टोकामक क्या है? थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर मानवता के लिए एक नए युग की शुरुआत करेगा। तकनीकी आंदोलन टोकामक स्थापना

अर्ध-स्थिर मोड में गर्म प्लाज्मा में थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया करने के लिए एक उपकरण, जिसमें प्लाज्मा को टॉरॉयडल कक्ष में बनाया जाता है और चुंबकीय क्षेत्र द्वारा स्थिर किया जाता है। स्थापना का उद्देश्य इंट्रान्यूक्लियर ऊर्जा को गर्मी और फिर बिजली में परिवर्तित करना है। शब्द "टोकामक" अपने आप में "टोरॉयडल मैग्नेटिक चैम्बर" नाम का संक्षिप्त रूप है, लेकिन इंस्टॉलेशन के रचनाकारों ने अंत में "जी" को "के" से बदल दिया ताकि किसी जादुई चीज के साथ जुड़ाव पैदा न हो।

एक व्यक्ति भारी तत्वों के नाभिकों को हल्के तत्वों में विभाजित करके परमाणु ऊर्जा (रिएक्टर और बम दोनों में) प्राप्त करता है। प्रति न्यूक्लियॉन ऊर्जा लोहे के लिए अधिकतम है (तथाकथित "लौह अधिकतम"), और तब से मध्य में अधिकतम, तो ऊर्जा न केवल भारी तत्वों के क्षय के दौरान, बल्कि हल्के तत्वों के संयोजन के दौरान भी जारी होगी। इस प्रक्रिया को थर्मोन्यूक्लियर फ़्यूज़न कहा जाता है और यह हाइड्रोजन बम और फ़्यूज़न रिएक्टर में होता है। कई ज्ञात थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं और संलयन प्रतिक्रियाएं हैं। ऊर्जा स्रोत वे हो सकते हैं जिनके लिए सस्ता ईंधन हो, और संलयन प्रतिक्रिया शुरू करने के दो मौलिक रूप से भिन्न तरीके संभव हैं।

पहला तरीका "विस्फोटक" है: ऊर्जा का एक हिस्सा बहुत कम मात्रा में पदार्थ को आवश्यक प्रारंभिक अवस्था में लाने पर खर्च किया जाता है, एक संश्लेषण प्रतिक्रिया होती है, और जारी ऊर्जा को एक सुविधाजनक रूप में परिवर्तित किया जाता है। दरअसल, यह एक हाइड्रोजन बम है, जिसका वजन महज एक मिलीग्राम है। परमाणु बम का उपयोग प्रारंभिक ऊर्जा के स्रोत के रूप में नहीं किया जा सकता है; यह "छोटा" नहीं है। इसलिए, यह माना गया कि ड्यूटेरियम-ट्रिटियम बर्फ की एक मिलीमीटर गोली (या ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के संपीड़ित मिश्रण के साथ एक कांच का गोला) को लेजर दालों द्वारा सभी तरफ से विकिरणित किया जाएगा। सतह पर ऊर्जा घनत्व ऐसा होना चाहिए कि टैबलेट की ऊपरी परत, जो प्लाज्मा में बदल गई है, एक ऐसे तापमान तक गर्म हो जाए जिस पर आंतरिक परतों पर दबाव और टैबलेट की आंतरिक परतों का ताप स्वयं पर्याप्त हो जाए। संश्लेषण प्रतिक्रिया. इस मामले में, नाड़ी इतनी कम होनी चाहिए कि पदार्थ, जो एक नैनोसेकंड में दस मिलियन डिग्री के तापमान के साथ प्लाज्मा में बदल गया है, को अलग उड़ने का समय नहीं मिला, लेकिन टैबलेट के अंदर दबा दिया गया। यह आंतरिक भाग ठोस पदार्थों की तुलना में सौ गुना अधिक घनत्व तक संकुचित होता है और एक सौ मिलियन डिग्री तक गर्म होता है।

