ღია ხაფანგზე დაფუძნებული თერმობირთვული რეაქტორის დიზაინის ფიზიკური საფუძველი

სახელობის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტი. SB RAS, ნოვოსიბირსკი, RF, *****@***ru
*ნოვოსიბირსკის სახელმწიფო უნივერსიტეტი, ნოვოსიბირსკი, რუსეთის ფედერაცია
** ნოვოსიბირსკის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი, ნოვოსიბირსკი, რუსეთის ფედერაცია

ახალი ტიპის ღია ღერძული სიმეტრიული ხაფანგების შემუშავებასთან დაკავშირებით, მკვრივი პლაზმით და გრძივი დანაკარგების მრავალჯერადი სარკის ჩახშობით (GDMLS), დიდი ინტერესია შეფასებები იმის შესახებ, თუ როგორ შეიძლება გამოიყურებოდეს მათზე დაფუძნებული თერმობირთვული რეაქტორი. კერძოდ, აუცილებელია შეფასდეს, შესაძლებელია თუ არა მასში აალება, რა საწვავის ციკლებით შეიძლება იმუშაოს და რა პირობებში, მისი ზომა, სიმძლავრე და სხვა მახასიათებლები ITER-ის ტიპის ტოკამაკის რეაქტორის მახასიათებლებთან შედარებით. ასეთი შეფასებები შესაძლებელს გახდის განისაზღვროს განვითარების მიმართულება, რომელშიც ღია ხაფანგები კონკურენტუნარიანი დარჩება ტოკამაკებთან, როგორც შერწყმის რეაქტორთან შედარებით. ამ ნაშრომის მეორე მიზანია განიხილოს ფიზიკური და საინჟინრო პრობლემები, რომლებიც დაკავშირებულია პლაზმის ჩაკეტვასთან სხვადასხვა ტიპის ხაფანგებში და როგორ წყდება ისინი სისტემებში, როგორიცაა HDML.

მიმოხილვა გვიჩვენებს, რომ ხაფანგი შეიძლება ჩაითვალოს ორი ქვესისტემისგან - ცენტრალური ბირთვისა და კიდეების გასწვრივ გრძივი დანაკარგების ჩახშობის სისტემებისგან. ცენტრალური აქტიური ზონა უნდა იყოს გრძელი სარკის კამერა კვაზი-ერთგვაროვანი ველით და 1,5-ის რიგის მცირე სარკის თანაფარდობით. ეს გამოწვეულია იმით, რომ შეზღუდვის მაგნიტური ველის და, შესაბამისად, პლაზმის სიმკვრივის გაზრდა ბევრად უფრო მომგებიანია, ვიდრე სარკის თანაფარდობის გაზრდა. ამავდროულად, მაქსიმალური მიღწევადი ველი შეზღუდულია სუპერგამტარების ტექნიკური შესაძლებლობებით. ქვემოდან, მაგნიტური სარკის თანაფარდობა შეზღუდულია დამუხტული რეაქციის პროდუქტების უმრავლესობის შენარჩუნების მოთხოვნით. როგორც ნაჩვენებია GDT ჯგუფის მუშაობაში, ასეთ მაგნიტურ კონფიგურაციაში შესაძლებელია პლაზმის შემცველობა მაღალი b~0,6, დაბალი განივი დანაკარგებით. ბირთვი შეიძლება დაიხუროს გრძივი დანაკარგების ჩახშობის ორი ტიპის სისტემით - ამბიპოლარული და მრავალსარკიანი და ეს პრინციპები შეიძლება გაერთიანდეს ერთ მოწყობილობაში. ამ შემთხვევაში, ცხელი ელექტრონული კომპონენტი ნებისმიერ შემთხვევაში ინარჩუნებს ელექტროსტატიკური პოტენციალით, ხოლო ბოლო ფირფიტებიდან ცივი ელექტრონები იკეტება ექსპანდერებში იუშმანოვის პოტენციალით. ეს მეთოდი ასევე გამოცდილი იყო GDL ინსტალაციაზე. გარდა ამისა, შესაძლებელია თერმული ბარიერების გამოყენება. განიხილება სხვადასხვა გრძივი შეკავების სისტემების შედარებითი ეფექტურობა. განივი დანაკარგი ოპტიმალურ კონფიგურაციაში უნდა იყოს მთლიანი დანაკარგის ნახევარი. ამ პირობით, სისტემის სრული სიგრძის ოპტიმიზაციისას ისინი გავლენას მოახდენენ მხოლოდ პლაზმის რადიუსზე და რეაქტორის სიმძლავრეზე. განიხილება აალების და სტაბილური წვის პირობები (პლაზმის შემადგენლობის ცვლილებების გათვალისწინებით წვის პროდუქტების დაგროვების გამო) რეაქტორებში აღწერილი სქემის საფუძველზე საწვავის ციკლებით D-T, D-D და D-He3. აალების და წვის საზღვრები მიიღება bBm2kL ტემპერატურის კომბინაციის თვალსაზრისით, სადაც Bm არის მაქსიმალური მაგნიტური ველი (პირველ დანამატში), k არის ბოლო სისტემის ჩახშობის კოეფიციენტი, L არის აქტიური ზონის სიგრძე. რეაქტორის ზომისა და სიმძლავრის შეფასებები მიღებული იყო არსებული ტექნიკური შეზღუდვებისა და მასშტაბების პირობებში. ღია ხაფანგზე დაფუძნებული D-T რეაქტორის მინიმალური სიმძლავრე და მისი ღირებულება შეიძლება იყოს სიდიდის რიგით ნაკლები ვიდრე ITER-ის მსგავსი სისტემებისთვის.

