-
1 Історія
-
1.1 Передісторія 1.2 Походження терміна 1.3 Перші розробки 1.4 Друге покоління токамаков. Світова практика 1.5 Третє покоління токамаков 1.6 Токамаки сьогодні 1.7 Перспективи
-
2.1 Безперервний режим роботи
-
3.1 Діючі токамаки світу 3.2 Токамаки, які припинили роботу 3.3 Проекти майбутніх токамаков
Токамак - тороїдальна установка для магнітного утримання плазми. Пристрій призначений для здійснення реакції термоядерного синтезу в високотемпературної плазмі в квазістаціонарному режимі, при цьому плазма утворюється в тороидальной камері і її стабілізує магнітне поле. Енергія, що виділяється при цій реакції, повинна перевищити енергію, що витрачається для формування плазми і запуску реакції.
1. Історія
1.1. Передісторія
Термоядерні реакції, або реакції термоядерного синтезу (злиття ядер), були відкриті ще в 30-х роках ХХ століття. Такі реакції є екзометрічніми, тобто відбуваються з величезним виділенням енергії. Дослідження в області термоядерного синтезу почалися незабаром після закінчення Другої світової війни, хоча в більшості країн такі програми проходили під грифом "секретно". Тільки в 1955 році на Міжнародній конференції з питань мирного використання атомної енергії ООН в Женеві такі програми були розсекречені і це дозволило розпочати міжнародну наукову співпрацю в цій галузі.
1.2. походження терміна
1.3. перші розробки
Термоядерна система Токамак, поштова марка СРСР 1987 року.
Самі розробки, послужили поштовхом для створення установок типу "токамак", були проведені в Радянському Союзі. Ще в 1950 році радянський фізик Олег Олександрович Лаврентьєв в своїй роботі запропонував не тільки ідею використання керованого термоядерного синтезу в промислових масштабах як нове, надійне і перспективне джерело для виробництва електроенергії, але і розробив конкретну схему з використанням термоізоляції високотемпературної плазми електричним полем. Ця робота дала початок радянським дослідженням в області керованого термоядерного синтезу.
Схема майбутньої установки "токамак" була модернізована в 50-х роках ХХ століття радянськими фізиками Ігорем Євгеновичем Таммом і Андрієм Дмитровичем Сахаровим, які розробили теоретичну основу термоядерного реактора, в якому плазма набуває тороидальной форми і утримується магнітним полем.
За десять років безперервних напружених досліджень і удосконалень цього пристрою досягнуто вагомого прогресу в плазмових параметрах токамаков. Справжнім проривом в технології стала заява радянських вчених на Третій міжнародній конференції МАГАТЕ з питань фізики плазми та дослідження керованого термоядерного синтезу в Новосибірську в 1968 році. Вони оголосили, що в своєму токамака Т-3, побудованому в Курчатовський інститут, досягли температури плазми 0,5 До еВ і концентрації плазми
5х10 19 м -3. Виміряний енергетичний час утримання склав близько 20 мілісекунд, що більш ніж на порядок перевищувала загальноприйняті в ті часи прогнози. Така заява викликала недовіру з боку британських і американських вчених, розробки яких були далекі від подібних результатів. Сумніви розвіялися тільки після того, як результати були підтверджені за допомогою тестів з використанням лазерного розсіювання, проведені кілька років пізніше.
1.4. Друге покоління токамаков. Світова практика
На токамаках цього покоління розроблені методи додаткового нагріву плазми, інжекція нейтральних атомів, електронний та іонний циклотронний нагрів, різні діагностики плазми та розроблені системи управління плазмою. Внаслідок цього в токамаках другого покоління були отримані значні параметри плазми: температура в кілька кеВ, щільності плазми, превишающіхм -3 [1]. Крім того, токамак отримав додатковий, принципово важливий для реактора елемент - дивертор.
В процесі розвитку технології токамаков, 1960-х роках було продемонстровано, що за допомогою одного тільки нагрівання за рахунок пропускання струму (омічного нагріву) неможливо довести плазму до термоядерних температур. Сама шляхом підвищення енергоємності плазми здавався метод зовнішньої інжекції швидких нейтральних частинок (атомів), але тільки в 1970-х роках було досягнуто необхідного технічного рівня і поставлено реальні експерименти з використанням інжекторів.
В середині 70-х років на токамаке PLT в Прінстонський лабораторії фізики плазми (США) за допомогою пучків швидких нейтральних атомів була отримана плазма з температурою 60 млн. Градусів. Трохи пізніше в радянському токамаке Т-10 температура плазми була піднята до 90 млн. Градусів. На першому в світі токамака з надпровідної магнітної системою Т-7 (СРСР) була продемонстрована можливість неіндуктівноі підтримки струму в плазмовому шнурі, що відкрило шлях до радикального збільшення тривалості робочого циклу.
1.5. Третє покоління токамаков
Токамак TFTR в Прінстонський лабораторії фізики плазми (1989 г.)
