plazmu. Rezultātā veidojas konfigurācija, kurā skrūvju magnētiskās elektropārvades līnijas "aptiniet" plazmas vadu. Tajā pašā laikā, solis rotācijas laikā toroidālā virzienā nesakrīt ar piķi poloidālā virzienā. Magnētiskās līnijas ir atvērtas, tās ir bezgalīgi savītas ap Thorah, veidojot tā sauktās "magnētiskās virsmas" toroidālās formas.

Poloidālā lauka klātbūtne ir nepieciešama stabilai plazmas saglabāšanai šādā sistēmā. Tā kā tas ir izveidots, palielinot pašreizējo induktoru, un tas nevar būt bezgalīgs, laiks stabilai pastāvēšanas plazmas klasiskajā Tokamakā ir ierobežota. Lai pārvarētu šo ierobežojumu, tiek izstrādāti papildu veidi, kā saglabāt strāvu. Lai to izdarītu, var izmantot injekciju paātrinātā neitrālā deitērija vai tritija atomu vai mikroviļņu starojuma plazmā.

Papildus toroidālajām spolēm, lai kontrolētu plazmas vadu, ir nepieciešami poloidālā lauka ruļļi. Tie ir gredzenu spoles ap Tokamak kameras vertikālo asi.

Gandrīz apkure pašreizējās plūsmas dēļ nav pietiekami, lai uzsildītu plazmu līdz temperatūrai, kas nepieciešama termokonukcijas reakcijas īstenošanai. Papildu apkurei mikroviļņu starojums tiek izmantots tā sauktajās rezonanses frekvencēs (piemēram, sakrīt ar ciklotrona frekvenci vai elektroniem vai joniem) vai ātru neitrālu atomu injekciju.

Tokamaki un to īpašības

Kopumā pasaulē tika uzcelti aptuveni 300 tokamaki. Zemāk ir lielākie no tiem.

PSRS un Krievija

T-3 ir pirmais funkcionālais aparāts.

T-4 - paplašināta T-3 versija

T-7 ir unikāla iekārta, kurā pirmo reizi pasaulē ir salīdzinoši liela magnētiskā sistēma ar supravadošu solenoidu, pamatojoties uz alvas niobatu dzesēšanu ar šķidro hēliju. T-7 galvenais uzdevums tika pabeigts: tika sagatavots perspektīva nākamās paaudzes sedconducting Solenoids termonomijas enerģijas.

T-10 un PLT - nākamais solis pasaules termonomisko pētījumu laikā, tie ir gandrīz vienāda izmēra vienāda ar varu, ar tādu pašu atklāšanas koeficientu. Un iegūtie rezultāti ir identiski: Termonukleāro sintēzes temperatūra tika sasniegta gan reaktoros, un VRG saskaņā ar Louuson kritēriju ir 200 reizes.

T-15 - Šodienas reaktors ar supravadošu solenoīdu, sniedzot indukcijas lauku 3.6 T.

Ķīna

East - atrodas Hefei, Anhui provincē. Tokamak pārsniedza Louuson kritēriju aizdedzes ziņā, enerģijas produkcijas koeficients ir 1,25

Oriģinālu pieņem W. tnenergy. Līdz Tokamaka fizikai uz pirkstiem

Šķiet, ka ir pienācis laiks veikt noteiktu Libez par Tokamakova un fiziķu fizikā, kā arī. Ideja veikt kontrolētu termonukcijas sadegšanu ar magnētisko saglabāšanu bija knocking 60 gadus vecs, un daudzi brīnumi "un kur ir atmaksa, kas tērēta pētniecībai?", "Kur ir apsolītais tīras un lētas enerģijas avots?". Ir pienācis laiks redzēt, kādi fiziķi ir šodien. Šajā rakstā es nepieskartos citām iekārtām, izņemot Tokamakovu, bet mēs aplūkojam problēmas, kas saistītas ar apkures, plazmas saglabāšanu, tās nestabilitāti, piezemju tritija, izredzēm un pat kaut kur jautājuma vēsturi.