ლიტერატურა

ბეკლემიშევი ა., ანიკეევი ა., ბურდაკოვი ა. და სხვ. in Fusion for Neutrons And Subcritical Nuclear Fission“, AIP Conference Proceedings, 2012, v. 1442, გვ. 147

შეიცავდეს თერმობირთვულ პლაზმას გარკვეული მოცულობის სივრცეში, შეზღუდული მიმართულებით ველის გასწვრივ. დახურული ხაფანგებისგან განსხვავებით (ტოკამაკები, ვარსკვლავები), რომლებსაც აქვთ ტოროიდის ფორმა, O. l. ახასიათებს ხაზოვანი გეომეტრია და მაგნიტური ველის ხაზები. ველები კვეთენ პლაზმის ბოლო ზედაპირებს (ტერმინი „O.L.“ წარმოშობა დაკავშირებულია ამ უკანასკნელ გარემოებასთან – ბოლოებში „ღიაა“).
ო.ლ. აქვს მთელი რიგი პოტენციალი. უპირატესობები დახურულებთან შედარებით: ისინი უფრო მარტივია საინჟინრო თვალსაზრისით, ისინი უფრო ეფექტურად იყენებენ პლაზმის შემცველი მაგნიტის ენერგიას. პლაზმიდან მძიმე მინარევების და თერმობირთვული რეაქციის პროდუქტების ამოღების პრობლემა უფრო ადვილი მოსაგვარებელია, მრავალი სხვა. ჯიშები O. l. შეუძლია იმუშაოს სრულიად სტაციონარულ რეჟიმში. ამასთან, ამ უპირატესობების რეალიზაციის შესაძლებლობა თერმობირთვულ რეაქტორში, რომელიც დაფუძნებულია O.L. მეტ ექსპერიმენტს მოითხოვს. მტკიცებულება.
შლაკების კამერა - მაქს. ჩვეულებრივი ტიპი O. l. (ნახ. 1, ა). დასაწყისში შემოთავაზებული. 1950-იანი წლები დამოუკიდებლად G.I Budker და R. Post. ძლიერი მაგნიტური უბნები ამ ხაფანგის ბოლოებზე მდებარე ველები იკავებენ პლაზმას, რის გამოც მათ უწოდებენ. მაგ. საცობები

ბრინჯი. 1. სხვადასხვა ტიპის ღია მაგნიტური ხაფანგები (წერტილები მიუთითებს პლაზმაზე): ა- კორპის დეტექტორი; ბ- ამბიპოლარული ხაფანგი ( შესახებ- გრძელი ცენტრალური შტეფსელი, 1 - მოკლე ბოლო სარკის უჯრედები); ვ- ანტიკორქტრონი (0 - მაგნიტური ველის ბირთვი, ა- ღერძული უფსკრული, IN- რგოლოვანი სლოტი); გ- მრავალ კორპიანი ხაფანგი.

ნაწილაკების შეკავება სარკის უჯრედში განპირობებულია ადიაბატურით. მისი მაგნიტის უცვლელობა. მომენტი, რომელიც ხდება იმ პირობებში, როდესაც ნაწილაკების ლარმორის რადიუსი მცირეა მაგნიტური ველის ცვლილების მასშტაბთან შედარებით. ველები (იხ ადიაბატური ინვარიანტები).არარელატივისტურ მიახლოებაში მაგნიტი. ნაწილაკების მომენტი სად ნ- მაგნიტური დაძაბულობა მინდვრები და თდა - მასა და პერპენდიკულარული მაგ. ნაწილაკების სიჩქარის ველი კომპონენტი. ადიაბატურიდან უცვლელობა და ნაწილაკების ენერგიის კონსერვაციის კანონი გამომდინარეობს (სად ნმაქს - მაქს. მაგნიტური მნიშვნელობა ველები საცობებში), ნაწილაკი აისახება საცობებიდან და ასრულებს სასრულ მოძრაობას ხაფანგში.
თუ "0" ინდექსით აღვნიშნავთ ყველა რაოდენობის მნიშვნელობებს მინიმალურ მაგაზე. ველები, შემდეგ მდგომარეობა შეიძლება ჩაიწეროს ფორმაში

