Načelo delovanja Tokamak. Kaj je Tokamak? Termonuklearni reaktor bo odprl novo obdobje človeštvu

Tokamak (Toroidna komora z magnetnimi tuljavami) - Toroidna instalacija za magnetno zadrževanje plazme. Plazma se ne drži ob stenah komore, ki ne more prenesti njegove temperature, ampak posebej ustvarjeno magnetno polje. Značilnost Tokamaka je uporaba električnega toka, ki teče skozi plazmo za ustvarjanje pogovornega polja, potrebnega za plazemsko ravnovesje. Razlikuje se od stelaratorja, v katerem je toroidno in poloidno polje ustvarjeno z uporabo magnetne tuljave.

Zgodovina

Izraz "Tokamak" so uvedli ruski fiziki Igor Evgeneetvich Tammom in Andrei Dmitrievich Saharov v 50-ih kot zmanjšanje izraza "Toroidalna komora z magnetnimi tuljavami". Prvi Tokamak je bil oblikovan pod vodstvom akademika L. A. Arzimovič na Inštitutu za atomsko energijo. I. V. KRCHATOV v Moskvi in \u200b\u200bpokazala leta 1968 v Novosibirsku.

Trenutno se Tokamak šteje za najbolj obetavno napravo za izvajanje nadzorovane termonuklearne sinteze.

Naprava

Tokamak je toroidna vakuumska komora, na kateri so tuljave ranjene za ustvarjanje (Toroidal) magnetno polje. Iz vakuumske komore je najprej črpal zrak, nato pa ga napolnimo z mešanico deuterija in tritija. Potem, s pomočjo induktorja, se v komori ustvari vortex električno polje. Induktor je primarno navijanje velikega transformatorja, v katerem je tokamak kamera sekundarna navitje. Električno polje povzroča tok toka in vžig v plazmi.

Tok, ki teče skozi plazmo, opravlja dve nalogi:

Ogreva plazmo, kot bi se vsak drugi dirigent (ohmično ogrevanje) segreje.
- Ustvari magnetno polje okoli sebe. To magnetno polje se imenuje Poloidna (i.e. Usmerjena vzdolž črte, ki prenašajo pole sferičnega koordinatnega sistema).

Magnetno polje stisne tok, ki teče skozi plazmo. Posledično se oblikuje konfiguracija, v kateri vijačni magnetni vodniki "zavijejo" plazemski kabel. Hkrati se korak med vrtenjem v toroidni smeri ne ujema z igrišče v poloidni smeri. Magnetne linije so nedeljene, neskončno so večkrat zviti okoli Thorah, ki tvorijo t. N. "Magnetne površine" toroidne oblike.

Prisotnost pogovornega polja je potrebna za stabilno zadrževanje plazme v takem sistemu. Ker je ustvarjena s povečanjem toka v indukciji, in ne more biti neskončno, čas stabilnega obstoja plazme v klasičnem Tokamaku je omejen. Da bi premagali to omejitev, so razvite dodatne načine za vzdrževanje toka. Če želite to narediti, se lahko uporabijo vbrizgavanje v plazmi pospešenega nevtralnega deuterija ali tritijskega atoma ali mikrovalovnega sevanja.

Poleg toroidnih tuljav za krmiljenje plazemske kabla so potrebne dodatne tuljave poročnega polja. So zvonjenje, okoli navpične osi kamere Tokamaka.

Skoraj ogrevanje zaradi tekočega toka ni dovolj, da se plazma segreje na temperaturo, ki je potrebna za izvedbo Thermo jedrska reakcija. Za dodatno ogrevanje se mikrovalovna sevanje uporablja t. N. Resonančne frekvence (na primer, ki sovpada s frekvenco ciklotron ali elektronov ali ionov) ali injiciranje hitrih nevtralnih atomov.

Nadzorovano termonuklearno sintezo

Sonce - naravni termonuklearni reaktor

Nadzorovana termonuklearska sinteza (TTS) - sinteza težjih atomskih jeder iz več pljuč, da se pridobi energija, ki se upravlja v nasprotju z eksplozivno termonunalno sintezo (uporabljeno v thermonuclear orožje). Nadzorovana termonuklearna sinteza se razlikuje od tradicionalne jedrske energije v tem, da slednja uporablja reakcijo razpadanja, v katerih se iz težkih jeder doseže več svetlobnih jeder. V glavnih jedrskih reakcijah, ki se načrtujejo, da se uporabljajo za izvajanje upravljane termonuklearne sinteze, se uporabi devterij (2H) in tritij (3h), in v bolj oddaljeni perspektivi helija-3 (3HE).

Usoda termonuklearne sinteze

Zamisel o ustvarjanju termonuklearnega reaktorja, ki izvira iz petdesetih let. Potem je bilo odločeno, da ga zavrne, ker znanstveniki niso mogli rešiti številnih tehničnih težav. Več desetletij je minilo, preden je znanstvenik uspel "prisiliti" reaktor, da bi proizvedel katerokoli termolidno energijo.

Shema mednarodnega termonuklearnega reaktorja (ITER)

Odločitev o zasnovi mednarodnega termonuklearnega reaktorja (ITER) je bila sprejeta v Ženevi leta 1985. Projekt vključuje ZSSR, Japonsko, ZDA, United Europe in Kanado. Po letu 1991 se je udeležencem pridružil Kazahstan. 10 let, je veliko elementov prihodnjega reaktorja, ki se je uspelo, da bi bilo v vojaških industrijskih podjetjih razvitih držav. Na primer, na Japonskem je razvil edinstven robotski sistem, ki je sposoben delati znotraj reaktorja. Rusija je ustvarila možnost virtualne namestitve.