दूसरा तरीका. शुरुआती पदार्थों को अपेक्षाकृत धीरे-धीरे गर्म किया जा सकता है - वे प्लाज्मा में बदल जाएंगे, और फिर किसी भी तरह से इसमें ऊर्जा पेश की जा सकती है, जब तक कि प्रतिक्रिया शुरू करने की स्थिति हासिल नहीं हो जाती। ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण में होने वाली थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के लिए और एक सकारात्मक ऊर्जा आउटपुट प्राप्त करने के लिए (जब थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप जारी ऊर्जा इस प्रतिक्रिया पर खर्च की गई ऊर्जा से अधिक होती है), एक प्लाज्मा बनाना आवश्यक है कम से कम 10 14 कणों/सेमी 3 (10 5 एटीएम) के घनत्व के साथ, और इसे लगभग 10 9 डिग्री तक गर्म करें, जबकि प्लाज्मा पूरी तरह से आयनित हो जाता है।

ऐसा तापन आवश्यक है ताकि कूलम्ब प्रतिकर्षण के बावजूद नाभिक एक-दूसरे के करीब आ सकें। यह दिखाया जा सकता है कि ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, इस अवस्था को कम से कम एक सेकंड (तथाकथित "लॉसन मानदंड") तक बनाए रखा जाना चाहिए। लॉसन मानदंड का अधिक सटीक सूत्रीकरण: एकाग्रता का उत्पाद और इस स्थिति को बनाए रखने का समय 10 15 सेमी सेमी 3 के क्रम का होना चाहिए। मुख्य समस्या प्लाज्मा की स्थिरता है: एक सेकंड में इसमें कई बार विस्तार करने, कक्ष की दीवारों को छूने और ठंडा होने का समय होगा।

2006 में, अंतर्राष्ट्रीय समुदाय ने एक प्रदर्शन रिएक्टर का निर्माण शुरू किया। यह रिएक्टर ऊर्जा का वास्तविक स्रोत नहीं होगा, लेकिन इसे इस तरह से डिजाइन किया गया है कि इसके बाद अगर सब कुछ ठीक रहा तो "ऊर्जा" का निर्माण शुरू करना संभव होगा, यानी। थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों को पावर ग्रिड में शामिल करने का इरादा है। सबसे बड़ी भौतिक परियोजनाएँ (त्वरक, रेडियो दूरबीन, अंतरिक्ष स्टेशन) इतनी महंगी होती जा रही हैं कि दो विकल्पों पर विचार करना मानवता के लिए भी अप्रभावी हो जाता है, जिसने अपने प्रयासों को एकजुट किया है, इसलिए एक विकल्प बनाना होगा।

नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ़्यूज़न पर काम की शुरुआत 1950 से की जानी चाहिए, जब आई.ई. टैम और ए.डी. सखारोव इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ़्यूज़न (सीटीएफ) को गर्म प्लाज्मा के चुंबकीय कारावास का उपयोग करके महसूस किया जा सकता है। प्रारंभिक चरण में, हमारे देश में एल.ए. आर्टिमोविच के नेतृत्व में कुरचटोव संस्थान में काम किया गया था। मुख्य समस्याओं को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: प्लाज्मा अस्थिरता की समस्या और तकनीकी समस्याएं (शुद्ध वैक्यूम, विकिरण का प्रतिरोध, आदि) पहला टोकामक 1954-1960 में बनाया गया था, अब दुनिया में 100 से अधिक टोकामक बनाए जा चुके हैं। 1960 के दशक में, यह दिखाया गया था कि केवल करंट प्रवाहित करके गर्म करने से ("ओमिक हीटिंग") प्लाज्मा को संलयन तापमान तक नहीं लाया जा सकता था। प्लाज्मा की ऊर्जा सामग्री को बढ़ाने का सबसे प्राकृतिक तरीका तेज़ तटस्थ कणों (परमाणुओं) के बाहरी इंजेक्शन की विधि प्रतीत होता था, लेकिन केवल 1970 के दशक में आवश्यक तकनीकी स्तर हासिल किया गया था और इंजेक्टरों का उपयोग करके वास्तविक प्रयोग किए गए थे। आजकल, माइक्रोवेव रेंज में इंजेक्शन और विद्युत चुम्बकीय विकिरण द्वारा तटस्थ कणों को गर्म करना सबसे आशाजनक माना जाता है। 1988 में, कुरचटोव इंस्टीट्यूट ने सुपरकंडक्टिंग वाइंडिंग्स के साथ प्री-रिएक्टर पीढ़ी का टोकामक टी-15 बनाया। 1956 से, जब एन.एस. ख्रुश्चेव की ग्रेट ब्रिटेन यात्रा के दौरान आई.वी. कुरचटोव ने यूएसएसआर में इन कार्यों के कार्यान्वयन की घोषणा की। इस क्षेत्र में कई देश मिलकर काम कर रहे हैं। 1988 में, यूएसएसआर, यूएसए, यूरोपीय संघ और जापान ने पहला प्रायोगिक टोकामक रिएक्टर डिजाइन करना शुरू किया (स्थापना फ्रांस में बनाई जाएगी)।