Likbez

Ja jūs lietojat 2 neitronus un 2 protonus un no tiem veiciet ļoti daudz enerģijas. VienkāršiĻoti daudz enerģijas - no katra kilogramu galagela hēlija - līdzvērtīgs dedzināšanai 10 000 000 Fazīna kilograms. Ar šādu izmaiņu mērogā enerģijas saturu, mūsu intuīcija atstās, un tas ir jāatceras, izgudrojot savu versiju termonuklearoring instalācijas.

Starp citu, saulē iet citi Thermeticlear reakcija, kas nav rafinēta uz Zemes.

Vieglākais veids, kā iegūt šo enerģiju, ir veikt kodolsintēzes reakciju (vai sintēzi) D + T -\u003e HE4 + N + 17,6 MEV. Diemžēl - atšķirībā no Ķīmiskās reakcijas, testa caurulē tas nav iet. Bet tas ir labi, ja tritija un deitērijas siltuma maisījums uz 100 miljoni Grāds. Tajā pašā laikā atomi sāk lidot tik ātri, ka tad, kad inerci nesaņem, Coulomb zona ir izkaisīta un apvienota lolotajā hēlijā. Enerģija izceļas formā, tāpēc runāt, fragmenti - ļoti ātrs neitrons, 80% piederība Enerģija un nedaudz mazāka par Hēlija straujo kodolu (Alpha daļiņas). Protams, ar "darba" temperatūru, visa viela - plazma, t.i. Atomi pastāv atsevišķi no elektroniem. Jebkurš tukšs elektrons tiks zaudēts pirmajā sadursmē tik enerģiski kustīgu vielu.

Šajā vietā katrs pašcieņu popularizētājs ievieto šo attēlu.

Reakcijas ātrums (un attiecīgi enerģijas atbrīvošana) ir atkarīga no diviem parametriem - temperatūrai, tai jābūt ne mazāk ~ 50 miljoni s, un labāk 100-150un plazmas blīvums. Ir skaidrs, ka blīvā plazmā deitērijas un tritija atomu sadursmes varbūtība ir augstāka nekā izlādētā veidā.

Galvenā problēma ar šādu "reakcijas maisījumu" atdzesē pie brutālā tempā. Tāpēc bruting, ka viena no pirmajām problēmām bija vienkārši uzsildīt viņas vismaz 1 mikrosekundes līdz 100 miljoniem. Jūs lietojat 10 miligramus ūdeņraža plazmā, piemērojiet apkures jaudu 10 megavatos ... un tas nav uzsildīts.

Apkure un plazmas tīrība

Korejas Kstar tokamak darbā. Augstākās un netīrās daļas plazmas ir kvēlojošs.

Tīrā plazmā, apkure, apkure ar radiofrekvenču starojumu, ātru neitrālu daļiņu injekcija līdz 70. gadu beigām izdevās sasniegt lolotākos 100 miljonus grādus. Bet, ja mēs vēlamies iegūt iestatījumu, kas dod elektroenerģiju, un ne izstarojot to trīs rīkles, mums ir nepieciešams, ka termonukleārā reakcija izcelt pietiekami daudz enerģijas, lai siltu sevi. Vispārīgi runājot, termonukleāro dedzināšana, var strādāt ar lielisku apkuri, pat ārējai sildīšanai nav nepieciešams šis režīmsaizdedzes plazma. Problēma ir tā, ka tikai noplūdenedaudz lielāks siltuma daudzums, nekā gaidījāt, mūsu termonukleārā reakcija tiek nekavējoties izslēgta, un viss atkal kļūst auksts. Bet kontrolei mēs varam izmantot ļoti nelielu siltumapgādes sistēmu īpatsvaru - daudzsološajos reaktoros, viņi vēlas sasniegt režīmus 1/50 Kopējā jauda, \u200b\u200bun ITER - 1/10 . Siltuma izkliedes koeficients no termiskiārā reakcijas uz ieguldīto siltumu norāda ar burtu Q..