V letu 1998 so Združene države iz političnih razlogov prenehale s financiranjem njenega sodelovanja v projektu. Ko je republikans prišel na oblast v državi, in izpare ventilatorja so se začela v Kaliforniji, Bush Administracija je napovedala povečanje naložb v energetski sektor. Sodelujte v ameriškem mednarodnem projektu, ki ni nameravalo in se ukvarjalo s svojim termonuklearnim projektom. V začetku leta 2002 je svetovalec predsednika Bushu na tehnologijah John Marburger III izjavil, da se je Združene države spremenile in nameravajo vrniti v projekt.

Projekt v smislu števila udeležencev primerja z drugim večjim mednarodnim znanstvenim projektom - mednarodnim vesoljska postaja. Stroški ITER, ki so predhodno dosegli 8 milijard dolarjev, so potem znašali manj kot 4 milijarde. Zaradi izstopa udeležencev Združenih držav je bilo odločeno, da se zmanjša zmogljivost reaktorja z 1,5 GW na 500 MW. V skladu s tem, "izgubljena teža" in cena projekta.

Junija 2002 je bil simpozij Itera v Moskvi v ruski prestolnici. Obravnaval je teoretične, praktične in organizacijske probleme oživljanja projekta, katerih sreča je sposobna spreminjati usodo človeštva in jo dati nova vrsta Energija, v smislu učinkovitosti in učinkovitosti, primerljiva samo z energijo Sonca.

Če se udeleženci dogovorijo o gradbišču in začetku svoje gradnje, potem, po napovedi akademika Velikov, do leta 2010, bo pridobljena prva plazma. Potem bo mogoče začeti gradnjo prve termonuklearne elektrarne, ki lahko z ugodnim naključjem, prvi tok leta 2030.

Decembra 2003 so znanstveniki, ki sodelujejo v projektu ITER, v Washingtonu, da bi končno določili kraj svoje prihodnje gradnje. Novice FRPSPRESS je odgovorila s sklicevanjem na enega od udeležencev seje, da je bila odločba opravljena za leto 2004. Naslednja pogajanja o tem projektu bodo potekala maja 2004 na Dunaju. Reaktor bo začel ustvarjati leta 2006 in načrtovati, da se začne leta 2014.

Načelo delovanja

Termonuklearna sinteza je poceni in okolju prijazen način rudarske energije. Na soncu je že neupravljana termonuklearna sinteza v soncu, ki je nastala iz težkega izotopa vodika. To razlikuje količino energije. Vendar pa na zemlji ljudje še niso naučili upravljati takšnih reakcij.

Plazma v termonuklearnem reaktorju

Izotopi vodika bodo uporabljeni kot gorivo v reaktorju ITER. Med termonuklearno reakcijo se energija sprosti, ko povezuje svetlobne atome na težjo. Da bi to dosegli, je potrebno ogrevati plin na temperaturo več kot 100 milijonov stopinj - veliko višje temperature v središču Sonca. Plin na takšni temperaturi se spremeni v plazmo. Atomski atomi vodika se odstranijo, obračajo v helijske atome z sproščanjem velikega števila nevtronov. Elektrarna, ki deluje v tem načelu, bo uporabila nevtronsko energijo, upočasnila plast gosto snovi (litij)

Gradnja postaje bo trajala vsaj 10 let in 5 milijard dolarjev. Za prestižno pravico biti rojstno mesto energetskega velikana, Francije in Japonske tekmujejo.

Kraj gradnje

Kanada, Japonska, Španija in Francija so pripravili reaktor s predlogi.

Kanada utemeljuje potrebo po dajanju reaktorja na njegovo ozemlje dejstvo, da je v tej državi pomembne zaloge tritija, ki je odhod jedrske energije. Gradnja termonuklearnega reaktorja jim bo omogočila razpolaganje z njimi.

Na Japonskem, v skladu z Agencijo "KIODO Tsuchin", tri prefekture so izvedli obupni boj za pravico zgraditi reaktor. Hkrati so prebivalci severnega otoka Hokkaido nasprotovali gradnji na svoji zemlji.

Novembra letos je Evropska unija priporočila francosko mesto KADARASH kot prihodnji kraj gradnje. Kako pa bo glasovanje šel, je težko napovedati. Pričakuje se, da bodo strokovnjaki odločili na podlagi zgolj objektivnega znanstvena dejstvaVendar pa lahko politično ozadje vpliva tudi na glasovanje. Združene države se že govorijo proti izgradnji Francije reaktorja, pri čemer se je spomnil na njegovo delitev obnašanja med konfliktom v Iraku.

"Imamo obstoječo znanstveno in tehnično strukturo, usposobljenost in izkušnje, ki je porok za točnost rokov," je dejal minister za raziskave Francije.

Japonska ima tudi številne prednosti - Roccaso Moore se nahaja ob pristanišču in zraven ameriške vojaške baze. Poleg tega so Japonci pripravljeni vložiti veliko več denarja v projekt kot Francija. "Če je Japonska izbrana, bomo zajemali vse potrebne stroške," je dejal minister za znanost in izobraževanje Japonske.

Predstavnik Francije je novinarjem povedal, da je imel "zelo intenzivna pogajanja o visoka stopnja" Vendar pa je po nekaterih podatkih, vse države, ki niso Evropska unija, bolj zaželene na Japonskem kot Francija.