डिज़ाइन किए गए रिएक्टर का आयाम 30 मीटर व्यास और 30 मीटर ऊंचाई है। इस स्थापना की अपेक्षित निर्माण अवधि आठ वर्ष है, और परिचालन जीवन 25 वर्ष है। संस्थापन में प्लाज्मा की मात्रा लगभग 850 घन मीटर है। प्लाज्मा करंट 15 मेगाएम्प्स। संस्थापन की थर्मोन्यूक्लियर शक्ति 500 मेगावाट है और इसे 400 सेकंड तक बनाए रखा जाता है। भविष्य में, इस समय को 3000 सेकंड तक बढ़ाए जाने की उम्मीद है, जिससे आईटीईआर रिएक्टर में प्लाज्मा में थर्मोन्यूक्लियर संलयन ("थर्मोन्यूक्लियर दहन") के भौतिकी का पहला वास्तविक अध्ययन करना संभव हो जाएगा।

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tokamak(संक्षेप में "चुंबकीय कॉइल्स के साथ टोरॉयडल कक्ष") - एक मजबूत चुंबक का उपयोग करके उच्च तापमान बनाए रखने के लिए एक उपकरण। खेत। टी. का विचार 1950 में शिक्षाविदों आई. ई. टैम और ए. डी. सखारोव द्वारा व्यक्त किया गया था; पहला प्रयोग इन प्रणालियों पर अनुसंधान 1956 में शुरू हुआ।

डिवाइस का सिद्धांत चित्र से स्पष्ट है। 1. प्लाज्मा एक टोरॉयडल निर्वात कक्ष में बनाया जाता है, जो ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग के एकमात्र बंद मोड़ के रूप में कार्य करता है। ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग में समय के साथ बढ़ने वाला करंट प्रवाहित करते समय 1 निर्वात कक्ष के अंदर 5 एक भंवर अनुदैर्ध्य विद्युत बल निर्मित होता है। मैदान। जब प्रारंभिक गैस बहुत बड़ी नहीं होती है (आमतौर पर हाइड्रोजन या उसके आइसोटोप का उपयोग किया जाता है), तो इसकी विद्युत शक्ति उत्पन्न होती है। टूटना और निर्वात कक्ष प्लाज्मा से भर जाता है जिसके बाद एक बड़े अनुदैर्ध्य प्रवाह में वृद्धि होती है आईपी. मॉडर्न में बड़ा टी। प्लाज्मा में धारा कई है। मिलियन एम्पीयर. यह धारा अपना स्वयं का पोलोइडल (प्लाज्मा क्रॉस-सेक्शन के तल में) चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। मैदान मेंक्यू। इसके अलावा, प्लाज्मा को स्थिर करने के लिए एक मजबूत अनुदैर्ध्य चुंबक का उपयोग किया जाता है। मैदान बी एफ, विशेष का उपयोग करके बनाया गया टोरॉयडल चुंबक की वाइंडिंग्स। खेत। यह टॉरॉइडल और पोलॉइडल चुम्बकों का संयोजन है। फ़ील्ड उच्च तापमान वाले प्लाज़्मा का स्थिर कारावास सुनिश्चित करते हैं (देखें)। टोरोइडल सिस्टम),कार्यान्वयन के लिए आवश्यक नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन.

चावल। 1. टोकामक आरेख: 1 - प्राथमिक वाइंडिंग ट्रांसफ़ॉर्मेटर; 2 - टोरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र कॉइल्स; 3 - उत्कीर्णन के लिए लाइनर, पतली दीवार वाला आंतरिक कक्षटोरॉयडल विद्युत क्षेत्र में कमी; 4 - रीलकी पोलोइडल चुंबकीय क्षेत्र; 5 - वैक्यूम कामरा; बी-आयरन कोर (चुंबकीय कोर).