Atpakaļ no dzīves plazmas: ja stabilizācijas sadalījums, mēs redzam, kā pieskaroties sienām un dzesēšanas plazmas ātri zaudē siltumu.

Kas jums nepieciešams, kas būtu plazmas dot daudz termonuklear siltuma? Kā jau teicu iepriekš - pietiekams blīvums, proti, 10 ^ 20-10 ^ 21 daļiņas uz kubiskais centimetrs. Šajā gadījumā enerģijas atbrīvošanas spēks izrādīsies vairāki (līdz 10) megavatu uz plazmas kubikmetru. Bet, ja mēs palielināsim plazmas blīvumu, tad mēs augam savu spiedienu - mūsu mērķim blīvumā un temperatūrā tas būs ~ 5 atmosfēra. Izaicinājums saglabāt šādu plazmu no iekārtas sadalīšanas un kušanas (un tajā pašā laikā tiešā siltuma pārnešana uz sienām - mēs cīnāmies par katru džoulu!) - Tertia un galveno problēmu.

Enerģijas atbrīvošanas jauda (megavatu uz kubikmetru) dažādos blīvumos un temperatūrās.

Magnētiskā aizture (configument).

Par mūsu laimi plazmas mijiedarbojas ar magnētisko lauku - gar tās elektropārvades līnijas pārvietojas, un pāri tas ir praktiski nē. Ja jūs izveidojat tik magnētisku lauku, kurā nav caurumu, tad plazmas būs aplis tajā uz visiem laikiem. Nu, jā, līdz tas atdziest, bet mums ir 100 milisekundes!

Šāda lauka vienkāršākā konfigurācija ir toruss ar spolēm, kurās plazmā pārvietojas aplī. Tas bija šī konfigurācija, ko izgudroja Saharovs un Tamm 1951. gadā un nosaukts " tokamak", I.e. tasroidāls kapasākums S. ma.naktis uzatushi. Izveidot tā saukto. rotācijas transformācija (pārvietojot plazmas lokā, ir jāpagriež ap kustības asi, ir nepieciešams, lai to nevarētu atdalīt ar maksām) plazmā ir nepieciešams celt gredzenu strāvu, labi to darīt viegli, jo Plazmas torusu var uzskatīt par pārvēršanos par transformatoru, un pietiek mainīt strāvu "primārajā" tinumu, kas būtu vēlamā strāva. Tātad induktors vai centrālais solenoīds tiek pievienots toroidālajām spolēm. Poloidālās spoles ir atbildīgas par papildu pagriežot toroidālo lauku un kontroli, un tāpēc mēs iegūstam magnētiskā lauka galīgo versiju, kurā ir plazma. Turklāt magnētiskais lauks neļauj plazmā pāri torus, kas rada spēcīgu temperatūras starpību no centra uz malām. Šo stāvokli sauc par magnētisko konfigurāciju.

Aptuveni jūs redzēsiet ITER teorētiķus.

Vai es varu izveidot termonukleārās elektrostacijas? Ne īsti ....

Kā mēs atceramies, plazmas spiediens ir 5 atmosfēras. Ir skaidrs, ka spiedienam magnētiskā lauka nedrīkst būt mazāk. Tomēr izrādās, ka ar salīdzināmām plazmas vērtībām, kas ir ļoti nestabils - sāk mainīt formu strauji, sasiet mezglus un izstaro uz sienām. Plazmas spiediena attiecība pret magnētiskā lauka spiedienu, ko apzīmē ar burtuβ . Izrādās, ka sākas mazāk darba režīmi β \u003d 0.05-0.07, t.i. Magnētiskā lauka spiedienam jābūt 15-20 reizēm augstākam par plazmas spiedienu. Kad 70. gadu beigās kļuva skaidrs, ka šī attiecība nebūtu pārvarēt nekādā veidā, es domāju, ka ne viens fiziķis-a-siltuma students izteica kaut ko līdzīgu "plazmas, sirdsdarbības jūs kuce." Tieši tas ir nepieciešams, lai palielinātu laukus 15-20 reizes un nodot krustu par ideju "termonuklearreaktors katrā mājā." Cienījamie, uzstādiet termoksāro reaktoru, karstos lāčus.