Okoljska varnost

Nova namestitev, po mnenju znanstvenikov, je okolju prijazna, ne pa danes jedrski reaktorji. Helij se oblikuje kot izrabljeno gorivo v namestitvi ITER, ne pa njegovih izotopov, ki jih je treba shraniti v posebnih skladiščnih prostorih, desetine let.

Znanstveniki verjamejo, da so rezerve za pridržke goriva za takšne elektrarne praktično neizčrpne - devterij in tritij se zlahka izkopavajo morska voda. Kilogram teh izotopov lahko dodeli toliko energije kot 10 milijonov kg organskega goriva.

Tokamak (Toroidalna komora z magnetnimi tuljavami) - Toroidna instalacija za magnetno zadrževanje plazme, da se doseže pogoje, potrebne za pretok nadzorovane termonuklearne sinteze. Plazma v Tocamu se ne držijo sten komore, ki lahko prenesejo njeno temperaturo le na določeno mejo, vendar posebej ustvarjeno magnetno polje. V primerjavi z drugimi napravami, ki uporabljajo magnetno polje za držanje plazme, je značilnost tokamaka uporaba električnega toka, ki teče skozi plazmo, da ustvarite pogovorno polje, potrebno za stiskanje, ogrevanje in zadrževanje ravnotežja v plazmi. Zlasti se razlikuje od stelaratorja, ki je eden od alternativnih odbitnih shem, v katerih se ustvarijo oba toroidalna in poroč. Ker pa je plazemska nit primer nestabilnega ravnovesja, projekt Tokamak še ni bil izveden in je v fazi izjemno dragih poskusov na zaplet namestitve.

Opozoriti je treba tudi, da je za razliko od reaktorjev delitvenega tipa (vsak od katerih je bil prvotno oblikovan in je bil razvit ločeno v svojih državah), je Tokamak trenutno skupaj razvit v okviru mednarodnega znanstveni projekt. ITER.

Magnetno polje Tokamaka in potok.

Zgodovina

Poštni žig ZSSR, 1987.

Predlog za uporabo upravljane termonuklearne sinteze za industrijske namene in posebno shemo z uporabo toplotne izolacije visoke temperaturne plazme električno polje Prvič je bil oblikovan s sovjetskim fizikom O. A. Lavrentiev sredi leta 1950 let. To delo je služilo kot katalizator za sovjetske raziskave o problemu nadzorovane termonuklearne sinteze. A. D. Sakharov in I. E. E. Tamm leta 1951 je predlagala spremembo sheme, ki bi predlagala teoretično osnovi termonuklearnega reaktorja, kjer bi plazma imela obliko torusa in ohranila magnetno polje.

Izraz "tokamak" je pozneje izumil Igor Nikolayevich Golovin, študent akademika Kurchatov. Sprva je zvenel kot "tokamag" - znižanje iz besed "Toroidal komorna magnetna", vendar N. A. Yavlinsky, avtor prvega toroidnega sistema, predlagal, da se "mag" "MAK" za CRAWESS. Kasneje je to ime izposodilo veliko jezikov.

Prvi Tokamak je bil zgrajen leta 1955, za dolgo časa pa je Tokamaki obstajal samo v ZSSR. Šele po letu 1968, ko je T-3 Tokamak, zgrajen na Inštitutu za atomsko energijo. I. V. KRURCHATOVA pod vodstvom akademika L. A. Arzimovich, plazemska temperatura je bila dosegla 10 milijonov stopinj, angleški znanstveniki z njihovo opremo pa so potrdili to dejstvo, v katerem je na začetku zavrnil verjeti v svet, ki je začel verjamejo v TOKAMAKOV. Od leta 1973 je raziskovalni program za fiziko v plazmi na Tokamakov vodil Kadomtsev Boris Borisovich.

Trenutno se Tokamak šteje za najbolj obetavno napravo za izvajanje nadzorovane termonuklearne sinteze.

Naprava

Tokamak je toroidna vakuumska komora, katere tuljave so ranjene, da ustvarijo toroidno magnetno polje. Iz vakuumske komore je najprej črpal zrak, nato pa ga napolnimo z mešanico deuterija in tritija. Potem s pomočjo induktorja v komori ustvari električno polje Vortex. Induktor je primarno navijanje velikega transformatorja, v katerem je tokamak kamera sekundarna navitje. Električno polje povzroča tok toka in vžig v plazmi.

Tok, ki teče skozi plazmo, opravlja dve nalogi:

segreje plazmo, kot bi se vsak drugi dirigent (ohmično ogrevanje) segreje;

ustvarja magnetno polje okoli sebe. To magnetno polje se imenuje Poloidna (to je, usmerjena vzdolž črte, ki prenašajo pole sferične koordinat sistema).

Magnetno polje stisne tok, ki teče skozi plazmo. Posledično se oblikuje konfiguracija, v kateri vijačni magnetni vodniki "zavijejo" plazemski kabel. Hkrati se korak med vrtenjem v toroidni smeri ne ujema z igrišče v poloidni smeri. Magnetne linije so odprte, neskončno zavijejo okoli prvega, ki tvorijo tako imenovane "magnetne površine" toroidalne oblike.

