- •Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
- •Реакции термоядерного синтеза
- •В1957 г английский физик Д.Лоусон определил необ- ходимый критерий ("крите-
- •Кривые линии соответствуют равенству энергии, выде- ленной в результате реак- ции, и энергии,
- •Основные направления работ по УТС
- •Магнитное удержание плазмы
- •Создание и нагрев плазмы в токамаке происходит за счет джоулева тепла при протекании
- •Внутренняя камера окружена внешней камерой 2 из толстой меди, которая демпфирует возмущения пла-
- •Фотография установки "Токамак-7" (ИАЭ им. И.В.Курчатова)
- •Установки типа токамак были впервые соз-
- •Стеллараторы
- •Стеллараторы
- •Благодаря возможности компенсировать дрейф, удалось довести время удержания до значений, позволяющих приблизиться к
- •Впроцессе исследований как в России, так и в США некоторые токамаки перестраивались в
- •Дело в том, что достичь критерия Лоусона на ма- леньком ("настольном") токамаке невозможно
- •х– ОГРА- III (Россия)
- •Ресурс увеличения индукции B на сегодняшний день исчерпан (не исключено, что в будущем
- •Первый проект ИНТОРа (в английской аббревиату- ре "ITER" - International Termonuclear Experimental Reactor)
- •В2005 году к проекту подключились Китай, Южная Корея, Индия, но вышла Канада. Таким
- •ИНТОР: Большой радиус тора 5.2м,
- •Схема реактора ИНТОР (ITER)
- •Схема реактора ИНТОР (ITER)
- •Схема реактора ИНТОР (ITER)
- •Синим цветом выделены страны-участницы проекта ITER. Красная точка: место строительства (юг
- •В начале проекта между Японией и Францией шла борьба за разме-
- •О масштабах проекта можно судить по следующим
- •После того, как термоядерный реактор ITER проде- монстрирует свою работоспособность и подтвер- дит
- •Параллельные проекты
- •ВГермании 10 декабря 2015 года был успешно запу-
- •При помощи микроволно- вого нагрева мощностью два мегаватта достигнута температура плазмы в 80
- •Конкурентами могут оказаться корейский и китайс- кий проекты. На термоядерном реакторе KSTAR (Ko-
- •Этот рекорд побит на китайской сверхпроводящей
- •Недавно Великобритания также объявила,
- •Участие России в финансировании ITER в настоя-
- •Проект такой установки - Токамак Т-15 - был разра- ботан еще в 2002
- •Программа исследований на Т-15МД будет нацелена на решение наиболее актуальных проблем ИТЭР, таких
Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
49.(0). Проблема управляемого термоядерного синтеза (УТС).
Реакции термоядерного синтеза
2 H |
2H |
1 |
3He n, |
|
(Q 3.25Мэв) |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
2 H1 2H1 |
3H1 p, |
|
(Q 4.03Мэв) |
|||
2H |
3H |
1 |
4 He n, |
|
(Q 17.6Мэв) |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
p 7 Li |
4He 4He , |
(Q 17.3Мэв) |
||||
|
3 |
|
2 |
2 |
|
|
n |
7 Li 4He |
3H |
, |
(Q 4.8Мэв) |
||
|
3 |
|
2 |
1 |
|
|
В1957 г английский физик Д.Лоусон определил необ- ходимый критерий ("крите-
рий Лоусона") для получе-
ния энергетически выгод- ных реакций УТС. По гори-
зонтальной оси в отложена
температура плазмы (в Кельвинах), а по верти- кальной - параметр удер- жания, равный произведе-
нию плотности плазмы n
(число ядер в 1 см3) на время удержания плазмы τ
(в секундах).
Кривые линии соответствуют равенству энергии, выде- ленной в результате реак- ции, и энергии, затрачен- ной на создание и удержа- ние плазмы (нулевой КПД).
Нижняя кривая на графике
рассчитана для реакции дейтерий + тритий (обозна-
чена d+t), а верхняя - для
реакций дейтерий + дейте- рий (d+d). Чтобы получить
энергетический выигрыш,
надо попасть в какую-либо точку выше соответствую-
щей линии.
Основные направления работ по УТС
В настоящее время считаются возможными
3 пути решения проблемы УТС:
1.Магнитное удержание плазмы (магнитные
ловушки, токамаки, стеллараторы).
2.Инерционное удержание плазмы
(лазерный УТС, пузырьковый УТС). 3.Мюонный катализ
Магнитное удержание плазмы
Наибольшие успехи данного направления свя- заны с установками типа "Токамак".
Первая установка с замкнутой тороидальной камерой для разогрева и магнитного удержа- ния плазмы была построена в 1955 году в ИАЭ им. И.В.Курчатова в отделе, которым
руководил Л.А.Арцимович. Такие установки получили название "Токамак" (по первым слогам названий основных элементов конст-
рукции установки: тороидальная камера, магнитные катушки).
Создание и нагрев плазмы в токамаке происходит за счет джоулева тепла при протекании через нее ин-
дукционного тока, который возбуждается при разря-
де батареи конденсаторов через первичную обмот-
ку 4, при этом плазменный виток 6 представляет со-
бой короткозамкнутую вторичную обмотку. Внутрен-
няя камера 1 тороидальной формы изготовлена из нержавеющей стали толщиной несколько мм.
Внутренняя камера окружена внешней камерой 2 из толстой меди, которая демпфирует возмущения пла-
зменного шнура: если на каком-то участке шнур из-
гибается и приближается к стенке камеры, в меди возникают вихревые токи (токи Фуко), которые ста- билизируют шнур. С помощью обмотки 3, по которой
течет ток в несколько сотен килоампер, создается
сильное продольное (тороидальное) магнитное поле с индукцией 5 тесла, а применение сверхпроводни- ков позволяет довести индукцию до 10 Тесла.