Tokamakká - fizikai enciklopédia
TOKAMAK (röv által „toroid kamrában magnézium tekercsek ..”) - olyan eszköz tartja a magas hőmérsékletű plazma segítségével egy erős mágnes. mezőben. T. Az ötlet javasolt 1950-ben akadémikusok I. E. Tamm és A. D. Saharovym; Az első kísérleti. A tanulmány ezen rendszerek 1956-ban kezdődött.
Az elv a készülék ábrából jól látható. 1. A plazma jön létre egy toroid vákuumkamrában, hogy az égnek csak arra szolgál, mint egy zárt tekercs transzformátor szekunder. Átadásával az emelkedő ideje az áram a primer tekercs a transzformátor 1 belül, az 5 vákuumkamra létrejön vortex hosszanti elektron-Trich. mezőben. Amikor nem túl magas kezdeti sűrűsége a gázban (rendszerint hidrogént vagy ennek izotópjait) van annak elektromos. A minta és a vákuumkamra van töltve a plazma, majd egy nagy növekedés a hosszanti aktuális IP. A mai. T. nagy áram a plazmában a több. millió amper. Ez az áram létrehoz egy poloid saját (a síkban a keresztmetszete a plazma) magnéziumot. mező Bq. Továbbá, hogy stabilizálja a plazma használt erős hosszanti MAGN. mező BF. által létrehozott szakmai. tekercselés toroid mágnes. mezőben. Ez a kombináció a gyűrűs és poloid mágnes. mezőkbe stabil megtartására magas hőmérsékletű plazma (lásd. Toroid rendszer) szükséges a szabályozott termonukleáris fúzió.
Ábra. 1. reakcióvázlat tokamak: 1 - a primer tekercs a transzformátor; 2-tekercsek olyan toroid mágneses mező; 3 - bélés, vékony falú belső cső, hogy összehangolja a toroidális elektromos mező; 4 - poloidális mágneses tér tekercsek; 5 - vákuumkamrában; b -zhelezny mag (mágneses áramkör).
Üzemi határértékek. Magnus. T. mező jól tartani a magas hőmérsékletű plazma, de csak bizonyos határokon belül megváltoztathatja annak paramétereit. Az első 2 korlátozások vonatkoznak a jelenlegi Ip a plazma és Sze sűrűsége n. egységeiben kifejezett részecskék számát (elektronok vagy ionok) 1 m 3. Úgy tűnik, hogy egy adott érték egy toroid mágnes. mező, a plazma áram nem haladhat meg egy bizonyos határ ságot vagy plazma oszlop elkezd mocorogni mentén spirálisan, és végül elpusztult: a fejlődő úgynevezett .. jelenlegi felosztás instabilitás. Jellemezni a jelenlegi határérték tényezőt használja. q tűrésnek helikális instabilitás, által meghatározott kapcsolatban q = 5Bja 2 / RIP. Itt egy - kis, R - fő sugár a plazma oszlop, Bj - toroid mágnes. mező, Ip - áram a plazmában (méretek méterben mérve, MAGN területen -. a Tesla, a jelenlegi - MA). A szükséges feltétele a stabilitás a plazma oszlop a egyenlőtlenség q>], a-Roe nevezett. p és m a P- és E-K e m o u a K és L egy - f lépés p és n o c a. Kísérletek azt mutatják, hogy a stabil fogáshoz elérni csak az értékekhez.
Ha korlátozni sűrűsége 2 - felső és alsó. Nij. határérték sűrűsége társított kialakulását t. n. gyorsított, vagy elszabadult elektronokat. A kis sűrűségű, az elektron ütközés gyakorisága ionokkal elégtelenné válik, hogy megakadályozzák az átmenet folyamatos gyorsulás a hosszanti Elektromos. mezőben. Gyorsult a nagy energiájú elektronokat veszély lehet az elemeket a vákuumkamra, azonban a plazma sűrűség kiválasztása olyan nagy, hogy nem gyorsított elektronokkal. C. és munkatársai. Hand, kellően magas sűrűségű plazmaelkülönítés üzemmódban ismét instabillá válik miatt a sugárzásnak és az atomi folyamatok a plazma határán, to- vezethet szűkületben az aktuális csatorna és a helikális fejlődését plazma instabilitás. Top. azzal jellemezve, sűrűségű limit dimenziómentes paraméterek My-rákok M = NR / Bj és Hyugella H = NQR / Bj (itt sze egységekben mérve 10 20 részecske / m 3, a keresztmetszete elektronsűrűség n). A tartós plazmaelkülönítés szükséges, hogy a száma M és H nem haladja meg az egyes kritikus. értékeket.