Prisotnost pogovornega polja je potrebna za stabilno zadrževanje plazme v takem sistemu. Ker je ustvarjena s povečanjem toka v indukciji, in ne more biti neskončno, čas stabilnega obstoja plazme v klasičnem Tokamaku je omejen. Da bi premagali to omejitev, so razvite dodatne načine za vzdrževanje toka. Če želite to narediti, se lahko uporabijo vbrizgavanje v plazmi pospešenega nevtralnega deuterija ali tritijskega atoma ali mikrovalovnega sevanja.

Poleg toroidnih tuljav za krmiljenje plazemske kabla so potrebne dodatne tuljave poročnega polja. So obročne tuljave okrog navpične osi komore Tokamak.

Skoraj ogrevanje zaradi tekočega toka ni dovolj za ogrevanje plazme na temperaturo, potrebno za izvajanje termonuklearne reakcije. Za dodatno ogrevanje se mikrovalovna sevanje uporablja na tako imenovanih resonančnih frekvencah (na primer, sovpadajo s frekvenco ciklotron ali elektronov ali ionov) ali injiciranje hitrih nevtralnih atomov.

Tokamaki in njihove značilnosti

Skupaj je bilo v svetu zgrajenih približno 300 Tokamakov. Spodaj je največji od njih.

ZSSR in Rusija

T-3 je prvi funkcionalni aparat.

T-4 - razširjena različica T-3

T-7 je edinstvena namestitev, v kateri je prvič na svetu relativno velik magnetni sistem z superprevodnim solenoid, ki temelji na niobata pločevine, ohlajenega s tekočim helijem. Glavna naloga T-7 je bila zaključena: Pripravljena je bila možnost za naslednjo generacijo superprevodnih solenoidov termonuklearne energije.

T-10 in PLT - naslednji korak v svetovnih študijah termonuklearnih študij, ki so skoraj enake velikosti, ki je enaka moči, z istim faktorjem zaznavanja. In dobljeni rezultati so enaki: temperatura termonuklearne sinteze je bila dosežena na obeh reaktorjih, in zaostajanje v skladu z merilom Louusona je 200-krat.

T-15 - Današnji reaktor z superprevodnim solenoidom, ki daje indukcijsko polje 3,6 T.

Kitajska

Vzhod - Nahaja se v Hefei, provinca Anhui. Tokamak je presegel merilo Louusona v smislu vžiga, energetski izhodni koeficient je 1,25

Izvirnik je vzet W. tnenergy. Fizike Tokamakov na prstih

Zdi se, da je čas, da naredimo določeno libez na fiziko Tokamakov in fizike, očitno, tudi očitno. Ideja o izvajanju nadzorovanega termonuklearnega izgorevanja z magnetno zadrževanjem je trkala 60 let, in veliko čudež "in kje je vračilo, porabljeno za raziskave?", Kje je obljubljen vir čiste in poceni energije? ". Čas je, da vidimo, kaj so izgovori od fizikov danes. V tem članku se ne bom dotaknil drugih naprav, razen za tokamakov, vendar si ogledamo težave pri ogrevanju, hrambi plazme, njegovo nestabilnostjo, problemom čehota tritij, možnosti in celo nekje zgodovino vprašanja.

Lighbez.

Če vzamete 2 nevtrona in 2 protona in naredite veliko energije od njih od njih. Preprostozelo veliko energije - od vsakega kilograma galagelskega helija - ekvivalent gorenja 10 000 000 Phalzin kilogram. S takšno spremembo v lestvici energetske vsebine, bo naša intuicija odide, in je treba spomniti, ko izumljevanje vaše različice termonuklearne namestitve.

Mimogrede, na soncu gre drugo Thermonuclear reakcija, neobdelana na zemlji.

Najlažji način, da bi ta energija izvedla jedrsko fuzijsko reakcijo (ali sintezo) D + T -\u003e HE4 + N + 17,6 MEV. Na žalost - za razliko kemijske reakcije, v testni cevi, ne gre. Vendar gre dobro, če se mešanica tritija in devterija toplota 100 milijonov Stopnja. Hkrati pa atomi začnejo tako hitro leteti, da ko, ko vztrajnostni učiteljski coni, razpršena in združena v cenjeni helij. Energija izstopa v obliki, tako da govorimo, fragmente - zelo hiter nevtron, 80% pripadnosti Energija in nekoliko manjša od hitrega jedra helija (alfa delce). Seveda z "delovno" temperaturo, vse snovi - plazma, t.j. Atomi obstajajo ločeno od elektronov. Vsak prazen elektron bo izgubljen pri prvem trčenju tako močno premikanje snovi.

Na tem mestu vsak samospošt popularizator vstavi to sliko.

Reakcijska stopnja (in ustrezno sproščanje energije) je odvisna od dveh parametrov - temperature, mora biti nič manj ~ 50 milijonov s, in bolje 100-150in gostoto plazme. Jasno je, da je v gosto plazmi verjetnost trka atomov devterija in tritija višja kot v izpraznjenem.

Glavni problem s takšno "reakcijsko zmes" se ohladi na brutalni tempu. Torej brutacija, da je eden od prvih problemov preprosto ogrevanje vsaj 1 mikrosekundo na cerjeno 100 milijonov. Vzemite 10 miligramov vodikovega plazme, nanesite energijo ogrevanja v 10 megavatih ... in se ne segreje.

Ogrevanje in plazemska čistoča

Korejski Kstar Tokamak pri delu. Najhladnejši in umazani deli plazme se žareta.