Plazmas kustības modelis Tokamakā. Plazmas ir stipri turbulents (traucēts), un tas palīdz viņai atdzist un nestabili rīkoties.

Nestabilitāte

Ko tas nepieciešams palielināsies 15-20 reizes laukā Salīdzinājumā ar 50x sapņiem? Nu, pirmkārt, tas ir vienkārši neiespējami. Sākotnēji Tokamak bija redzams ar lauku 1.5-2 Tesla (un atbilstošais plazmas spiediens 10-15 atmosfērā) un β \u003d 1, un patiesībā, lai turētu šādu plazmu, tas būtu nepieciešams 30-40 Tesla . Šādi lauki nebija sasniedzami 60. gados, un šodien ierakstīt Stacionārais lauks - 33 Tesla tilpumā ar stiklu. Tehniskais limits ir noteikts ITER: plazmas tilpumā - 5-6 tonnas uz malas - 8-9 T., attiecīgi, spiediens un plazmas blīvums reālajā vidē ir mazāks par to, kas domāja 50x. Un, ja mazāk, tad viss ir daudz sliktāks. Un pēc apsildāmiem sliktāk, plazma atdziest ātrāk un ... labi, jūs saprotat.

Tomēr ar siltuma noplūdi ir iespējams risināt ļoti primitīvu metodi - palielināt reaktora lielumu. Šajā gadījumā plazmas apjoms pieaug kā kubs, un plazmas virsmas laukums, caur kuru enerģija ir noplūdis - kā kvadrāts. Izrādās lineārais uzlabojums siltumizolācijā. Tāpēc, ja pirmajam Tokamakam pasaulē bija 80 cm diametrs, un ITER ir diametrs ~ 16 metru un 10 000 reižu vairāk. Un tas joprojām nav pietiekams rūpnieciskajam reaktoram.

Tocomacoperatori vienojas par "maz".

Vispārīgi runājot, termonukleārā plazma bija ārkārtīgi vētraina viela, kurā daži "dzīve" pastāvīgi radās, dažas vibrācijas un svārstības, kas parasti nezināja kaut ko labu. Tomēr 82. gadā nestabilitāte tika atklāta nejauši, kas noveda pie asas (2 reizes!) Siltuma noplūde no torusa. Šis režīms tika nosaukts H-Mode, un tagad tiek plaši izmantoti visi Tokamaks. Starp citu, tas pats gredzena strāva, kas tiek izveidots plazmā, lai to turētu toroidālā jomā, ir daudzu no šīm nestabilākajām, t.sk. Ļoti nepatīkama plazma met vai uz leju uz sienām. Cīņa par ilgtspējīgu plazmas apsaimniekošanu aizkavējās 30 gadus, un tagad ITER, piemēram, ir plānots, ka tikai 5 palaišanas 1000 beigsies ar traucējumiem kontroli.

Starp citu, procesā cīņā par stabilitāti Tokamaki tērauda stiepjas vertikāli. Izrādījās, ka D-veida plazmas sadaļa uzlabo savu uzvedību un ļauj jums pacelt beta. Tagad ir zināms, ka visvairākliels darba beta un stabilākā plazma - sfēriskajā Tokamakovā (tām ir vertikāla stiepjas maksimāli pie diametrā), salīdzinot ar jauno virzienu Tokamac struktūru. Iespējams, ka viņu straujais progress novedīs pie tā, ka pirmais termonāro elektrostaciju aprīkots ar šādu mašīnu, nevis klasisku torusu.

Sfērisks Tokamak ir jauns iemesls, lai pieprasītu vairāk naudas.

