Tokamak (abbr prin „camera toroidală cu serpentine de magneziu ..“) - un dispozitiv pentru menținerea plasmei de temperatură ridicată cu ajutorul unui magnet puternic. câmp. T. Ideea a fost propusă în 1950 de către academicienii I. E. Tamm și A. D. Saharovym; primul experimental. studiul acestor sisteme a început în 1956.
Principiul dispozitivului este clar din Fig. 1. O plasmă este creată într-o cameră de vid toroidală, spre cer servește doar ca un transformator închis înfășurare secundară. Prin trecerea timpului în creștere a curentului în înfășurarea transformatorului 1 în interiorul camerei de vid 5 primar este creat vortex longitudinal electron-Trich. câmp. Atunci când densitatea inițială nu foarte mare de gaz (de obicei hidrogen sau izotopii acestuia) este electric sa. proba și camera de vid este umplută cu plasmă, urmată de o creștere mare a curentului Ip longitudinal. În prezent zi. T. actuală majoră în plasmă este de mai multe. milioane de Amperi. Acest curent creează un poloidal propriu (în planul secțiunii transversale a plasmei) de magneziu. câmp Bq. Mai mult, pentru a stabiliza plasma utilizată magn longitudinal puternic. câmp BF. creat de un profesionist. lichidare magnet toroidal. câmp. Este o combinație de magnet toroidal și poloidal. câmpuri cu condiția retenție stabilă a plasmei de temperatură ridicată (vezi. Sistemul toroidal) necesar pentru fuziunea termonucleară controlată.
Fig. 1. Schema Tokamak: 1 - înfășurarea transformatorului primar; 2-bobine unui câmp magnetic toroidal; 3 - căptușeala, un tub interior cu pereți subțiri pentru a alinia câmpului electric toroidal; 4 - bobine de câmp magnetic poloidal; 5 - o cameră de vid; b core -zhelezny (circuit magnetic).
Limite de funcționare. Magnus. T. Câmpul este bine deține plasma de temperatură ridicată, dar numai în anumite limite schimba parametrii. Primele 2 Restricțiile se aplică IP curentă a plasmei și Wed. sale densitate n. exprimate în unități de numărul de particule (electroni sau ioni) in 1 m 3. Se pare că, pentru o anumită valoare a unui magnet toroidal. câmp, curentul de plasmă nu poate depăși o limită de-cerned anumite, sau plasmă coloana începe să se agite de-a lungul unui traseu elicoidal, și în cele din urmă a distrus: dezvoltarea așa-numitul .. instabilitate defalcare curentă. Pentru a caracteriza este utilizat factorul limita de curent. q marjă pentru instabilitatea elicoidală, definită de relația: q = 5Bja 2 / rip. Aici o - mică, R - raza mare a coloanei de plasmă, bj - magnet toroidal. câmp, Ip - curent în plasmă (dimensiunile sunt măsurate în metri, câmpul magn -. în tesla, curent - în MA). O condiție necesară pentru stabilitatea coloanei de plasmă este inegalitatea q>], la-Roe numit. p și m la p și e K e m u p k și l a - Etapa f p și n o c a. Experimentele arată că o menținere stabilă atinsă în siguranță, numai pentru valori.
Pentru a limita densitatea sunt 2 - partea de sus și de jos. Nij. Limita densității asociată cu formarea de t. n. accelerată sau electroni fugari. La o densitate scăzută, frecvența coliziune de electroni cu ioni devine insuficient pentru a preveni trecerea la accelerare continuă în longitudinală electrice. câmp. Accelerated electroni de mare energie poate fi un pericol pentru elementele camerei de vacuum, cu toate acestea, densitatea plasmei este selectată atât de mare încât nu a fost accelerată electroni. C. și colab. Hand, la un mod de confinare cu plasmă densitate suficient de mare devine din nou instabilă datorită radiațiilor și procese atomice la limita plasmei, la- duce la o îngustare a canalului curent și dezvoltarea elicoidală a instabilității plasmei. Top. caracterizat prin densitate limită parametri adimensionali My-cancerele M = nR / Bj și Hyugella H = nqr / Bj (aici Lun măsurate în unități de 10 20 particule / m 3, secțiunea transversală a densității de electroni n). Pentru izolare plasmatică susținută este necesar ca numărul de M și H nu depășește anumite critice. valori.