V čisti plazmi, s segrevanjem s segrevanjem z radiofrekvenčnim sevanjem, je injiciranje hitrih nevtralnih delcev do konca 70-ih uspelo doseči cenjenih 100 milijonov stopinj. Ampak, če želimo dobiti nastavitev, ki daje elektriko, in ne oddajanje v treh grlih, potrebujemo, da bi termonuklearna reakcija poudarila dovolj energije, da se ogreje. Na splošno lahko termonuklearno gorenje, lahko dela z odličnim ogrevanjem, tudi zunanje ogrevanje ne bo potrebno ta način, imenovanplazma vžiga. Problem je, da le puščanjerahlo večja količina toplote, kot smo pričakovali, se naša termonuklearna reakcija takoj izklopi, in vse znova postane hladno. Toda za nadzor, lahko uporabimo zelo majhen delež toplotnih ogrevalnih sistemov - v obetavnih reaktorjev, želijo doseči načine z 1/50 skupna moč in v ITER - 1/10 . Koeficient razmerja odvajanja toplote iz termonuklearne reakcije na vloženo toploto je označen s črko Q..

Nazaj iz življenja plazme: Ko stabilizacijska razčlenitev, vidimo, kako se dotikajte stene in hladilno plazmo hitro izgubi toploto.

Kaj potrebujete, kaj bi plazma dala veliko termonuklearne toplote? Kot sem rekel zgoraj - zadostno gostoto, in sicer 10 ^ 20-10 ^ 21 delcev na kubični centimeter. V tem primeru se bo izklopila moč izpusta za energijo več (do 10) megavata na kubičnem metru plazme. Ampak, če povečujemo plazemsko gostoto, potem raste svoj pritisk - za naš namen v gostoti in temperaturi, bo to ~ 5 atmosfera. Izziv, da ohrani takšno plazmo iz cepljenja in taljenja namestitve (in hkrati neposreden prenos toplote na stenah - se borimo za vsako Joule!) - Tertia in glavni problem.

Moč sproščanja energije (Megavat na kubični merilnik) pri različnih gostotah in temperaturah.

Magnetno zadrževanje (konguracija).

Na našo srečo plazme sodeluje z magnetnim poljem - vzdolž njegovih električnih vodov se premika, in čez njega praktično ne. Če ustvarite tako magnetno polje, v katerem ni lukenj, potem bo plazma krožila v njem za vedno. No, da, dokler se ne ohladi, vendar imamo 100 milisekund!

Najenostavnejša konfiguracija takega polja je torus s koluti, ki se napeti na njem, v kateri se plazma premakne v krog. To je bila ta konfiguracija, ki jo je izumil Saharov in Tamm leta 1951 in imenovan " tokamak", Jaz. toroidal. ka.ukrep S. ma.noč zaatushi. Ustvariti tako imenovano. Rotacijska transformacija (pri premikanju v krogu plazme se mora vrteti okoli osi gibanja, ki je potrebna, da se ne ločijo s stroški) v plazmi, je potrebno, da se obrnilni tok, dobro, da je enostavno, ker Plazemski torus se lahko šteje za obračanje transformatorja in zadostuje spremembam sedanjega v "primarnem" navitju, ki bi bil želeni tok. Torej se dodamo induktor ali osrednji solenoid dodamo toroidne tuljave. Poloidna tuljava so odgovorna za dodatno sukanje toroidno polje in nadzor, zato dobimo končno različico magnetnega polja, ki drži plazmo. Poleg tega magnetno polje ne dovoljuje plazme po torusu, kar ustvarja močno temperaturno razliko od središča do robov. To stanje se imenuje magnetna konfiguracija.

Približno boste videli teorete ITER.

Lahko zgradim termonuklearno elektrarno? Ne čisto ....

Ko se spomnite, je plazemski pritisk 5 atmosferov. Jasno je, da pritisk magnetnega polja ne sme biti nič manj. Vendar pa se izkaže, da s primerljivimi vrednostmi plazme, izjemno nestabilnega - začne spreminjati obliko močno, vezati v vozlišča in oddajajo na stene. Obstaja razmerje med plazmo pritiskom na tlak magnetnega polja, označeno s črkoβ . Izkazalo se je, da se začnejo manj načini delovanja β \u003d 0,05-0,07, t.j. Tlak magnetnega polja mora biti 15-20-krat večji od plazma tlaka. Ko je na koncu sedemdesetih let postalo jasno, da se to razmerje ne bi bilo na noben način, mislim, da ni en fizik-A-Thermal študent izrekel nekaj podobnega "plazmi, brezsrčnosti, ki jo kurba." Prav to je to treba dvigniti polja 15-20-krat in postavite križ na idejo "termonuklearni reaktor v vsaki hiši." Dragi, prileganje termonuklearnega reaktorja, vročimi medvedi.

Model gibanja plazme v Tokamak. Plazma je močno turbulentna (montažna), in ji pomaga, da se ohladi in nestabilno, da se obnašajo.

Nestabilnost

Kaj pomeni to povečanje na polju 15-20 krat V primerjavi s 50x sanjami? Najprej je preprosto nemogoče. Sprva je bil tokamak viden s polju 1.5-2 TESLA. (in ustrezen plazemski tlak v 10-15 atmosferah) in β \u003d 1, in v resnici, da zadrži takšno plazmo, bi bilo potrebno 30-40 TESLA. . Takšna področja niso bila dosegljiva v 60-ih in danes record. Stacionarno polje - 33 TESLA. v glasnosti s kozarcem. Tehnična omejitev je položena v ITER: v plazmi volumen - 5-6 ton na robu - 8-9 T., oziroma, tlak in plazemska gostota v realni nastavitvi je manj kot v tistem, ki je mislil v 50x. In če je manj, potem se ogreva vse je veliko slabše. In po segrevanju slabšega, plazma ohladi hitreje in ... dobro, razumeli ste.