Amikor a plazma fűtés, és emelve nyomása jelenik meg a másik határérték jellemző a maximális stabil plazma nyomás értéke, p = n (Te + Ti). ahol Te. Ti az elektron és ion-ry pace. Ezt a korlátot szabott ki a b értéke egyenlő az arány Sze A plazma nyomást a nyomás mágnes. területen; egyszerűsített kifejezés a korlátozó értékek b által adott kapcsolatban Troyon bc = GIP / ABJ. ahol g egy numerikus faktora körülbelül 3. 10 -2.
Végzett kísérletek sok T. december alakja és mérete lehetővé tette, hogy összefoglalja a vizsgálatok eredményeit transzport mechanizmusok megfelelő em-pirich. függőségeket. Különösen, attól függően energetich talált. élettartam TE DOS. plazma paraméterek december Tartás mód. Ezek függőségek nevezzük. k e l d i n g a m és; Ők már sikeresen alkalmazták megjósolni a plazma paramétereket az újonnan megbízott egység.
plazma önszerveződés. A plazma T. folyamatosan gyengén nemlineáris rezgések. to- befolyásolja a megoszlási profilját ütemét-sekre, a részecske sűrűség és a sűrűsége a jelenlegi méretét, mintha az általuk irányított. Különösen a központban. A plazma oszlop nagyon gyakran jelen t. n. fűrészfog oszcillációk, tükrözve a fokozatos visszatérő súlyosbodások folyamatot, majd egy éles profil lapítási mértéke-ry. Fűrészfogas jelenlegi összehúzódás megelőzése búra. tórusz tengely (lásd. összehúzódása a gázkisüléses). Ezen kívül, időről időre T. gerjesztett tekercselés módon (azaz. N. M és p és n-r m o n s), to- zsinór figyelhető meg egy kisfrekvenciás mágnes. ingadozások. Könnyezés mód segít létrehozni egy fenntartható elosztása az áramsűrűség a sugár mentén. Ha nem vigyázunk kezelési mód könnyezés plazma nőhet olyan mértékben, hogy a zavar által okozott nekik a magnézium. mező elpusztítani búra. felülete az egész mennyiségű plazmában oszlop, magnézium. konfiguráció megsemmisül, a plazma energiát sugároz, hogy a falak és az áram a plazma miatt megszűnik annak erős hűtés (lásd. a szakadás instabilitás).
Emellett ezek a volumetrikus rezgések léteznek oszcilláció módok lokalizálódik a határ a plazma oszlop. Ezek a módok nagyon érzékenyek az állam a plazma a nagyon periféria, viselkedésük bonyolult atomi folyamatokat. Ext. és ext. oszcilláció módok is nagymértékben befolyásolhatja a hő transzport folyamatok és a részecskéket, ezek vezetnek a lehetőségét, kapcsoljon az egyik mód a plazma búra. hőszigetelés a másik, és vissza. Ha T. plazma részecskesebesség eloszlása nagyon eltér a Maxwell eloszlás. lehetőség van arra, hogy a fejlődés a kinetikus. instabilitás. Pl. születéskor nagy számának runaway elektronok alakul t. n. fan-nyaláb instabilitás, ami az átalakulás hosszanti energiát keresztirányú elektronokat. Kinetic. Az instabilitás is kialakulhat jelenlétében ionok nagy energiájú eredő kiegészítője. plazma fűtés.
plazma fűtés. Plazma bármely T. automatikusan melegítjük miatt a Joule hő a jelenlegi áramlik rajta keresztül. Joule energiát elegendő ahhoz, hogy a tempó-séklet több. millió. fok. Céljából a szabályozott termonukleáris fúzió, a tempó-ry 10> 8 K, így minden a nagy T. egészíteni nagy teljesítményű plazma fűtési rendszerek. Erre a célra bármilyen e-mail - magnézium. december hullámok. tartományok, vagy közvetlen befecskendezés a gyors részecskék a plazmában. A magas frekvenciájú fűtés a plazma hasznos rezonanciákat to- megfeleljen ext. kolebat. folyamatok a plazmában. Pl. fűtés az ionos komponens hajtjuk végre a frekvenciatartományban harmonikus ciklotron vagy DOS. plazma-ionok vagy az ion-speciálisan kiválasztott adalékanyagok. elektronok hevítve elektron-ciklotron rezonancia.