परिचालन सीमाएँ. मैग्न. टी क्षेत्र उच्च तापमान वाले प्लाज्मा को काफी अच्छी तरह से रखता है, लेकिन केवल इसके मापदंडों में परिवर्तन की कुछ सीमाओं के भीतर। पहले 2 प्रतिबंध प्लाज्मा करंट पर लागू होते हैं आईपीऔर उसका सी.एफ. घनत्व पी, प्रति 1 मी 3 कणों (इलेक्ट्रॉनों या आयनों) की संख्या की इकाइयों में व्यक्त किया गया। यह पता चला है कि टोरॉयडल चुंबक के दिए गए मूल्य के लिए। क्षेत्र, प्लाज्मा धारा एक निश्चित सीमित मूल्य से अधिक नहीं हो सकती है, अन्यथा प्लाज्मा कॉर्ड एक पेचदार रेखा के साथ मुड़ना शुरू कर देता है और अंततः ढह जाता है: तथाकथित। वर्तमान रुकावट अस्थिरता. सीमित धारा को चिह्नित करने के लिए, एक गुणांक का उपयोग किया जाता है। भंडार क्यूपेंच अस्थिरता द्वारा, संबंध द्वारा निर्धारित क्यू = 5बीजे ए 2 /आरआई पी. यहाँ ए- छोटा, आर- प्लाज्मा कॉर्ड की बड़ी त्रिज्या, बीजे - टॉरॉयडल मैग। मैदान, आईपी- प्लाज्मा में करंट (आयाम मीटर में मापा जाता है, चुंबकीय क्षेत्र - टेस्ला में, करंट - एमए में)। प्लाज्मा कॉलम की स्थिरता के लिए एक आवश्यक शर्त असमानता है क्यू>], तथाकथित। के आर आई टी ई आर आई एम के आर यू-एस के ए ला - शफ्रानोवा। प्रयोगों से पता चलता है कि विश्वसनीय रूप से स्थिर होल्डिंग मोड केवल के मूल्यों पर ही प्राप्त किया जाता है।

घनत्व की 2 सीमाएँ हैं - निचला और ऊपरी। निचला घनत्व सीमा तथाकथित के गठन से जुड़ी है। त्वरित, या भागे हुए इलेक्ट्रॉन. कम घनत्व पर, आयनों के साथ इलेक्ट्रॉनों के टकराव की आवृत्ति अनुदैर्ध्य विद्युत क्षेत्र में निरंतर त्वरण के मोड में उनके संक्रमण को रोकने के लिए अपर्याप्त हो जाती है। मैदान। उच्च ऊर्जा में त्वरित किए गए इलेक्ट्रॉन निर्वात कक्ष के तत्वों के लिए खतरा पैदा कर सकते हैं, इसलिए प्लाज्मा घनत्व इतना अधिक चुना जाता है कि कोई त्वरित इलेक्ट्रॉन न हों। दूसरी ओर, पर्याप्त उच्च घनत्व पर, प्लाज्मा परिरोध मोड प्लाज्मा सीमा पर विकिरण और परमाणु प्रक्रियाओं के कारण फिर से अस्थिर हो जाता है, जिससे वर्तमान चैनल का संकुचन होता है और प्लाज्मा की पेचदार अस्थिरता का विकास होता है। शीर्ष। घनत्व सीमा को आयामहीन मापदंडों माई-क्रेफ़िश द्वारा विशेषता दी जाती है एम=एनआर/बीजे और ह्यूगेला एच=एनक्यूआर/बीजे (यहां क्रॉस सेक्शन में औसत इलेक्ट्रॉन घनत्व है एन 10 20 कण/मीटर 3) की इकाइयों में मापा जाता है। स्थिर प्लाज्मा परिरोध के लिए यह आवश्यक है कि संख्याएँ एमऔर एचकुछ महत्वपूर्ण से अधिक नहीं हुआ मूल्य.