ზომა რდაურეკა "კორპის დამოკიდებულება". (1) პირობიდან გამომდინარეობს, რომ მოცემული ველის თანაფარდობისთვის ნმაქს და ნ 0, მხოლოდ ის ნაწილაკები ინახება ხაფანგში, რომელთა სიჩქარის ვექტორი დევს სიჩქარის სივრცეში „დაკარგვის კონუსის“ მიღმა [მაგნიტური ველის პარალელურად ღერძის მქონე კონუსი. ველი, და წვერის კუთხით =
ღერძის სიმეტრიულ სარკის უჯრედში, პლაზმა ჩვეულებრივ ექვემდებარება ღარების არასტაბილურობა, რაც იწვევს პლაზმის გაჟონვას მაგნიტურ ველში. ველები ვიწრო ენების სახით. არასტაბილურობა წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ასეთ სარკის უჯრედში მოდული მაგნიტურია. ველი მცირდება რადიალური მიმართულებით და ენერგიულად ხელსაყრელია პლაზმისთვის გადაადგილება სუსტი ნულის რეგიონში. ფლეიტის არასტაბილურობის სტაბილიზაციისთვის გამოიყენება არაღერძული სიმეტრიული მაგნიტები. ველები, რომლებსაც აქვთ აბს. მინიმალური ნშეკავების არეალში.
სარკის უჯრედები ივსება ცხელი პლაზმით წყალბადის სწრაფი ატომების ინექციით. შეღწევა მაგნიტის გასწვრივ. ველები პლაზმაში, ისინი იპყრობს იქ იონიზაციისა და მუხტის გაცვლის გამო და უზრუნველყოფენ მასალისა და ენერგიის შენარჩუნებას. პლაზმური ბალანსი. 1976 წელს, ამ მეთოდის გამოყენებით 2KhPV სარკის უჯრედში ლივერმორის ლაბორატორიაში (აშშ), კვაზი-სტაციონარული პლაზმა ~10 14 სმ-3 სიმკვრივით და იონის ტემპერატურით. თ ი 10 8 კ.
პლაზმის იონების ერთმანეთთან ელასტიური შეჯახება იწვევს მათ გაფანტვას, ჩავარდნას დაკარგვის კონუსში და ტოვებს სარკის უჯრედს. გამოთვლები აჩვენებს, რომ ამ პროცესით განსაზღვრული პლაზმური სიცოცხლის ხანგრძლივობა სარკის უჯრედში შეიძლება შეფასდეს შემდეგი ფორმულით:

სადაც არის იონის გაფანტვის დრო ერთიანობის რიგის კუთხით. ეს შეფასება მოქმედებს იმ პირობებში, როდესაც სარკის უჯრედის სიგრძე მცირეა იონების საშუალო თავისუფალ გზასთან შედარებით.
ელექტრონების გაფანტვის დრო შედარებით მცირეა და ამიტომ ელექტრონების განაწილების ფუნქცია ახლოსაა მაქსველიანთან. კერძოდ, ის იზოტროპულია, ანუ ნიშნავს. ზოგიერთი ელექტრონი იმყოფება დაკარგვის კონუსში და შეიძლება გაექცეს ხაფანგს საცობების მეშვეობით. ასეთ პირობებში პლაზმის კვაზინეიტრალურობას უზრუნველყოფს მასში წარმოქმნილი ამბიპოლარული ელექტრული ენერგია. ველი, რომელიც ხელს უშლის ელექტრონის დაკარგვას. ამბიპოლარული პოტენციალის განაწილება მაგნიტური ველის გარკვეული ხაზის გასწვრივ. ველები მოცემულია f-loy

სად თ ე- ელექტრონების ტემპ-პა, პ- ადგილობრივი პლაზმური სიმკვრივე. ამბიპოლარული ელექტრო ველი იწვევს იონების შეკავების გარკვეულ გაუარესებას.
დიდი დამატება. იონების სიცოცხლის ხანგრძლივობის შემცირება გამოწვეულია მათი გაფანტვით ზეთერმულ ელექტრულ რყევებზე. ველები, რომლებიც შეიძლება წარმოიშვას იონის განაწილების ფუნქციის ანიზოტროპიის გამო (ანიზოტროპია დაკავშირებულია იონების არარსებობასთან დაკარგვის კონუსში). სარკისებურ უჯრედში შედარებით ხანმოკლე სიცოცხლე ხდის ისეთი სისტემების გამოყენების პერსპექტივას, როგორიცაა თერმობირთვული რეაქტორები. ამასთან დაკავშირებით, სხვადასხვა დროს შემოთავაზებული იყო რამდენიმე. O.l.-ის გაუმჯობესებული ტიპები, სარკის კამერის იდეის საფუძველზე.

