Ядерные реакции в звездах Физические основы ядерного синтеза Термоядерный синтез в земных условиях Токамак Реакторная технология Перспективы термоядерной энергетики Корпус ядерного реактора

Ядерная физика

Низкоаспектные (сферические) токамаки

Секция камеры. этой детали быть выдержаны с точностью до пяти миллиметров. Легководные реакторы Современные ядерные реакторы

Интерес к токамакам с малым отношением максимального и минимального радиусов тороида, как замкнутым системам с максимально достижимой тороидальностью, возник после статьи И.Д.Шафранова и Л.А.Арцимовича, в которой было указано на преимущества удлиненных конфигурационных систем. Удлинение увеличивается естественно с уменьшением величины отношения радиусов без специальной равновесной магнитной спирали. Однако практическая разработка низкоаспектных токамаков началась, после того, как M.Peng и D.Strickler теоретически сформулировали основные преимущества такого параметра, как естественное вертикальное удлинение плазменного шнура (K ~ 2), указали на большое значение такого важного для магнитного удержания параметра, как бета тороидальности, на лучшее удержание, и т.д. Недавно, эти прогнозы были экспериментально качественно подтверждены на некоторых малых сферических токамаках (например, CDX-U, HIT, TS-3, MEDUSA, ROTAMAK-ST) и на Кульхэмском лабораторном START. Этот успех стимулировал новую фазу теоретических и экспериментальных изучений. В результате было создано новое поколение установок, таких как GLOBUS-M (Россия), PEGASUS и NSTX (США), MAST (Англия), ETE (Бразилия), TST (Япония), многие из которых показали рекордные результаты.

В настоящее время полагают, что токамак с низким аспектным отношением (сферический токамак) представляет собой перспективный тип установок для получения термоядерного горения в компактной и простой системе, более дешевой, чем традиционные токамаки. Сферический токамак сочетает в себе преимущества сферомаков (компактность) и токамаков (улучшенное удержание плазмы). Эксперименты и теоретические исследования показали, что сферический токамак имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными токамаками: плазма в сферическом токамаке не подвержена срывам, имеет хорошую вертикальную устойчивость и обладает потенциалом для естественной диверторной конфигурации. Вычисления показывают возможность функционирования даже в отсутствие проводящей стенки для дополнительной устойчивости, большая часть тока может создаваться плазменным давлением, что ведет к возможности стационарных режимов работы без использования криогенных сверхпроводников. Для данного фактора устойчивости, благодаря низкому аспектному отношению и естественному высокому удлинению вакуумное тороидальное поле может быть на порядок меньше чем в традиционных токамаках с тем же плазменным током. Впечатляющие экспериментальные результаты и предварительное рассмотрение работы промышленного реактора указывают на то, что данный подход открывает сравнительно низкозатратный путь к термоядерной энергии.

Справедливости ради следует указать, что у сферических токамаков есть и противники. соображение касается величины магнитных полей в токамаках. Их Известно, что удельная мощность токамака пропорциональна четвертой степени индукции поля. В сферомаке величина магнитного поля мала, что снижает его перспективность. Если требуется большое поле, нужно будет использовать сверхпроводники, что удорожит сферомаки. Не ясно, что произойдет с преимуществами сферических токамаков при их масштабировании.

Термоядерный реактор характеризуется коэффициентом усиления мощности (добротностью) Q, равным отношению тепловой мощности реактора к мощности затрат на ее производство.

Термоядерный реактор на DT-топливе в зависимости от материала бланкета может быть «чистым» или гибридным.

Наиболее мощный современный ТОКАМАК JET (Joint European Torus - Объединенный Европейский Top), был создан в городе Абингдон недалеко от Оксфорда (Англия), в Научном Центре Кулхэм (Culham Science Centre). В конце 1999 г. в Англии начал работать

Такамак MAST (Mega-Amp Spherical Tokamak - супермощный сферический токамак), разработанный в Научном Центре Кулхэм (Culham Science Centre). Этот реактор относится к новому типу термоядерных реакторов, так называемым низкоаспектным токамакам (аспект - отношение внешнего к внутреннему радиусов бублика).

Современные физические исследования позволяют глубже понять явления переносов и устойчивости, что постепенно учитывается в проекте.

В вакуумной камере ИТЭРа сверхпроводящая магнитная система создает тороидальное магнитное поле напряженностью 5.3 Т и полоидальное поле, управляющее положением плазмы в камере

Казахстанский Токамак КТМ является экспериментальной термоядерной установкой для отработки задач материаловедения на предмет радиационной стойкости

Дизайн магнитной конфигурации и методика работы обеспечат генерацию плазменный поток в диверторе 1-20 MW/m2.

Во время замедления (в конструкционных материалах токамака, во вспомогательных системах, окружающих токамак, в бетоне стен и др.) энергия нейтронов уменьшается.


Топливо для реакторов на быстрых нейтронах