जब प्लाज्मा गर्म होता है और उसका दबाव बढ़ता है, तो एक और सीमा प्रकट होती है, जो प्लाज्मा दबाव के अधिकतम स्थिर मूल्य को दर्शाती है, पी = एन(टी ई +टी आई), कहाँ टी ई, टी आई-इलेक्ट्रॉनिक और आयन तापमान. यह सीमा अनुपात cf के बराबर b के मान पर लगाई गई है। प्लाज्मा दबाव से चुंबकीय दबाव। खेत; सीमित मान b के लिए एक सरलीकृत अभिव्यक्ति ट्रॉयॉन के संबंध b द्वारा दी गई है सी =जीआई पी /एबीजे, कहाँ जी-संख्यात्मक गुणनखंड लगभग 3 के बराबर। 10 -2.

थर्मल इन्सुलेशन. प्लाज्मा को बहुत अधिक तापमान तक गर्म करने की संभावना एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में होने के कारण होती है। चार्जिंग प्रक्षेपवक्र क्षेत्र कण चुंबकीय रेखा पर लिपटे हुए सर्पिल जैसे दिखते हैं। खेत। इसके कारण, इलेक्ट्रॉन और आयन लंबे समय तक प्लाज्मा के अंदर बने रहते हैं। और केवल टकराव और छोटे विद्युत उतार-चढ़ाव के कारण। और मैग. क्षेत्रों में, इन कणों की ऊर्जा को ऊष्मा प्रवाह के रूप में दीवारों पर स्थानांतरित किया जा सकता है। ये समान तंत्र प्रसार प्रवाह का परिमाण निर्धारित करते हैं। चुंबकीय दक्षता प्लाज्मा का थर्मल इन्सुलेशन ऊर्जा द्वारा विशेषता है। जीवनभर टी ई = डब्ल्यू/पी, कहाँ डब्ल्यू-प्लाज्मा की कुल ऊर्जा सामग्री, ए पी- इसे स्थिर अवस्था में बनाए रखने के लिए प्लाज्मा तापन शक्ति की आवश्यकता होती है। मान टी इयदि तापन शक्ति अचानक बंद हो जाए तो इसे प्लाज्मा के विशिष्ट शीतलन समय के रूप में भी माना जा सकता है। एक शांत प्लाज्मा में, कक्ष की दीवारों पर कणों और गर्मी का प्रवाह इलेक्ट्रॉनों और आयनों की जोड़ीदार टक्कर के कारण होता है। इन प्रवाहों की गणना सैद्धांतिक रूप से वास्तविक चार्ज प्रक्षेपवक्र को ध्यान में रखकर की जाती है। कण प्रति मैग. फ़ील्ड टी. प्रसार प्रक्रियाओं के संगत सिद्धांत को कहा जाता है। नवशास्त्रीय (देखें) प्रवासन प्रक्रियाएँ) वास्तविक प्लाज्मा टी में हमेशा फ़ील्ड और कण प्रवाह के छोटे उतार-चढ़ाव होते हैं, इसलिए गर्मी और कण प्रवाह का वास्तविक स्तर आमतौर पर नियोक्लासिकल की भविष्यवाणियों से काफी अधिक होता है। सिद्धांत.

कई टी. डीकॉम्प पर प्रयोग किये गये। आकृतियों और आकारों ने संबंधित अनुभवजन्य अध्ययनों के रूप में स्थानांतरण तंत्र के अध्ययन के परिणामों को संक्षेप में प्रस्तुत करना संभव बना दिया। निर्भरताएँ विशेष रूप से, ऊर्जा निर्भरताएँ पाई गईं। जीवनभर टी ईमुख्य से डीकॉम्प के लिए प्लाज्मा पैरामीटर। मॉड पकड़ो. इन निर्भरताओं को कहा जाता है एस के ई एल आई एन जी ए एम आई; इन्हें नए स्थापित प्रतिष्ठानों में प्लाज्मा मापदंडों की भविष्यवाणी करने के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