ამბიპოლარული ხაფანგი. იონის შეკავების დროის გაზრდის ერთ-ერთი შესაძლებლობა დაკავშირებულია ამბიპოლარული ელექტროენერგიის გამოყენებასთან. ველები. კორპის გრძელ ბოთლამდე შესახებ(ნახ. 1, ბ) საშუალო სიმკვრივის პლაზმით, თითოეულ მხარეს მოკლე სარკის უჯრედი უკავშირდება 1 , რომელშიც ინტენსიური ინექციის დახმარებით მაღალი ენერგიით. ნეიტრალური ატომები, შენარჩუნებულია მაღალი პლაზმური სიმკვრივე. შემდეგ, (3) შესაბამისად, წარმოიქმნება პოტენციური განსხვავება ცენტრალურ და გარე სარკის უჯრედებს შორის ტოლი ( თ ე /ე) 1p( n 1 / n 0)და იონების ცენტრი. el-static ჩნდება დანამატის პალატაში. პოტენციალი ორმო. საკმარისად დიდი სიმკვრივის სხვაობით, ჭაბურღილის სიღრმე იმდენად დიდი იქნება, რომ ცენტრიდან იონების დაკარგვა. სარკის უჯრედი უმნიშვნელო გახდება. რა თქმა უნდა, პლაზმის მაღალი სიმკვრივის შენარჩუნება ბოლო სარკის უჯრედებში მოითხოვს გარკვეულ განსაზღვრას. ენერგიული ხარჯები, მაგრამ ეს ხარჯები არ არის დამოკიდებული ცენტრის სიგრძეზე. დანამატის კამერა. და რადგან მასში თერმობირთვული ენერგიის განთავისუფლების ძალა პროპორციულია. მისი სიგრძე, შემდეგ გააკეთეთ ცენტრი. კორპის კამერა საკმარისად გრძელია, რათა უზრუნველყოს მისი მოთავსება. ენერგიული მთლიანად სისტემის ბალანსი.

ბრინჯი. 2. TMH ამბიპოლარული ხაფანგის სქემა: 1 - ბოლო სარკის უჯრედის ღერძულად ასიმეტრიული გრაგნილი, რომელიც უზრუნველყოფს მინიმალურ მაგნიტურ ველს ნღერძზე; 2 - ცენტრალური სოლენოიდის გრაგნილები; 3 - გარდამავალი გრაგნილები; 4 - პლაზმა; 5 - ნეიტრალური ატომების ინჟექტორები. პლაზმის დამახასიათებელი „გულშემატკივართა“ ფორმა ინსტალაციის ბოლოების მახლობლად განპირობებულია ინსტალაციის მაგნიტური ველის თვისებებით. ცენტრალურ სოლენოიდში პლაზმის განივი კვეთა წრიულია.

ექსპერიმენტებში რიგ ამბიპოლარული ხაფანგზე კონ. 70-იანი წლები - ადრეული 80-იანი წლები ნაჩვენებია, რომ ამბიპოლარული იონების შეკავების ცენტრი. ნამდვილად არის საცობების პალატა. სასურველი სიმკვრივის განაწილების შექმნისას იონების სიცოცხლე ცენტრია. საცობები გაიზარდა ~10-ჯერ შეფასებით (2). პლაზმური პარამეტრების ცენტრი. სარკის უჯრედები საკმაოდ ზომიერი იყო (TMH ინსტალაციაში, დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 2-ში, თ ი~ 100 ევ, n i~ 10 13 სმ 3).
ამბიპოლარული ხაფანგებში პლაზმური პარამეტრების გაზრდის სირთულეები დაკავშირებულია თავ. arr. ბოლო სარკის უჯრედის იონების გაძლიერებული გაფანტვის შესაძლებლობით სუპრათერმული რყევებით.
არაღერძული სიმეტრიული მაგნიტური ფლეიტის არასტაბილურობის სტაბილიზაციისთვის გამოყენებული ველები შეიძლება იყოს გაძლიერებული განივი პლაზმური გადაცემის წყარო, რომელიც მოგვაგონებს ნეოკლასიკურს. გადატანა დახურულ ხაფანგებში. აქედან გამომდინარე, აუცილებელია ტოპოლოგიურად მარტივი ღერძის სიმეტრიული მაგნიტების პოვნა. კონფიგურაციები, რომლებშიც პლაზმა სტაბილური იქნება ფლეიტის დარღვევების მიმართ.
თ.ნ. ანტიკორქტრონი, რომელიც წარმოიქმნება, როდესაც ორი კოაქსიალური მაგნიტი ჩართულია საპირისპირო მიმართულებით. ხვეულები (ნახ. 1, ვ), არის ამ თვისების ერთ-ერთი კონფიგურაცია.
მაგნიტური მოდული ამ ხაფანგში ველებს აქვთ აბები. მინიმალური სისტემის ცენტრში, მაგრამ ეს მინიმალური არის ნული. შესაბამისად, ანტი-სლაგერის ცენტრთან ადიაბატური დარღვეულია. უცვლელობა და პლაზმა ამ რეგიონიდან სწრაფად იკარგება საველე ხაზების გასწვრივ. ამ დანაკარგების აღმოსაფხვრელად, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ღერძული ადა შემოვლითი გზა INკორპის საწინააღმდეგო ბზარები, სპეციალური სისტემა. ელექტროდები, რომლებიც ხელს უშლიან ელექტრონის დაკარგვას. ამის შემდეგ იონების შეკავება უზრუნველყოფილი იქნება თავისით. ამბიპოლარული პლაზმური პოტენციალი. ტექ. შეზღუდვები ართულებს ამ სქემის ექსტრაპოლაციას პლაზმური რეაქტორის პარამეტრებზე. შესაძლოა, შლაგების საწინააღმდეგო ტრონები იპოვონ გამოყენება, როგორც სტაბილიზაციის ელემენტი ამბიპოლარული ხაფანგებში.
შეკავების დროის გაზრდის საკმაოდ სხვა შესაძლებლობები დაკავშირებულია O. l-ზე გადასვლასთან. სიგრძით ლ, აღემატება იონების საშუალო თავისუფალ გზას. ამ ტიპის სისტემების მაგალითია დასაწყისში შემოთავაზებული მრავალსარკიანი ხაფანგი (MTL). 70-იანი წლები ინსტალაციას აქვს ერთმანეთთან დაკავშირებული სარკის უჯრედების ჯაჭვის ფორმა (ნახ. 1, დ) და თითოეულის სიგრძე უფრო მოკლეა. ასეთ ო.ლ. პლაზმური სიცოცხლის ხანგრძლივობა იზრდება 10-ჯერ, შეფასებით (2).
Dr. ამ კლასს მიეკუთვნება ინსტალაცია ე.წ. გაზის დინამიური ხაფანგი (GDT), რომელიც არის სარკის კამერა დიდი სარკის თანაფარდობით ( R= 50 - 100) და სიგრძით L>/R. პლაზმური სიცოცხლის ხანგრძლივობა GDL in LR/ ჯერ აღემატება შეფასებას (2). GDL-ის თავისებურება ის არის, რომ მასში ფლეიტის არასტაბილურობა შეიძლება ჩახშობილი იყოს თუნდაც მარტივი ღერძის სიმეტრიული მაგნიტური კონფიგურაციის დროს. ველები.
უპირატესობა O. l. თან L>IR(MPL, GDL) არის ის, რომ მათგან პლაზმის გრძივი დანაკარგები არ არის დამოკიდებული მიკრორყევებზე, მინუსი არის ის, რომ ასეთი დანადგარების სიგრძე (რეაქტორის ვერსიაში) შედარებით გრძელია.