Amikor melegítjük gyors ion részecskéket általánosan használt nagy teljesítményű gerendák semleges atomok. Ezek a csomagok nem lépnek kölcsönhatásba a mágnes. területen, és mélyen behatolnak a plazmában, ahol azok ionizált és csapdába egy mágnes. mező T.
A kiegészítő, módszerek fűtési sebesség a plazma-py T. felszabadítással vegye> 3 × 10 8 K, amely elegendő az áramlás a nagy teljesítményű termonukleáris reakciót. A jövőben kifejlesztett T.-reaktorok plazma melegítést végezzük magas alfa-részecskék a reakcióban keletkező nukleáris fúziós a deutérium és a trícium.
Álló tokamakon. Jellemzően a plazma áram folyik csak a jelenlétében az örvény elektromos. által gerjesztett növekvő mágnes. áramlás az induktor. Indukciós aktuális meghajtó mechanizmus időben korlátozott, úgy, hogy a megfelelő mód a plazmaelkülönítés pulzál. Azonban, az impulzus üzemmódban nem csak lehetséges, a plazma fűtés lehet használni, hogy fenntartsák a jelenlegi, ha együtt átadott energia a plazma és az impulzus eltér a különböző komponenseket a plazmában. Noninductive karbantartási aktuális megkönnyíti miatt generációs áram a plazmában maga bővíti diffúzió, hogy a falak (bootstrap hatás). Bootstrap hatás volt várható neoklassich. elmélet, majd megerősítette a kisérlet. Kísérletek azt mutatják, hogy a plazma tartható állandóan T. és Ch. Gyakorlati erőfeszítéseket. fejlődésének egyensúlyi állapot javítását célzó hatékonyságának aktuális meghajtót.
Divertor, szennyeződések ellenőrzése. Céljára a fúziós eszközök igényelnek nagyon tiszta plazma alapján a hidrogén izotópok. Ahhoz, hogy korlátozzák a keveredés a többiek. Ionok a plazmában, a korai T. plazma korlátozódik t. N. l és m és m o m e p (2A.). t. e. a membrán, amely megakadályozza az érintkező a plazma nagy felülete a kamra. A mai. T. használják sokkal összetettebb divertor konfiguráció (2B.). által létrehozott poloidális tekercs mágnes. mezőben. Ezek tekercs szükséges, még kerek plazma: ezek segítségével létrehozott egy függőleges mag összetevője. mező-ég kölcsönhatás DOS. plazma áram nem teszi lehetővé a plazma tekercset kell dobni a fal felé nagy sugarú. A divertor konfiguráció tekercsek poloidális mágnes. mezők vannak elrendezve úgy, hogy a keresztmetszete a plazmát rajzolt a függőleges irányban. Ebben a zárt mágnes. felületi tárolt választ el. kívül erővonalak bemegy a divertor kamrák, ahol a plazma semlegesítjük szennyvíz a DOS. kötet. A divertor kamrák kezeli enyhíteni a terhelést a plazmából a divertor lemez miatt, hogy kiegészítse. hűtés egy plazma atomi kölcsönhatásokat.
Ábra. 2. Az keresztmetszete kör keresztmetszetű a plazma (a) és függőlegesen hosszúkás alakú, hogy egy divertor konfiguráció (6): 1-plazma; 2- határoló; 3 - kamra falának 4 - szeparatrixokat; 5 -divertornaya kamrában; 6 - di vertornye lemez.
Tokamak reaktorba. Ch. A kutatás célja a növények fejlődését T. mag fogalmát. a plazmaelkülönítés fúziós reaktor lények. On T. Nem lehet létrehozni a stabil, magas hőmérsékletű plazma a raj sebesség és sűrűség elegendő a fúziós reaktor; meghatározott minták plazma hőszigetelés; elsajátította módszerek fenntartása és kezelése a jelenlegi szinten a szennyeződéseket. A munka a T. Az átmenet a fázis tiszta nat. Tanulmányok kísérleti létesítmény fázisban. fúziós reaktor.