Neitroni un tritijs

Pēdējā tēma, kurai jāsaprot, lai saprastu Tokamak fizikas problēmas, lai saprastu neitronus. Kā jau teicu, visvieglāk sasniedzamā reakcija D + T -\u003e HE4 + N Neitroni veic 80% no hēlija kodola dzimšanas laikā izlaistās enerģijas. Neitroni nerūpējas par magnētisko lauku, un tie ir izkaisīti visos virzienos. Tajā pašā laikā viņi ņem enerģiju, ko mēs aprēķinājām, lai uzliktu plazmas apkurei. Tāpēc, starp citu, dibināšanas tēvi virzienam vairāk domāja par reakciju D + D -\u003e P (n) + t (HE3), kurā neitroni tiks veikti 15% enerģijas. Bet, diemžēl, D + D, liela temperatūra ir 10 reizes, 10 reizes lielāks lauks vai 3 reizes lielāks reaktors. Tātad, neitronu plūsma no termonukleārā reaktoramilzīgs. Tas pārsniedz ātrās reaktoru plūsmu simts reizes ar tādu pašu enerģijas izlaidumu, un vissvarīgākais - neitroni ar enerģiju 14,6 MEV par daudzu destruktīvu neitroniem ātrās reaktoriem ar enerģiju 0,5-1 MeV.

Šī ITER kameru sadaļa pēc gada darbs. Atšķiras - izraisītais starojums ar neitroniem, ZAVAS stundā. Tiem. 45700 p / h centrā. Par laimi, diezgan ātri nokrīt.

No otras puses, neitroni ir diezgan enerģiski bremzējot ūdenī un absorbē daudzi materiāli, t.i. Mēs varēsim šaut siltumenerģija Thermokucollear sadegšana nav plakana virsma, kas vērsta pret plazmu, bet ūdens apvalks apkārt. Turklāt enerģiski neitroni ir viegli pārvērsties par lielāku neitronu skaitu ar mazāk enerģijas (lidojot caur atomu, teiksim, berilijs viņi izspiež citu neitronu no tā, zaudējot enerģiju BE9 + N -\u003e BE8 + 2N. Un šie neitroni ir litija uzsūcas ar to transformāciju Tritijā. Tādējādi jautājums ir "un kur mūsu reaktors ņems tritijs." ITER, starp citu, 6 pieredzējušas segas iespējas tiks pārbaudītas, kas notiks tritijā no litija . Par pašpietiekamību, tas pat nenāk ārā, bet perspektīvā pat šie pieredzējuši tukši bloki var aizvērt līdz 10% ITER vajadzībām.

Pieredzējis bunkura dizaina tēls ar brūnu (TBM). Šķiet, ka šāds sega būs termonuklear stacija vieglāk.

Apkopošana

Visu tā morāle ir dabas likumi bieži vien nav zināmi iepriekš un var būt diezgan viltīgi. Tikai vairākas plazmas uzvedības nianses noveda pie reaktora piepūšanas, lai iegūtu enerģiju no darbvirsmas instrumenta uz Monstroscale kompleksu 16 miljardu ASV dolāru vērtībā. Visbiežāk interesanti ir tas, ka izpratne par to, kā padarīt Tokamaku ar aizdedzi parādījās 80. gadu beigās, t.i. Pēc 30 gadu plazmas pētījumiem. Piemēram, 1996. gadā izveidotais pirmais ITER projekts bija aizdedzes reaktors 1,5 siltuma gigavatā. Tomēr termonukleārās elektrostacija bija tik labvēlīga, ka tas bija nepieciešams ļoti liela mēroga bloka, neatkarīgi no viņa samaksājis. Nu, piemēram, 10 gigavatt. Vismaz 10 šādu spēkstaciju būvniecība, lai samazinātu Tokamakostroitage nozares izveides izmaksas. Šādi skalas neietilpst nevienā pasaules enerģijā, tāpēc tehnoloģija tika atlikta līdz labākiem laikiem. Neatkarīgi no tā, kas nezaudē svaru, tehnoloģiju, cilvēkus, politiķi piekrita minimālajam priekšmeta finansējumam dārgas starptautiskās ITER būvniecības veidā un duci pētniecības augi ir ļoti mazāki. Šo izdevumu uzdevums ir spēt ātri (labi, vismaz 15 gadu laikā) izvilkt šādu enerģijas alternatīvu no čulānas, ja pēkšņi viņa būs nepieciešama ...