ნათ.:ჩუიანოვი V.A., ადიაბატური მაგნიტური ხაფანგები, წიგნში: მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების შედეგები. სერ. პლაზმის ფიზიკა, ტ. 1, ნაწილი 1, მ., 1980; ჩირიკოვი ბ.ვ., ნაწილაკების დინამიკა მაგნიტურ ხაფანგებში, in: პლაზმის თეორიის პრობლემები, ვ. 13, მ., 1984; Ryutov D. D., Stupakov G. V., გადაცემის პროცესები ღერძულად ასიმეტრიულ ღია ხაფანგებში, იქვე; პასტუხოვი V.P., კლასიკური გრძივი პლაზმის დანაკარგები ღია ადიაბატურ ხაფანგებში, იქვე; Ryutov D.D., Open traps, UFN, 1988, ტ. 154, გვ. 565.

დ. დ.რიუტოვი.

ნახევარ საუკუნეზე მეტი გავიდა მას შემდეგ, რაც მსოფლიოში დაიწყო მუშაობა კონტროლირებად თერმობირთვულ შერწყმაზე. ამ პრობლემის გადაწყვეტამ კაცობრიობას ენერგიის თითქმის უსაზღვრო წყარო უნდა მიაწოდოს.

თავიდან ჩანდა, რომ ენერგიის წარმოებისთვის მსუბუქი ბირთვების შერწყმის მშვიდობიანი გამოყენების პრობლემა საკმაოდ სწრაფად გადაიჭრებოდა, მით უმეტეს, რომ მახლობლად იყო მაგალითი, როდესაც ატომური ბომბის პირველი გამოცდიდან შექმნამდე ოთხ წელზე ნაკლები გავიდა. საბჭოთა კავშირში პირველი ატომური ელექტროსადგური. მაგრამ კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმით, ყველაფერი ბევრად უფრო რთული აღმოჩნდა და მისი განხორციელების გზა გაცილებით გრძელი აღმოჩნდა, ვიდრე თავიდან ჩანდა.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად საჭირო იყო მაღალტემპერატურული მკვრივი პლაზმის შექმნა, დიდი ხნით შეკავება და მასში მომხდარი ბირთვული რეაქციების ენერგიის გამოყენება. შემოთავაზებული იყო ძლიერი მაგნიტური ველის გამოყენება პლაზმის შესაზღუდად. თუმცა, უკვე პირველ ექსპერიმენტებში გაირკვა, რომ პლაზმა მაგნიტურ ველში არაპროგნოზირებად იქცევა და სწრაფად იკარგება ხაფანგიდან. დიდი დრო დასჭირდა პლაზმაში მიმდინარე ურთულესი პროცესების გაგებას და თერმობირთვული რეაქტორის შექმნისკენ წინსვლას.