Vendar pa je s puščanjem toplote mogoče obravnavati zelo primitivno metodo - povečati velikost reaktorja. V tem primeru se volumen plazme raste kot kocka, plazemska površina, skozi katero je energija ušla - kot kvadrat. Izkazalo se je linearno izboljšanje toplotne izolacije. Torej, če je imel prvi tokamak na svetu premer 80 cm, in ITER ima premer ~ 16 metrov in obsega 10.000-krat več. In to še vedno ni dovolj za industrijski reaktor.

DomacOperators se strinjajo o "malo".

Na splošno je bila termonuklearna plazma izjemno grda snov, v kateri je nekaj "življenja" nenehno nastalo, nekaj vibracij in nihanja, ki običajno niso vedeli ničesar dobrega. Vendar pa je bilo v 82, nestabilnost naključno odkrito, kar je privedlo do ostrih (2-krat!) Toplote puščanje iz torusu. Ta način je bil imenovan H-Mode in se zdaj pogosto uporablja vse tokamake. Mimogrede, isti obročni tok, ki je ustvarjen v plazmi, da ga drži v toroidnem polju, je vir številnih teh najbolj nestabilnosti, vklj. Zelo neprijetna plazma vrže navzgor ali navzdol na stene. Boj za trajnostno upravljanje plazme je bil zakasnjen za 30 let, zdaj pa v ITER, na primer, je načrtovano, da se bo le 5 lansiranja 1000 končalo z motenjem nadzora.

Mimogrede, v procesu boja za stabilnost tokamakega jekla v delu kroga raztegnjena navpično. Izkazalo se je, da je D-oblikovan plazemski oddelek izboljša svoje vedenje in vam omogoča, da dvignete beta. Zdaj je znano, da je najboljvelika delovna beta in najbolj stabilna plazma - v sferičnih tokamakov (imajo navpični raztezanje največjega premera), glede na novo smer tokamac struktur. Morda bo njihov hiter napredek pripeljal do dejstva, da bo prva termonuklearna elektrarna opremljena s takšnim strojem in ne klasičnim torusom.

Sferični tokamak je nov razlog za več denarja.

Nevtroni in tritij.

Zadnja tema, ki ji je treba povedati, da razumejo težave z fiziko Tokamaka, da bi razumeli nevtrone. Kot sem rekel, je v najlažji dosegljivi reakciji D + T -\u003e HE4 + N nevtroni izvaja 80% energije, ki se sprošča med rojstvom helija jedra. Neutroni ne marajo na magnetnem polju in so razpršeni v vseh smereh. Hkrati pa vzamejo energijo, ki smo jih izračunali, da bi na ogrevanje plazme. Mimogrede, ki so ustanovitveni očetje smeri več o reakciji D + D -\u003e P (N) + T (HE3), v katerih bi nevtroni izvedeli 15% energije. Toda na žalost, za D + D, je velika temperatura 10-krat, 10-krat večje polje ali 3-krat večji reaktor. Torej, nevtronski tok iz termonuklearnega reaktorjapošast. Presega pretok hitrih reaktorjev na sto krat z istim sproščanjem energije, in kar je najpomembnejše - nevtroni z energijo 14,6 MEV na veliko destruktivnih nevtokov hitrih reaktorjev z energijo 0,5-1 MEV.

Ta del fotoaparatov ITER po letno delo. Se razlikuje - inducirano sevanje z nevtroni, Zbirajo za eno uro. Ti. V sredini 45700 p / h. Na srečo precej hitro pade.

Po drugi strani pa so nevtroni precej močno zaviranje v vodi in absorbirajo številni materiali, t.j. Bomo lahko streljali termalna energija Thermonuclear izgorevanje ni ravno površinsko plazma, ampak vodna lupina okoli. Poleg tega se energetski nevtroni enostavno spremenijo v večje število nevtronov z manj energije (letenje skozi atom, recimo, berilij, iztrgajo še en nevtron, izgubi energijo BE9 + N -\u003e BE8 + 2N. In ti nevtroni so absorbira litij s preoblikovanjem IT v Tritia. Tako je vprašanje "in kjer bo naš reaktor vzel tritij." V ITER, mimogrede, 6 izkušenih možnosti odeje, ki se bo pojavila v tritiju iz litija . O samozadostnosti, ne bo niti prišlo ven, ampak v perspektivi tudi ti izkušeni prazni bloki se lahko zaprejo do 10% Potrebe ITER.

Oblikovanje podobe izkušenega bunkerja z rjavico (TBM). Ne zdi se, da bo takšna odeja postala termonuklearna postaja lažje.