प्लाज्मा का स्व-संगठन. प्लाज्मा टी में हमेशा कमजोर नॉनलाइनियर होते हैं, जो त्रिज्या के साथ तापमान, कण घनत्व और वर्तमान घनत्व के वितरण की प्रोफाइल को प्रभावित करते हैं, जैसे कि वे उन्हें नियंत्रित करते हैं। विशेष रूप से, केंद्र के लिए. प्लाज़्मा कॉर्ड के क्षेत्र अक्सर तथाकथित रूप से मौजूद होते हैं। सॉटूथ दोलन क्रमिक तीव्रता की समय-समय पर दोहराई जाने वाली प्रक्रिया और फिर तापमान प्रोफ़ाइल के तेज चपटे होने को दर्शाते हैं। रैम्प-आकार के दोलन चुंबक में धारा के संकुचन को रोकते हैं। टोरस अक्ष (देखें) गैस डिस्चार्ज संकुचन). इसके अलावा, टी में समय-समय पर, हेलिकल मोड उत्तेजित होते हैं (तथाकथित टीआईआरआईएनजी मोड), जो कम आवृत्ति चुंबकीय तरंगों के रूप में कॉर्ड के बाहर देखे जाते हैं। संकोच। थकाऊ मोड त्रिज्या के साथ वर्तमान घनत्व के अधिक स्थिर वितरण की स्थापना में योगदान करते हैं। यदि प्लाज्मा को अपर्याप्त सावधानी से संभाला जाता है, तो फाड़ने की विधियां इतनी मजबूत हो सकती हैं कि उनके कारण होने वाली चुंबकीय गड़बड़ी हो सकती है क्षेत्र चुम्बकों को नष्ट कर देते हैं। प्लाज्मा कॉर्ड के पूरे आयतन में सतहें चुंबकीय होती हैं। कॉन्फ़िगरेशन नष्ट हो जाता है, प्लाज्मा ऊर्जा दीवारों पर जारी हो जाती है और प्लाज्मा में करंट इसके मजबूत शीतलन के कारण बंद हो जाता है (देखें)। टूटन अस्थिरता).

इन वॉल्यूमेट्रिक दोलनों के अलावा, प्लाज्मा स्तंभ की सीमा पर स्थानीयकृत दोलन मोड भी होते हैं। ये मोड परिधि पर प्लाज्मा की स्थिति के प्रति बहुत संवेदनशील हैं; उनका व्यवहार परमाणु प्रक्रियाओं द्वारा जटिल है। विस्तार. और आंतरिक कंपन मोड गर्मी और कण स्थानांतरण की प्रक्रियाओं को दृढ़ता से प्रभावित कर सकते हैं; वे एक चुंबकीय मोड से प्लाज्मा संक्रमण की संभावना को जन्म देते हैं। दूसरे और पीछे थर्मल इन्सुलेशन। यदि प्लाज्मा टी में कण वेग वितरण बहुत भिन्न है, तो गतिज के विकास की संभावना उत्पन्न होती है। अस्थिरता. उदाहरण के लिए, बड़ी संख्या में भागे हुए इलेक्ट्रॉनों के जन्म के साथ, तथाकथित पंखे की अस्थिरता, जिससे अनुदैर्ध्य इलेक्ट्रॉन ऊर्जा अनुप्रस्थ ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। काइनेटिक. पूरक होने पर उत्पन्न होने वाले उच्च-ऊर्जा आयनों की उपस्थिति में अस्थिरता भी विकसित होती है। प्लाज्मा को गर्म करना.

प्लाज्मा तापन. किसी भी टी. का प्लाज्मा उसमें प्रवाहित धारा से जूल ऊष्मा के कारण स्वचालित रूप से गर्म हो जाता है। जूल ऊर्जा विमोचन कई का तापमान प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है। मिलियन डिग्री नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के प्रयोजनों के लिए, तापमान >10 8 K की आवश्यकता होती है, इसलिए सभी बड़े टी. को शक्तिशाली प्रणालियों के साथ पूरक किया जाता है प्लाज्मा तापन. इस प्रयोजन के लिए या तो विद्युत चुम्बकों का उपयोग किया जाता है। लहरें विघटित हो गईं रेंज, या तेज़ कणों को प्लाज्मा में निर्देशित करते हैं। उच्च-आवृत्ति प्लाज्मा हीटिंग के लिए, प्रतिध्वनि का उपयोग करना सुविधाजनक है, जो आंतरिक के अनुरूप है। हिलाना प्लाज्मा में प्रक्रियाएँ उदाहरण के लिए, आयन घटक को साइक्लोट्रॉन आवृत्तियों या बेसिक के हार्मोनिक्स की सीमा में गर्म करना सुविधाजनक है। प्लाज्मा आयन, या विशेष रूप से चयनित योज्य आयन। इलेक्ट्रॉन साइक्लोट्रॉन अनुनाद द्वारा इलेक्ट्रॉनों को गर्म किया जाता है।

तेज़ कणों के साथ आयनों को गर्म करते समय, आमतौर पर तटस्थ परमाणुओं के शक्तिशाली बीम का उपयोग किया जाता है। ऐसी किरणें चुंबकत्व के साथ परस्पर क्रिया नहीं करती हैं। क्षेत्र और प्लाज्मा में गहराई तक प्रवेश करते हैं, जहां वे आयनित होते हैं और चुंबकत्व द्वारा पकड़ लिए जाते हैं। फ़ील्ड टी.