დღეისათვის ტოროიდულ (დონატის ფორმის - რედ.) ტოკამაკის ტიპის ინსტალაციების ექსპერიმენტებში მნიშვნელოვანი პროგრესი იქნა მიღწეული ცხელი პლაზმის პარამეტრებში, რამაც შესაძლებელი გახადა პირდაპირ გადავიდეთ ITER ინსტალაციის აგების ამოცანაზე. რომლის თერმობირთვული პლაზმის წვა დიდხანს შენარჩუნდება 500 მგვტ სიმძლავრის დონეზე. ITER-ის პროექტს, რა თქმა უნდა, უდიდესი მნიშვნელობა აქვს მთელი კაცობრიობისთვის. მისი მასშტაბები იმდენად დიდია, რომ მისი განხორციელება შესაძლებელი გახდა მხოლოდ ფართო საერთაშორისო თანამშრომლობის საფუძველზე.

ამავდროულად, ITER-ზე თერმობირთვული პლაზმის წვის წარმატებული დემონსტრირებაც კი არ ნიშნავს იმას, რომ მომავალი თერმობირთვული რეაქტორები აშენდება ტოკამაკების ბაზაზე. პარალელურად, მაღალტემპერატურული პლაზმის ფიზიკის კვლევებში, შესთავაზეს მის შესანახად ღია ხაფანგების გამოყენება მაგნიტური სარკეებით, ტოკამაკებისგან განსხვავებული ტოპოლოგიურად. ამ ხაფანგებს ტოკამაკებთან შედარებით არაერთი ფუნდამენტური უპირატესობა აქვს. კერძოდ, ისინი უფრო მარტივია დიზაინით, რაც მომავალში შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი არგუმენტი მათი შერწყმის რეაქტორად გამოყენების სასარგებლოდ. თუმცა, პრაქტიკაში რჩება იმის დემონსტრირება, რომ ამ ხაფანგებში შესაძლებელია მაღალი პლაზმური პარამეტრების მიღწევა, რომლებიც ჯერ კიდევ შესამჩნევად დაბალია ვიდრე საჭიროა. ამ მიმართულებით მნიშვნელოვანი პროგრესი მიღწეულია ბოლო წლებში ამ ტიპის თანამედროვე საშუალებების გამოყენებით ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტში გაუმჯობესებული პლაზმური შეზღუდვით SB RAS, რომელიც იყო და რჩება ერთ-ერთ მსოფლიო ლიდერად კვლევის ამ სფეროში.

ერთ-ერთი ასეთი ინსტალაციაა GOL-3 მრავალსარკიანი ხაფანგი, სადაც ტარდება ექსპერიმენტები მკვრივი (1023 მ-3-მდე) პლაზმით. ამ ინსტალაციის შედეგად მიღებულ იქნა არაერთი უნიკალური შედეგი. კერძოდ, გრძივი ელექტრონის თბოგამტარობის ჩახშობის ეფექტი სამი რიგის სიდიდით აღმოაჩინეს პლაზმაში მიკროტურბულენტობის განვითარების გამო რელატივისტური ელექტრონული სხივის გავლისას, რამაც შესაძლებელი გახადა ელექტრონის ტემპერატურის მიღება 4 კევ ხაფანგი. მრავალსარკე მაგნიტურ კონფიგურაციაში აღმოჩენილი და ახსნილი იქნა იონების სწრაფი გაცხელების ეფექტი 2 კევ ტემპერატურამდე პლაზმის სიმკვრივით 1021 მ -3. მიღწეული პარამეტრები შესაძლებელს ხდის ფიზიკური პროცესების სიმულაციას მრავალსარკე თერმობირთვულ რეაქტორში. გარდა ამისა, ინსტალაცია შესაძლებელს ხდის შეისწავლოს ელექტრონი-ცხელი პლაზმის ურთიერთქმედების ეფექტები ზედაპირთან ტოკამაკებში თერმობირთვულ პლაზმასთან.

ინსტიტუტმა შემოგვთავაზა და სწრაფად დანერგა თანამედროვე ღია ხაფანგების კიდევ ერთი სქემა - ეგრეთ წოდებული გაზის დინამიური პლაზმური ხაფანგი (GPL). GDL-ის სიგრძე და მაგნიტური ველის სიდიდე ცენტრში და ბოლოებში არჩეულია ისე, რომ იონების ეფექტური საშუალო თავისუფალი გზა ნაკლები იყოს ინსტალაციის სიგრძეზე. ასეთ პირობებში, პლაზმური სიცოცხლის ხანგრძლივობა განისაზღვრება ისევე, როგორც ეს ხდება ჩვეულებრივი გაზის დანაკარგების გაანგარიშებისას ჭურჭლის ღიობის მეშვეობით, რასაც უკავშირდება ინსტალაციის სახელწოდება. პლაზმური სიცოცხლის ხანგრძლივობა GDT-ში არ არის მგრძნობიარე მასში მიკრორყევების აგზნების შესაძლებლობის მიმართ და ეს ხდის ექსპერიმენტული შედეგების წინასწარმეტყველებას და მის ექსტრაპოლაციას რეაქტორის პირობებში. GDL-ის კიდევ ერთი უპირატესობა არის პლაზმის ჰიდროდინამიკური სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად ღერძის სიმეტრიული კონფიგურაციის ფარგლებში. ეს თეორიული დასკვნები უკვე დადასტურებულია ექსპერიმენტულად. გაზის დინამიურ ხაფანგს აქვს პერსპექტივები როგორც წმინდა რეაქტორული თვალსაზრისით, ასევე, როგორც საფუძველი თერმობირთვული ნეიტრონების მასალების მეცნიერების წყაროს შესაქმნელად.