Gaiša nākotne

Starp citu, par tehnoloģijas gatavību. Šodien, maksimālais eksperimentāli sasniegtais Q \u003d 0.7 1997. gadā par strūklas uzstādīšanu un tāmi (auto strādāja pie deitērija, nevis uz deitērija tritijs) uz Tokamak JT-60U Q \u003d 1.2. ITER ir plānots Q \u003d 10, un par rūpniecisko reaktoru 50-100. Jo augstākais q, jo ekonomiskākais elektrostacija ir iegūta, bet, kā mēs tagad zinām, jo \u200b\u200bvairāk ambiciozu savu reaktora uzstādīšanas lielumu, jo vairāk monstrues tās magnēti, un jo lielāka cena neveiksmes jebkuru no 10 miljoniem daļu , no kura mūsdienu Tokamak gatavojas ...

P.S. Nāc manā emuārā, man ir dažas ziņas par ITER būvniecību.

P.P.S. Ja kādam ir vajadzīgs tutēšanas pamācība bez vienkāršošanas, tad

Lai sasniegtu apstākļus, kas nepieciešami plūsmai. Plazmas Tokamakā tiek veikta ne ar kameras sienām, kas nespēj izturēt temperatūru, kas nepieciešama termonukcijas reakcijām, bet īpaši izveidots kombinēts magnētiskais lauks - toroidāls ārējais un poloidāls lauks, kas plūst caur plazmas vadu. Salīdzinot ar citām iekārtām, izmantojot magnētisko lauku, lai turētu plazmu, elektriskā strāva izmantošana ir galvenā iezīme Tokamaka. Strāvas plazma nodrošina plazmas iesildīšanu un saglabāšanu plazmas vadu līdzsvara vakuuma kamerā. Šis Tokamak, jo īpaši atšķiras no zvaigžņu, kas ir viena no alternatīvajām atskaitīšanas shēmām, kurās tiek radītas gan toroidālie, gan poloņoelīvie lauki, izmantojot ārējās magnētiskās spoles.

Tokamak reaktors pašlaik tiek izstrādāts ietvaros starptautiskā zinātniskā projekta ITER.

Vēsture

Priekšlikums izmantot pārvaldīto termonomisko sintēzi rūpnieciskiem nolūkiem un īpašu shēmu, izmantojot siltumizolāciju augstas temperatūras plazmas ar elektrisko lauku, pirmo reizi tika formulēti Padomju fiziķis O. A. Lavrentiev 1950. gada vidū. Šis darbs kalpoja kā katalizators padomju pētījumiem par kontrolētu termonukcijas sintēzes problēmu. A. D. Saharovs un I. E. Tamm 1951. gadā ierosināja mainīt shēmu, ierosinot teorētisko bāzi termonukleārā reaktora, kur plazmā būtu forma torusa un saglabāt magnētisko lauku. Tajā pašā laikā amerikāņu zinātnieki ierosināja to pašu ideju, bet "aizmirst" līdz 1970. gadiem.

Pašlaik Tokamak tiek uzskatīts par visdaudzsološāko ierīci, lai veiktu kontrolētu termonukcijas sintēzi.

Ierīce

Tokamak ir toroidāla vakuuma kamera, kas spoles ir brūces, lai izveidotu toroidālu magnētisko lauku. No vakuuma kameras vispirms sūknēja gaisu un pēc tam piepildiet to ar deitērijas un tritija maisījumu. Tad ar palīdzību induktors Kamijā izveido virpulis elektrisko lauku. Induktors ir galvenais tinums lielu transformatoru, kurā Tokamak kamera ir sekundārā tinumu. Elektriskais lauks izraisa strāvas plūsmu un aizdedzi plazmas kamerā.