Când încălzirea plasmei și creșterea presiunii sale apare o altă limită care caracterizează valoarea maximă stabilă a presiunii în plasmă, p = n (Te + Ti). în cazul în care Te. Ti este ritmul de electroni și ioni riu. Această limită este impusă valoarea b, egală cu raportul Wed. presiunea de plasmă la magnetul de presiune. câmp; expresie simplificată pentru valorile limită ale b date de relația Troyon bc = PIG / ABJ. unde g este un factor numeric de aproximativ 3. 10 -2.
Experimentele efectuate pe mai multe T. în dec. forma și dimensiunile, lăsate să se rezume rezultatele studiilor mecanismelor de transport, după caz em-Pirich. dependențe. In particular, s-au găsit energetich în funcție. durata de viata TE din DOS. parametrii de plasmă pentru în dec. Hold moduri. Aceste dependențe sunt numite. cu k e l d i n g o m și; Acestea au fost folosite cu succes pentru a prezice parametrii de plasmă în unitățile nou comandate.
plasmă de auto-organizare. T. plasmă sunt în mod constant oscilații slab neliniare. la- influențează profilele de distribuție ale ritmului-turii, densitatea particulelor și densitatea razei curente, ca și în cazul în care controlat de acestea. În special, în centru. coloana de plasmă este adesea prezent t. n. oscilații, reflectând dinți de fierăstrău gradual procesul exacerbări recurente și apoi un profil ascuțit aplatizare rate-ry. contracția curent Dinți de fierăstrău pentru a preveni magn. axa Torus (vezi. Contracția evacuarea gazului). În plus, din când în când T. excitat moda înfășurării (ex. N. M și p și n-r m o n s), cordon la- se observă într-un magnet de joasă frecvență. fluctuații. Ruperea modul de ajutor pentru a stabili o distribuție mai durabilă a densității de curent de-a lungul razei. În cazul în care nu atent cu plasmă modul de manipulare de rupere poate crește într-o asemenea măsură încât perturbările cauzate de acestea magneziu. câmp distruge magn. suprafață în întregul volum al coloanei de plasmă, magneziu. configurație este distrusă, energia plasmei emiși pereții și curentul în plasmă este terminată datorită răcirii sale puternice (a se vedea. instabilitatea lacrimare).
Pe lângă aceste oscilații există volumetrice moduri de oscilație sunt localizate la limita coloanei de plasmă. Aceste moduri sunt foarte sensibile la starea plasmei chiar la periferie, comportamentul lor este complicată procese atomice. Ext. și ext. Modurile de oscilație poate afecta foarte mult procesele de transport a căldurii și a particulelor, acestea conduc la posibilitatea de a trece de la un mod de plasmă magn. izolare termică la celălalt și din spate. Dacă T. distribuția vitezei particulelor în plasmă este foarte diferită de distribuția Maxwell. există o posibilitate pentru dezvoltarea cinetic. instabilități. Ex. la naștere mare număr de electroni fugari se dezvoltă t. n. Instabilitatea fasciculului ventilator, ceea ce duce la transformarea energiei longitudinale în electroni transversale. Kinetic. Instabilitate dezvolta, de asemenea, în prezența ionilor cu energie ridicată care rezultă din complement. încălzire cu plasmă.
încălzire cu plasmă. Plasma orice T. încălzită automat datorită căldurii Joule a curentului care curge prin ea. energie Joule suficient pentru a produce tempo-turii în mai multe. milioane de euro. grade. În scopul fuziunii termonucleare controlate, tempo-Brodarea 10> 8 K, astfel încât toate T. mari completate de sistemele de încălzire cu plasmă puternice. În acest scop, orice e-mail - magneziu. valuri dese. variază, sau injectarea directă a particulelor rapide în plasmă. Pentru încălzire de înaltă frecvență a plasmei este rezonante util la- întâlni ext. kolebat. procesele în plasmă. Ex. încălzirea componentei ionice este realizată convenabil în domeniul de frecvență al ciclotron armonice sau DOS. ionii plasmei sau a aditivilor de ioni, special selectate. electroni atunci când este încălzit prin rezonanță ciclotron de electroni.