GDL-ის ინსტალაციაზე, დეიტერიუმის ატომური სხივების ინექცია, რომელთა საერთო სიმძლავრეა დაახლოებით 4 მეგავატი, შესაძლებელს ხდის ხაფანგში პლაზმური წნევის გაზრდას შეზღუდვის მაგნიტური ველის წნევის თითქმის ნახევარამდე. ამ შემთხვევაში დაფიქსირებული ნეიტრონული გამოსხივება ძირითადად კონცენტრირებულია ხაფანგში 45 გრადუსიანი კუთხით შეყვანილი სწრაფი დეიტრონების გაჩერების წერტილებზე. მიმდინარეობს მუშაობა ინექციის სიმძლავრისა და ხანგრძლივობის შემდგომი გაზრდის მიზნით, რათა ექსპერიმენტში მოხდეს იმ პირობების რეპროდუცირება, რომლებიც იარსებებს ნეიტრონული წყაროს დეიტერიუმ-ტრიტიუმის პლაზმაში 14 მევ ნეიტრონების სიმკვრივით 0,5 მვტ/მ 2. ინექციის შემდგომმა ზრდამ უნდა გაზარდოს ნეიტრონული ნაკადის სიმკვრივე 2 მვტ/მ 2-მდე, რაც საჭიროა მომავალი თერმობირთვული ტოკამაკის რეაქტორის მასალების ტესტირებისთვის მაქსიმალური დატვირთვით.

ვ.ნოვიკოვის ფოტო

ა.ივანოვი, ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი, BINP

2016 წლის 9 აგვისტო 10.40 სთპრესის მიდგომა მე-11 საერთაშორისო კონფერენციის მთავარ მონაწილეებთან პლაზმური შეზღუდვის ღია მაგნიტური სისტემების შესახებ გაიმართება ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტში SB RAS (აკადემიკა ლავრენტიევის გამზირი 11, ნოვოსიბირსკი). ისინი ისაუბრებენ ამ მიმართულებით კვლევებით დაკავებული წამყვანი სამეცნიერო ცენტრების უახლეს შედეგებზე. მაგალითად, ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის მეცნიერებმა SB RAS შეიმუშავეს პერსპექტიული მეთოდი პლაზმის გენერირებისთვის მაღალი სიმძლავრის მიკროტალღური გამოსხივების გამოყენებით ფართომასშტაბიანი ღია ტიპის მაგნიტურ ხაფანგში (GDT). ამ მეთოდმა საშუალება მისცა წარმატებულ ექსპერიმენტებს გააუმჯობესოს პლაზმური შეზღუდვა თერმობირთვული დიაპაზონის პარამეტრებით. გარდა ამისა, ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის SB RAS-ის ინსტალაციაზე, შესწავლილი იქნა თხევადი ვოლფრამის ნაპერწკლების გავრცელება მომავლის თერმობირთვულ რეაქტორებში.

პრესის მონაწილეები მიდგომა:

1. ალექსანდრე ალექსანდროვიჩ ივანოვი, ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი, ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტის SB RAS დირექტორის მოადგილე სამეცნიერო მუშაობის საკითხებში.

2. ალექსანდრე გენადიევიჩ შალაშოვი, ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის (ნიჟნი ნოვგოროდი) გამოყენებითი ფიზიკის ინსტიტუტის პლაზმური გათბობის მიკროტალღური მეთოდების სექტორის ხელმძღვანელი.

3.იოსუკე ნაკაშიმა , იაპონია, ცუკუბას უნივერსიტეტის პლაზმური კვლევის ცენტრის პროფესორი. (პროფ. ნაკაშიმა იუსუკე, პლაზმური კვლევის ცენტრი, ცუკუბას უნივერსიტეტი, იაპონია)

4. ტეჰიუპი ოჰპროფესორი, თერმობირთვული კვლევის ეროვნული ინსტიტუტი, დეჯეონი, კორეა. (პროფ. Lho Taihyeop, National Fusion Research Institute, Daejeong, კორეა).