Strāvas plaisā caur plazmu veic divus uzdevumus:

• uzsilda plazmu tāpat kā jebkurš cits diriģents (ohmiskā apkure) tiktu apsildīta;
• rada ap sevi magnētisko lauku. Šo magnētisko lauku sauc par poloprojānisks (Tas ir, režisors pa līnijām, kas iet cauri stabi Sfēriskā koordinātu sistēma).

Magnētiskais lauks izspiež pašreizējo plūsmu caur plazmu. Rezultātā veidojas konfigurācija, kurā skrūvju magnētiskās elektropārvades līnijas "aptiniet" plazmas vadu. Tajā pašā laikā, solis rotācijas laikā toroidālā virzienā nesakrīt ar piķi poloidālā virzienā. Magnētiskās līnijas ir atvērtas, tās ir bezgalīgi savītas ap Thorah, veidojot tā sauktās "magnētiskās virsmas" toroidālās formas.

Poloidālā lauka klātbūtne ir nepieciešama stabilai plazmas saglabāšanai šādā sistēmā. Tā kā tas ir izveidots sakarā ar pieaugumu pašreizējā induktors, un tas nevar būt bezgalīgs, laiks stabilai plazmas eksistenci klasiskā Tokamak joprojām ir ierobežota līdz vairākām sekundēm. Lai pārvarētu šo ierobežojumu, tiek izstrādāti papildu veidi, kā saglabāt strāvu. Lai to izdarītu, var izmantot injekciju paātrinātā neitrālā deitērija vai tritija atomu vai mikroviļņu starojuma plazmā.

Papildus toroidālajām spolēm, lai kontrolētu plazmas vadu, papildus poloidālā lauka spoles. Tie ir gredzenu spoles ap Tokamak kameras vertikālo asi.

Tikai apkure vienatnē strāvas plūsmas dēļ nav pietiekami, lai uzsildītu plazmu līdz temperatūrai, kas nepieciešama, lai īstenotu termonomisko reakciju. Papildu apkurei mikroviļņu starojums tiek izmantots tā sauktajās rezonanses frekvencēs (piemēram, sakrīt ar ciklotrona frekvenci vai elektroniem vai joniem) vai ātru neitrālu atomu injekciju.

Tokamaki un to īpašības

Kopumā pasaulē tika uzcelti aptuveni 300 tokamaki. Zemāk ir lielākie no tiem.

PSRS un Krievija

Kazahstāna

• Kazahstānas Tokamak Material Science (CTM) ir eksperimentāls termalīdu uzstādīšana materiālu izpētei un testēšanai enerģijas slodzes režīmos tuvu

Wikipedia materiāls - bezmaksas enciklopēdija

Tokamak (tasroidāls kapasākums S. ma.naktis uzatushi) - toroidālā uzstādīšana plazmas magnētiskajam saglabāšanai, lai sasniegtu plūsmas apstākļus. Plazmas Tokamakā tiek veikta ne ar kameras sienām, kas nespēj izturēt temperatūru, kas nepieciešama termonukcijas reakcijām, bet īpaši izveidots kombinēts magnētiskais lauks - toroidāls ārējais un poloidāls lauks, kas plūst caur plazmas vadu. Salīdzinot ar citām iekārtām, kas izmanto magnētisko lauku plazmas saglabāšanai, elektriskās strāvas izmantošana ir Tokamak galvenā iezīme. Strāvas plazma nodrošina plazmas iesildīšanu un saglabāšanu plazmas vadu līdzsvara vakuuma kamerā. Šis Tokamak, jo īpaši atšķiras no zvaigžņu, kas ir viena no alternatīvajām atskaitīšanas shēmām, kurās tiek radītas gan toroidālie, gan poloņoelīvie lauki, izmantojot ārējās magnētiskās spoles.