अतिरिक्त हीटिंग विधियों की मदद से, प्लाज्मा तापमान टी को >3·10 8 K तक बढ़ाना संभव है, जो एक शक्तिशाली थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया होने के लिए काफी पर्याप्त है। भविष्य में विकसित किए जा रहे टी.-रिएक्टरों में, ड्यूटेरियम और ट्रिटियम नाभिक की संलयन प्रतिक्रिया से उत्पन्न होने वाले उच्च-ऊर्जा अल्फा कणों द्वारा प्लाज्मा हीटिंग किया जाएगा।

स्थिर टोकामक. आमतौर पर, प्लाज्मा में धारा केवल भंवर विद्युत धारा की उपस्थिति में प्रवाहित होती है। चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाकर बनाया गया क्षेत्र। प्रारंभ करनेवाला में प्रवाह. वर्तमान को बनाए रखने के लिए आगमनात्मक तंत्र समय में सीमित है, इसलिए प्लाज्मा परिरोध का संबंधित मोड स्पंदित होता है। हालाँकि, स्पंदित मोड एकमात्र संभव नहीं है; प्लाज्मा को गर्म करने का उपयोग वर्तमान को बनाए रखने के लिए भी किया जा सकता है, यदि ऊर्जा के साथ, एक पल्स जो प्लाज्मा के विभिन्न घटकों के लिए अलग है, उसे भी प्लाज्मा में स्थानांतरित किया जाता है। दीवारों की ओर इसके प्रसार विस्तार (बूटस्ट्रैप प्रभाव) के दौरान प्लाज्मा द्वारा करंट उत्पन्न करने के कारण गैर-प्रेरक वर्तमान रखरखाव की सुविधा होती है। बूटस्ट्रैप प्रभाव की भविष्यवाणी नवशास्त्रीय वैज्ञानिकों ने की थी। सिद्धांत और फिर प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई। प्रयोगों से पता चलता है कि टी. प्लाज्मा को स्थिर रखा जा सकता है, और Ch. व्यावहारिक रूप से प्रयास करें स्थिर मोड के विकास का उद्देश्य वर्तमान रखरखाव की दक्षता को बढ़ाना है।

डायवर्टर, अशुद्धता नियंत्रण. नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के प्रयोजनों के लिए, हाइड्रोजन आइसोटोप पर आधारित बहुत शुद्ध प्लाज्मा की आवश्यकता होती है। प्लाज्मा में अन्य आयनों के मिश्रण को सीमित करने के लिए, प्रारंभिक टी में प्लाज्मा को तथाकथित तक सीमित किया गया था। मैं एम आई टी ई आर ओ एम (चित्र 2, ए), यानी, एक डायाफ्राम जो प्लाज्मा को कक्ष की बड़ी सतह के संपर्क में आने से रोकता है। मॉडर्न में टी. बहुत अधिक जटिल डायवर्टर कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग किया जाता है (चित्र 2, बी), पोलोइडल चुंबक कॉइल्स द्वारा निर्मित। खेत। गोल क्रॉस-सेक्शन वाले प्लाज्मा के लिए भी ये कॉइल आवश्यक हैं: उनकी मदद से ऊर्ध्वाधर चुंबकीय घटक बनाया जाता है। मुख्य के साथ इंटरैक्ट करते समय फ़ील्ड, किनारे। प्लाज़्मा करंट प्लाज़्मा कॉइल को बड़े त्रिज्या की दिशा में दीवार पर फेंकने की अनुमति नहीं देता है। डायवर्टर विन्यास में, पोलोइडल चुंबक के घुमाव। फ़ील्ड इस प्रकार स्थित हैं कि प्लाज़्मा क्रॉस सेक्शन ऊर्ध्वाधर दिशा में लम्बा हो। उसी समय, चुंबकीय बंद हो गया सतहों को केवल अंदर संरक्षित किया जाता है; बाहर, इसकी बल की रेखाएं डायवर्टर कक्षों के अंदर जाती हैं, जहां मुख्य से बहने वाले प्लाज्मा प्रवाह को बेअसर कर दिया जाता है। आयतन। डायवर्टर कक्षों में, जोड़ के कारण डायवर्टर प्लेटों पर प्लाज्मा से भार को नरम करना संभव है। परमाणु अंतःक्रिया के दौरान प्लाज्मा का ठंडा होना।