На початку 80-х років було введено в експлуатацію третє покоління токамаков - установок з великим радіусом тора (2-3 м) і плазмовим струмом в кілька МА. Було побудовано п'ять таких установок: JET (Великобританія), Tore Supra (Франція), JT60-U (Японія), TFTR (США) і Т-15 (СРСР). Основним фізичним завданням механізмів цього покоління було дослідження утримання плазми з термоядерними параметрами, уточнення граничних параметрів плазми, накопичення досвіду роботи з дивертором, і ін. В технологічних завдань входило: розробка надпровідних магнітних систем, які можуть створювати поле з індукцією до 5 Тел в великих обсягах , розробка систем для роботи з тритієм, накопичення досвіду зняття високих потоків тепла в дивертор, розробка систем для дистанційного складання / розбирання внутрішніх вузлів установки, здійснений нствованіе діагностики плазми, і ін ..
У 90-ті роки сім'я пасток для утримання плазми поповнилася новою модифікацією - сферичними токамака. У порівнянні з традиційними, вони відрізняються лише однією конструктивною особливістю - менше (не більше 2) аспектним співвідношенням, тобто співвідношенням великого і малого радіусів плазмового шнура. Цей геометричний нюанс має дуже важливі для токамаков наслідки. Для утримання і збереження стійкості плазмового шнура магнітний тиск в сферичних токамаках можна знизити приблизно в 10 разів у порівнянні з традиційними токамака. У свою чергу це дозволяє в кілька разів зменшити магнітну індукцію і загальну вартість установки, при цьому зберігаючи основні плазмо-фізичні параметри. Ця особливість дає сферичним токамака шанс стати лідерами серед замкнутих магнітних пасток.
1.6. токамаки сьогодні
Перше десятиліття 21 століття можна охарактеризувати як завершальний етап доби експериментальних токамаков перед появою промислових термоядерних реакторів. Найбільші з існуючих установок містять в собі майже всі функціональні і технологічні системи майбутнього реактора.
Зараз в світі функціонує понад 100 установок типу токамак.
1.7. перспективи
У наш час установка типу "токамак" вважається перспективним пристроєм для здійснення керованого термоядерного синтезу. Саме тому в якості наступного етапу розвитку технології планується насамперед створення наступного покоління токамаков, в яких можна досягти синтезу, що самопідтримується.
2. Принцип роботи
Принцип роботи реактора типу "токамак"
Токамак за своїм принципом є електрофізичної установкою, основним призначенням якого є формування плазми (т. Е. Розігрів газу до 100 млн. Градусів), досягнення її високої щільності і досягнення її тривалого зберігання в чітко визначеному обсязі. Це дозволить здійснити термоядерну реакцію синтезу ядер гелію з вихідної сировини, ізотопів водню (дейтерію і тритію). В ході реакції повинна виділитися енергія, значно перевищує енергію, витрачену на формування плазми.
Токамак за своєю суттю має вигляд тора: тороїдальна вакуумна камера, на яку намотаний провідник, формує тороїдальна магнітне поле. Основне магнітне поле в камері-пастці, що містить гарячу плазму, утворюється тороїдальними магнітними котушками. Значну роль в утриманні плазми грає плазмовий струм, що протікає вздовж кругового плазмового шнура і створює магнітне поле спеціальної конфігурації.
2.1. Безперервний режим роботи
В даний час установки токамак працюють в імпульсному режимі. Тривалість імпульсів визначається енергією, яка запасена в індукторі, що підтримує струм в плазмі. Нещодавно в ряді країн отримані перші результати по безіндукційного збудження струму в токамаках. З цією метою в плазму вводять електромагнітні хвилі певної частоти, які викликають впорядкований рух електронів уздовж магнітного поля. Експерименти на установках Т-7, PLT і JFT-II свідчать про перспективність такого способу збудження струму. Дослідження в цьому напрямку дозволять в найближчому майбутньому визначити можливості системи безіндукційноі підтримки струму в реакторі протягом тривалого часу.
3. Токамаки в світі
3.1. Діючі токамаки світу
3.3. Проекти майбутніх токамаков
Макет ректора ITER
Примітки
1. Ядерний енергетика. Теорія, практика, проблеми, рішення. - termoyadsintez. ***** / tokamak / tokamak. htm
2. На токамаке в Казахстані отримали плазму - www. ***** / science //. Html (рос.)
3. Президент Ірану: Ми стали ядерною державою - www. / Ukr / top / show / prezident_irana_my_stali_yadernoy_derzhavoy_ / (рос.)
4. Академік Веліхов назвав "казками" заяву Ірану про отримання технології термоядерного синтезу - www. ***** / forum / t23591.html (рос.)
6. Будівництво ITER - www. iter. org / proj / buildingiter (англ.)
7. The US fusion program - www. issues. org / 13.4 / stacey. htm (англ.)
8. Ігнітор - новітній російський термоядерний реактор - ***** / ignitor-novejshij-rossijskij-termoyadernyj-reaktor (рос.)
9. SST-1: Present Status - www. ipr. res. in / sst1 / SST1-present_status. html (англ.)
література