Tokamak reaktors pašlaik tiek izstrādāts ietvaros starptautiskā zinātniskā projekta ITER.

Vēsture

Priekšlikums izmantot pārvaldīto termonomisko sintēzi rūpnieciskiem nolūkiem un īpašu shēmu, izmantojot siltumizolāciju augstas temperatūras plazmas ar elektrisko lauku, pirmo reizi tika formulēti Padomju fiziķis O. A. Lavrentiev 1950. gada vidū. Šis darbs kalpoja kā katalizators padomju pētījumiem par kontrolētu termonukcijas sintēzes problēmu. A. D. Saharovs un I. E. Tamm 1951. gadā ierosināja mainīt shēmu, ierosinot teorētisko bāzi termonukleārā reaktora, kur plazmā būtu forma torusa un saglabāt magnētisko lauku. Tajā pašā laikā amerikāņu zinātnieki ierosināja to pašu ideju, bet "aizmirst" līdz 1970. gadiem.

Pašlaik Tokamak tiek uzskatīts par visdaudzsološāko ierīci, lai veiktu kontrolētu termonukcijas sintēzi.

Ierīce

Tokamak ir toroidāla vakuuma kamera, kas spoles ir brūces, lai izveidotu toroidālu magnētisko lauku. No vakuuma kameras vispirms sūknēja gaisu un pēc tam piepildiet to ar deitērijas un tritija maisījumu. Tad ar palīdzību induktors Kamijā izveido virpulis elektrisko lauku. Induktors ir galvenais tinums lielu transformatoru, kurā Tokamak kamera ir sekundārā tinumu. Elektriskais lauks izraisa strāvas plūsmu un aizdedzi plazmas kamerā.

Strāvas plaisā caur plazmu veic divus uzdevumus:

• uzsilda plazmu tāpat kā jebkurš cits diriģents (ohmiskā apkure) tiktu apsildīta;
• rada ap sevi magnētisko lauku. Šo magnētisko lauku sauc par poloprojānisks (Tas ir, režisors pa līnijām, kas iet cauri stabi Sfēriskā koordinātu sistēma).

Magnētiskais lauks izspiež pašreizējo plūsmu caur plazmu. Rezultātā veidojas konfigurācija, kurā skrūvju magnētiskās elektropārvades līnijas "aptiniet" plazmas vadu. Tajā pašā laikā, solis rotācijas laikā toroidālā virzienā nesakrīt ar piķi poloidālā virzienā. Magnētiskās līnijas ir atvērtas, tās ir bezgalīgi savītas ap Thorah, veidojot tā sauktās "magnētiskās virsmas" toroidālās formas.

Poloidālā lauka klātbūtne ir nepieciešama stabilai plazmas saglabāšanai šādā sistēmā. Tā kā tas ir izveidots sakarā ar pieaugumu pašreizējā induktors, un tas nevar būt bezgalīgs, laiks stabilai plazmas eksistenci klasiskā Tokamak joprojām ir ierobežota līdz vairākām sekundēm. Lai pārvarētu šo ierobežojumu, tiek izstrādāti papildu veidi, kā saglabāt strāvu. Lai to izdarītu, var izmantot injekciju paātrinātā neitrālā deitērija vai tritija atomu vai mikroviļņu starojuma plazmā.

Papildus toroidālajām spolēm, lai kontrolētu plazmas vadu, papildus poloidālā lauka spoles. Tie ir gredzenu spoles ap Tokamak kameras vertikālo asi.

Tikai apkure vienatnē strāvas plūsmas dēļ nav pietiekami, lai uzsildītu plazmu līdz temperatūrai, kas nepieciešama, lai īstenotu termonomisko reakciju. Papildu apkurei mikroviļņu starojums tiek izmantots tā sauktajās rezonanses frekvencēs (piemēram, sakrīt ar ciklotrona frekvenci vai elektroniem vai joniem) vai ātru neitrālu atomu injekciju.

Tokamaki un to īpašības