Povzetek

Moralnost vsega tega je, da zakoni narave pogosto niso znani vnaprej in so lahko precej zmedeni. Samo, več odtenkov v plazmi vedenja je privedlo do napihovanja reaktorja, da bi pridobili energijo iz namiznega instrumenta na pošastno kompleks v vrednosti 16 milijard dolarjev. Najbolj zanimiva stvar je, da razumevanje, kako narediti tokamak z vžig, se je pojavil v poznih 80-ih, t.j. Po 30 letih raziskav v plazmi. Prvi projekt ITER, ki je bil ustanovljen leta 1996, je bil vzigalni reaktor pri 1,5 Thermal Gigavat. Vendar pa je bila termonuklearna elektrarna tako ugodna, da je bilo potrebno za zelo velik obseg bloka, karkoli je plačala. No, na primer, 10 gigavatt. In izgradnjo vsaj 10 takšnih elektrarn za zmanjšanje stroškov ustvarjanja tokamakostroitage industrije. Takšne lestvice niso prilegale nobenemu energetskemu svetu, zato je bila tehnologija preložena do boljših časov. Karkoli ne izgubi teže, tehnologije, ljudi, politikov so se strinjali z minimalnim možnim financiranjem subjekta v obliki izgradnje dragega mednarodnega ITER in ducat raziskovalnih obratov so zelo manjši. Naloga teh stroškov je, da lahko hitro (dobro, vsaj v 15 letih), da izvleče takšno energijo alternativo iz Chulane, če je nenadoma, da bo nekoč potrebovala ...

Svetla prihodnost

Mimogrede, o pripravljenosti tehnologije. Danes je največja eksperimentalno dosežena Q \u003d 0,7 leta 1997 na vgradnjo curka in ocene (avto je delal na devterij, in ne na devterij tritij) na Tokamak JT-60U Q \u003d 1.2. ITER je načrtovan Q \u003d 10, in za industrijski reaktor 50-100. Višji Q, bolj ekonomična elektrarna je pridobljena, toda ko zdaj vemo, bolj ambiciozna velikosti njegovega reaktorja, bolj monstruases njegove magnete, in večja je cena neuspeha katere koli od 10 milijonov delov , iz katerega je moderni Tokamak bo ...

P.S. Pridi v moj blog, imam nekaj novic o gradnji ITER.

P.P.S. Če kdo potrebuje tustomer tutorial brez poenostavitve, potem

Da bi dosegli potrebne pogoje za pretok. Plazma v Tokamak se izvede ne s stenami komore, ki ne morejo vzdržati temperature, ki je potrebna za termonuklearne reakcije, ampak posebej ustvarjeno kombinirano magnetno polje - toroidalno zunanje in poročljivo polje, ki teče skozi plazemski kabel. V primerjavi z drugimi instalacijami z magnetnim poljem, da se drži plazma, je uporaba električnega toka glavna značilnost Tokamaka. Plazemski tok zagotavlja plazemsko ogrevanje in zadrževanje ravnovesja plazemskega kabla v vakuumski komori. Ta tokamak se zlasti razlikuje od stelaratorja, ki je eden od alternativnih odbitkov shem, v katerih se ustvarijo oba toroidalna in poročnega polja z uporabo zunanjih magnetnih tuljav.

Tokamak reaktor se trenutno razvija v okviru mednarodnega znanstvenega projekta ITER.

Zgodovina

Predlog za uporabo upravljane termonuklearne sinteze za industrijske namene in posebno shemo z uporabo toplotne izolacije visokotemperaturne plazme z električnim polju je prvič oblikoval sovjetski fizik O. A. Lavrentiev sredi leta 1950 let. To delo je služilo kot katalizator za sovjetske raziskave o problemu nadzorovane termonuklearne sinteze. A. D. Sakharov in I. E. E. Tamm leta 1951 je predlagala spremembo sheme, ki bi predlagala teoretično osnovi termonuklearnega reaktorja, kjer bi plazma imela obliko torusa in ohranila magnetno polje. Hkrati so ameriški znanstveniki predlagali isto idejo, vendar "pozabljeno" do leta 1970.

Trenutno se Tokamak šteje za najbolj obetavno napravo za izvajanje nadzorovane termonuklearne sinteze.

Naprava

Tokamak je toroidna vakuumska komora, katere tuljave so ranjene, da ustvarijo toroidno magnetno polje. Iz vakuumske komore je najprej črpal zrak, nato pa ga napolnimo z mešanico deuterija in tritija. Potem s pomočjo inductor. V komori ustvari električno polje Vortex. Induktor je primarno navijanje velikega transformatorja, v katerem je tokamak kamera sekundarna navitje. Električno polje povzroča tok toka in vžig v plazmi.

Tok, ki teče skozi plazmo, opravlja dve nalogi:

• segreje plazmo, kot bi se vsak drugi dirigent (ohmično ogrevanje) segreje;
• ustvarja okoli sebe magnetno polje. To magnetno polje se imenuje poloidal. (to je, usmerjeno vzdolž črte, ki potekajo skozi pole Sferični koordinatni sistem).

Magnetno polje stisne tok, ki teče skozi plazmo. Posledično se oblikuje konfiguracija, v kateri vijačni magnetni vodniki "zavijejo" plazemski kabel. Hkrati se korak med vrtenjem v toroidni smeri ne ujema z igrišče v poloidni smeri. Magnetne linije so odprte, neskončno zavijejo okoli prvega, ki tvorijo tako imenovane "magnetne površine" toroidalne oblike.

Prisotnost pogovornega polja je potrebna za stabilno zadrževanje plazme v takem sistemu. Ker je ustvarjena zaradi povečanja toka v indukciji in ne more biti neskončna, je čas stabilnega plazemskega obstoja v klasičnem tokamu še vedno omejen na nekaj sekund. Da bi premagali to omejitev, so razvite dodatne načine za vzdrževanje toka. Če želite to narediti, se lahko uporabijo vbrizgavanje v plazmi pospešenega nevtralnega deuterija ali tritijskega atoma ali mikrovalovnega sevanja.