Când este încălzit cu particule de ioni rapide sunt utilizate în general fascicule puternice de atomi neutri. Astfel de pachete nu interacționează cu magnetul. câmp și pătrund adânc în plasmă, în cazul în care acestea sunt ionizate și prinse de un magnet. T. câmp
Cu supliment, metodele de viteza de încălzire a T. plasma py gestionează pick> 3 x 10 8 K, ceea ce este suficient pentru fluxul de reacție termonucleară puternic. In viitor dezvoltat T. reactoare de încălzire cu plasmă se realizează prin particule alfa mari produși în reacția de fuziune nucleară de deuteriu și tritiu.
Tokamak staționare. De obicei, curentul de plasmă curge numai în prezența electric vortex. câmp generat prin creșterea magnet. curge în inductor. Mecanism de antrenare de curent de inducție este limitată în timp, astfel încât modul corespunzător de îmbrăcare cu plasmă este pulsată. Cu toate acestea, modul de puls nu este doar posibil, încălzirea cu plasmă poate fi folosită pentru a menține curentul, în cazul în care, împreună cu energia transferată plasma și pulsul este diferit pentru diferite componente ale plasmei. curente de întreținere Noninductive este facilitată datorită generării de curent în timpul plasma în sine extinderea difuzia la pereții (bootstrap efect). efect Bootstrap a fost prezis neoklassich. teorie și apoi confirmate experimental. Experimentele arată că plasma poate fi păstrată permanent T. și Ch. Eforturile practice. dezvoltarea de starea de echilibru au ca scop îmbunătățirea eficienței unității curente.
Divertorul, controlul impurităților. În scopul dispozitivelor de fuziune necesită plasma foarte pură pe baza izotopilor hidrogenului. Pentru a limita amestecul altora. Ionii în plasmă, în t plasmă T. timpurie închis. N. l și m și m o m e p (Fig. 2a). t. e. o diafragmă care previne contactul plasmei cu o suprafață mare a camerei. În prezent zi. T. este folosit configurație Divertorul mult mai complexe (Fig. 2b). creat de magnet bobina poloidal. câmp. sunt necesare aceste bobine, chiar și pentru plasmă rotunde: cu ajutorul lor, a creat o componentă verticală mag. câmp la cer interacțiunea cu DOS. curent de plasmă nu permite bobina de plasmă să fie aruncat spre peretele de rază mare. Bobinele de configurare Divertorul poloidal magnet. câmpuri sunt aranjate astfel încât secțiunea transversală a plasmei a fost trasă în direcția verticală. În acest magnet închis. suprafață stocată în interiorul separatrix. în afara liniile câmpului intra în camerele Divertorul în cazul în care plasmă este neutralizată efluentului din DOS. volum. Camerele Divertorul gestionează atenua sarcina de plasma la placa Divertorul din cauza completa. răcirea o plasmă la interacțiunile atomice.
Fig. 2. Secțiunea transversală a secțiunii transversale circulare a plasmei (a) și vertical alungit pentru a forma o configurație Divertorul (6): 1-plasma; 2- limitatorului; 3 - peretele camerei; 4 - separatrix; 5 -divertornaya camera; 6 - di vertornye placă.
reactor Tokamak. Ch. scopul cercetării este dezvoltarea plantelor T. mag de concept. pentru confinare plasma creaturi reactor de fuziune. Pe T. Nu se poate crea o plasmă stabilă la temperatură ridicată, cu o rată de furnicar și densitate suficientă pentru un reactor de fuziune; set modele de izolare termică cu plasmă; metode stăpâniți de menținere și de gestionare a unui nivel de curent de impurități. Lucrările la T. Tranziția de la faza nat pură. Studii în faza de stabilire experimentală. reactor de fuziune.