კონფერენცია იმართება ორ წელიწადში ერთხელ, მონაცვლეობით რუსეთის სამეცნიერო ცენტრების (ნოვოსიბირსკი, BINP SB RAS), იაპონიასა და კორეაში. ძირითადი მიმართულებები, რომლებიც წარმოდგენილი იქნება არის პლაზმის ჩაკეტვის ფიზიკა ღია ხაფანგებში, გათბობის სისტემები ღია ხაფანგებისთვის, პლაზმური დიაგნოსტიკა, პლაზმის ურთიერთქმედება ზედაპირთან.

არსებობს რამდენიმე ვარიანტი, რომლის საფუძველზეც მომავალში შესაძლებელი იქნება თერმობირთვული რეაქტორის აშენება - ტოკამაკი, ვარსკვლავური, ღია ხაფანგები, შებრუნებული ველის კონფიგურაცია და სხვა. დღესდღეობით, ტოკამაკები ყველაზე განვითარებული სფეროა, მაგრამ ალტერნატიულ სისტემებს ასევე აქვთ მთელი რიგი უპირატესობები: ისინი ტექნიკურად უფრო მარტივია და შეიძლება იყოს უფრო ეკონომიკურად მიმზიდველი, როგორც რეაქტორი. შესაძლოა, მომავალში ტოკამაკი შეიცვალოს ან დაიწყებს თანაარსებობას სხვა ტიპის ხაფანგებთან. BINP SB RAS მუშაობს ალტერნატიულ მიმართულებაზე - ღია ხაფანგები პლაზმური ჩაკეტვისთვის.

ადრე ითვლებოდა, რომ ამ ტიპის ინსტალაცია შეიძლება ჩაითვალოს უფრო მეტად, როგორც პლაზმის ფუნდამენტური თვისებების შესწავლის ინსტრუმენტად, ასევე პირველი ექსპერიმენტული თერმობირთვული რეაქტორის ITER-ის ექსპერიმენტების მხარდაჭერისთვის.

თუმცა, ბოლოდროინდელმა შედეგებმა - პლაზმის გათბობა 10 მილიონი გრადუსამდე ტემპერატურაზე ღია GDT ხაფანგში (BINP SB RAS, რუსეთი) და პლაზმის კვაზი-სტაციონარული მდგომარეობის დემონსტრირება S-2 ინსტალაციაზე (Tri Alpha Energy, აშშ) - აქვს. აჩვენა, რომ ალტერნატიულ სისტემებში შესაძლებელია ბევრად უფრო მაღალი პლაზმური პარამეტრების მიღწევა, ვიდრე ადრე ეგონათ.

ყველაზე დიდი ღია ხაფანგები მოქმედებს რუსეთში, იაპონიაში, ჩინეთში, სამხრეთ კორეასა და აშშ-ში.

კონტაქტები აკრედიტაციისთვის:

ალა სკოვორდინა,
საზოგადოებასთან ურთიერთობის სპეციალისტი, BINP SB RAS,
r.t.+7 383 329-47-55, m.t.+7 913 9354687, ელ.

მოკლე ინფორმაცია შერწყმის რეაქტორის მოდელების ტიპებზე

ტოკამაკი(შემოკლებით "ტოროიდული მაგნიტური კამერა"), დახურული მაგნიტური ხაფანგი, რომელიც ტორუსის ფორმისაა და შექმნილია მაღალი ტემპერატურის პლაზმის შესაქმნელად და შესანახად. Tokamak შეიქმნა და შეიქმნა კონტროლირებადი თერმობირთვული შერწყმის პრობლემის გადასაჭრელად და თერმობირთვული რეაქტორის შესაქმნელად.

გახსენით ხაფანგები- მაგნიტური ხაფანგის ტიპი თერმობირთვული პლაზმის შესაზღუდად სივრცის გარკვეულ მოცულობაში, შეზღუდული მიმართულებით მაგნიტური ველის გასწვრივ. დახურული ხაფანგებისგან განსხვავებით (ტოკამაკები, ვარსკვლავები), რომლებსაც აქვთ ტოროიდის ფორმა, ღია ხაფანგებს ახასიათებთ წრფივი გეომეტრია, მაგნიტური ველის ხაზებით, რომლებიც კვეთენ პლაზმის ბოლო ზედაპირებს. ღია ხაფანგებს აქვთ მრავალი პოტენციური უპირატესობა დახურულ ხაფანგებთან შედარებით. ისინი საინჟინრო თვალსაზრისით უფრო მარტივია, ისინი უფრო ეფექტურად იყენებენ მაგნიტური ველის ენერგიას, რომელიც ზღუდავს პლაზმას, პლაზმიდან მძიმე მინარევებისაგან და თერმობირთვული რეაქციის პროდუქტების ამოღების პრობლემა უფრო ადვილი მოსაგვარებელია და ღია ხაფანგების მრავალი სახეობა სტაციონარული ფუნქციონირებს. რეჟიმი. თუმცა, ამ უპირატესობების რეალიზაციის შესაძლებლობა ღია ხაფანგებზე დაფუძნებულ შერწყმა რეაქტორში მოითხოვს ექსპერიმენტულ მტკიცებულებებს.

D. D. Ryutov-ის მასალებზე დაყრდნობით, UFN 1988, ტ. 565.