Poleg toroidnih tuljav za krmiljenje plazemske kabla, dodatno tuljave poročnega polja. So obročne tuljave okrog navpične osi komore Tokamak.

Samo ogrevanje samo zaradi tekočega toka ni dovolj, da se plazma segreje na temperaturo, ki je potrebna za izvajanje termonuklearne reakcije. Za dodatno ogrevanje se mikrovalovna sevanje uporablja na tako imenovanih resonančnih frekvencah (na primer, sovpadajo s frekvenco ciklotron ali elektronov ali ionov) ali injiciranje hitrih nevtralnih atomov.

Tokamaki in njihove značilnosti

Skupaj je bilo v svetu zgrajenih približno 300 Tokamakov. Spodaj je največji od njih.

ZSSR in Rusija

Kazahstan.

• Kazahstan Tokamak Znanost materiala (CTM) je eksperimentalna termalija namestitev za raziskave in testiranje materialov v načinih energetskih obremenitev blizu

Wikipedia Material - Brezplačna enciklopedija

Tokamak (toroidal. ka.ukrep S. ma.noč zaatushi) - toroidna instalacija za magnetno zadrževanje plazme, da se doseže pogoje, potrebne za pretok. Plazma v Tokamak se izvede ne s stenami komore, ki ne morejo vzdržati temperature, ki je potrebna za termonuklearne reakcije, ampak posebej ustvarjeno kombinirano magnetno polje - toroidalno zunanje in poročljivo polje, ki teče skozi plazemski kabel. V primerjavi z drugimi napravami, ki uporabljajo magnetno polje za zadrževanje plazme, je uporaba električnega toka glavna značilnost tokamaka. Plazemski tok zagotavlja plazemsko ogrevanje in zadrževanje ravnovesja plazemskega kabla v vakuumski komori. Ta tokamak se zlasti razlikuje od stelaratorja, ki je eden od alternativnih odbitkov shem, v katerih se ustvarijo oba toroidalna in poročnega polja z uporabo zunanjih magnetnih tuljav.

Tokamak reaktor se trenutno razvija v okviru mednarodnega znanstvenega projekta ITER.

Zgodovina

Predlog za uporabo upravljane termonuklearne sinteze za industrijske namene in posebno shemo z uporabo toplotne izolacije visokotemperaturne plazme z električnim polju je prvič oblikoval sovjetski fizik O. A. Lavrentiev sredi leta 1950 let. To delo je služilo kot katalizator za sovjetske raziskave o problemu nadzorovane termonuklearne sinteze. A. D. Sakharov in I. E. E. Tamm leta 1951 je predlagala spremembo sheme, ki bi predlagala teoretično osnovi termonuklearnega reaktorja, kjer bi plazma imela obliko torusa in ohranila magnetno polje. Hkrati so ameriški znanstveniki predlagali isto idejo, vendar "pozabljeno" do leta 1970.

Trenutno se Tokamak šteje za najbolj obetavno napravo za izvajanje nadzorovane termonuklearne sinteze.

Naprava

Tokamak je toroidna vakuumska komora, katere tuljave so ranjene, da ustvarijo toroidno magnetno polje. Iz vakuumske komore je najprej črpal zrak, nato pa ga napolnimo z mešanico deuterija in tritija. Potem s pomočjo inductor. V komori ustvari električno polje Vortex. Induktor je primarno navijanje velikega transformatorja, v katerem je tokamak kamera sekundarna navitje. Električno polje povzroča tok toka in vžig v plazmi.

Tok, ki teče skozi plazmo, opravlja dve nalogi:

• segreje plazmo, kot bi se vsak drugi dirigent (ohmično ogrevanje) segreje;
• ustvarja okoli sebe magnetno polje. To magnetno polje se imenuje poloidal. (to je, usmerjeno vzdolž črte, ki potekajo skozi pole Sferični koordinatni sistem).

Magnetno polje stisne tok, ki teče skozi plazmo. Posledično se oblikuje konfiguracija, v kateri vijačni magnetni vodniki "zavijejo" plazemski kabel. Hkrati se korak med vrtenjem v toroidni smeri ne ujema z igrišče v poloidni smeri. Magnetne linije so odprte, neskončno zavijejo okoli prvega, ki tvorijo tako imenovane "magnetne površine" toroidalne oblike.

Prisotnost pogovornega polja je potrebna za stabilno zadrževanje plazme v takem sistemu. Ker je ustvarjena zaradi povečanja toka v indukciji in ne more biti neskončna, je čas stabilnega plazemskega obstoja v klasičnem tokamu še vedno omejen na nekaj sekund. Da bi premagali to omejitev, so razvite dodatne načine za vzdrževanje toka. Če želite to narediti, se lahko uporabijo vbrizgavanje v plazmi pospešenega nevtralnega deuterija ali tritijskega atoma ali mikrovalovnega sevanja.

Poleg toroidnih tuljav za krmiljenje plazemske kabla, dodatno tuljave poročnega polja. So obročne tuljave okrog navpične osi komore Tokamak.

Samo ogrevanje samo zaradi tekočega toka ni dovolj, da se plazma segreje na temperaturo, ki je potrebna za izvajanje termonuklearne reakcije. Za dodatno ogrevanje se mikrovalovna sevanje uporablja na tako imenovanih resonančnih frekvencah (na primer, sovpadajo s frekvenco ciklotron ali elektronov ali ionov) ali injiciranje hitrih nevtralnih atomov.

Tokamaki in njihove značilnosti