История научных исследований в области управляемого термоядерного синтеза
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
, сохранив прекрасную устойчивость плазмы, свойственную стеллараторам вообще, новый аппарат обладает значительно меньшей потерей энергии при большей электронной температуре, в сравнении со стеллараторами прежних схем. На основании результатов тестирования установки ее создатели утверждают, что по уровню потерь энергии плазмы он ничем не уступает современным токамакам. А ведь возможности конструкции не исчерпаны. Плазма в нем нагревается до температуры почти 20 миллионов градусов отменный показатель [13]. Сейчас создатели устройства намерены ещё поработать над проектом и поднять параметры плазмы до новых высот.
В Принстонской лаборатории физики плазмы, начинавшей стеллараторные исследования, в настоящее время реализуются проекты компактного токамака и инновационного "квазисимметричного" стелларатора NCSX с самогенерирующимся "бутстрэп-током" (ток, связанный со спецификой дрейфовых траекторий в торе), что помогает улучшить параметры плазмы.
Рис.18. HSX. Среднее расстояние от центра устройства до центра плазменного шнура равно 1,2 метра (фото University of Wisconsin-Madison).
Если продолжающиеся исследования приведут к созданию реактора, отдающего полезную мощность, то как будет выглядеть такое устройство?
Во-первых, стелларатор должен быть очень больших размеров, чтобы производить мощность большую, чем та, которая нужна для поддержания магнитного поля, необходимого для удержания плазмы. Если стелларатор увеличивается в размерах, причем напряженность магнитного поля и все другие его свойства остаются постоянными, то мощность, идущаяна поддержание магнитного поля, увеличивается только пропорционально линейным размерам. С другой стороны, получаемая термоядерная энергия возрастает пропорционально объему газа, т. е. пропорционально кубу линейных размеров. Критическая точка, в которой мощность, затрачиваемая на создание магнитного поля, равна мощности термоядерной реакции, может быть достигнута в установке очень больших размеров - с трубкой диаметром более метра и с аксиальной длиной в сотни метров. Полная мощность, создаваемая такой установкой, будет порядка миллиона киловатт. В качестве топлива для первого дающего полезную мощность стелларатора будет, вероятно, применяться смесь дейтерия и трития, так как синтез (слияние) ядер трития и дейтерия происходит в сто раз быстрее, чем слияние дейтонов между собой. Мощность будет отводиться из камеры реактора через прилегающую к ней оболочку, в которой будет по трубкам циркулировать вода. Содержащийся в воде водород будет получать энергию от нейтронов путем упругих столкновений, и вода, действуя как теплопередатчик, будет переносить тепло из стелларатора к внешним турбогенераторам. Чтобы пополнять расход трития, оболочка должна содержать литий; один из изотопов этого элемента сильно поглощает нейтроны, в результате чего происходит ядерное расщепление и образуются ядро трития и альфа-частица (ядро атома гелия). Оболочку будет окружать огромная катушка, по которой будет проходить электрический ток, создающий постоянное магнитное поле, необходимое для ограничения ионизованного газа.
Как только удастся нагреть газ до нужной температуры, такая установка будет действовать непрерывно. Свежие порции дейтерия и трития будут впускаться в камеру быстрой струей, а продукты реакции (главным образом, гелий) и примеси будут уходить в дивертор, где будут помещены очень большие насосы. Омическое нагревание и устройство для магнитной накачки будут нужны только для запуска стелларатора после случайных остановок. Такой стелларатор должен быть сравним по величине и выходной мощности с большой гидроэлектростанцией. Будет ли такая установка экономически осуществимой или даже вообще возможной, пока трудно сказать.
Теория предсказывает, что в стеллараторе максимальное относительное давление плазмы может быть больше, чем в токамаке. В результате повышается эффективность использования магнитных полей. Разработка группой физиков-теоретиков под руководством Ю. Нюрнберга (Германия) и академика В.Д. Шафранова новых принципов оптимизации магнитных полей позволяет надеяться на дальнейшее улучшение удержания плазмы в стелла-раторах. В крупнейшем действующем в Японии стеллараторе LHD достигнута температура в десятки миллионов градусов при таком же времени удержания, как в токамаках. Крупнейший стелларатор W-7X строится в Германии, и окончание его строительства намечено на 2010 г. Но стеллараторы-реакторы будут отличаться от токамаков-реакторов большими размерами, а следовательно, и большей стоимостью демонстрационной установки.
- Инерциальный термояд
Одним из направлений в исследованиях по инерциальному термоядерному синтезу является лазерный термоядерный синтез. Он основан на способности лазеров концентрировать энергию в малых объемах вещества за короткие промежутки времени и на использовании инерциального удержания плазмы. Эта способность лазеров обеспечивает сжатие и нагрев термоядерного горючего до высокой плотности и температуры, при которых уже возможны термоядерные реакции. Время существования плазмы составляет 10-100 пс, поэтому лазерный термоядерный синтез может осуществляться только в импульсном режиме. Предложение использовать лазеры для таких целей было высказано впервые в 1961 году Н.Г. Басовым и О.Н. Крохиным [8]. В современных установках для реализации реакций лазерного термоядерного синтеза исследуется сжатие сферической мишени из дейтер