चावल। 2. एक गोलाकार क्रॉस-सेक्शन के साथ प्लाज्मा का क्रॉस सेक्शन ( ए) और एक डायवर्टर कॉन्फ़िगरेशन बनाने के लिए लंबवत लम्बाई ( 6): 1-प्लाज्मा; 2- सीमक; 3 - कक्ष की दीवार; 4 - सेपरेट्रिक्स; 5-डायवर्टर कक्ष; 6 - डायवर्टर प्लेटें.

टोकामक रिएक्टर. चौ. टी. इंस्टॉलेशन पर शोध का लक्ष्य चुंबकीय की अवधारणा में महारत हासिल करना है। प्राणियों के लिए प्लाज्मा रोकथाम संल्लयन संयंत्र. टी पर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के लिए पर्याप्त तापमान और घनत्व के साथ एक स्थिर उच्च तापमान प्लाज्मा बनाना संभव है; प्लाज्मा के थर्मल इन्सुलेशन के लिए कानून स्थापित किए गए हैं; करंट को बनाए रखने और अशुद्धियों के स्तर को नियंत्रित करने के तरीकों में महारत हासिल है। टी. पर कार्य विशुद्ध भौतिक चरण से आगे बढ़ रहा है। प्रयोग बनाने के चरण में अनुसंधान। .

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टोकामक (चुंबकीय कुंडलियों के साथ टोरॉयडल कक्ष) नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के लिए आवश्यक शर्तों को प्राप्त करने के लिए प्लाज्मा को चुंबकीय रूप से सीमित करने के लिए एक टोरॉयडल स्थापना है। टोकामक में प्लाज्मा कक्ष की दीवारों द्वारा नहीं रखा जाता है, जो केवल एक निश्चित सीमा तक ही इसके तापमान का सामना कर सकता है, बल्कि एक विशेष रूप से निर्मित चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आयोजित किया जाता है। अन्य प्रतिष्ठानों की तुलना में जो प्लाज्मा को सीमित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करते हैं, टोकामक सुविधा प्लाज्मा के माध्यम से बहने वाले विद्युत प्रवाह का उपयोग है ताकि प्लाज्मा को संपीड़ित करने, गर्म करने और संतुलन बनाए रखने के लिए आवश्यक पोलोइडल क्षेत्र बनाया जा सके। यह, विशेष रूप से, एक तारकीय से भिन्न होता है, जो वैकल्पिक कारावास योजनाओं में से एक है जिसमें चुंबकीय कॉइल का उपयोग करके टोरॉयडल और पोलोइडल दोनों क्षेत्र बनाए जाते हैं। लेकिन चूंकि प्लाज्मा फिलामेंट एक अस्थिर संतुलन का एक उदाहरण है, टोकामक परियोजना अभी तक लागू नहीं की गई है और स्थापना को जटिल बनाने के लिए बेहद महंगे प्रयोगों के चरण में है।

यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि, विखंडनीय रिएक्टरों के विपरीत (जिनमें से प्रत्येक को शुरू में अपने-अपने देशों में अलग से डिजाइन और विकसित किया गया था), टोकामक को वर्तमान में अंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक परियोजना आईटीईआर के ढांचे के भीतर संयुक्त रूप से विकसित किया जा रहा है।

टोकामक चुंबकीय क्षेत्र और प्रवाह।

कहानी

यूएसएसआर डाक टिकट, 1987।

औद्योगिक उद्देश्यों के लिए नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ़्यूज़न का उपयोग करने का प्रस्ताव और एक विद्युत क्षेत्र द्वारा उच्च तापमान प्लाज्मा के थर्मल इन्सुलेशन का उपयोग करने वाली एक विशिष्ट योजना पहली बार सोवियत भौतिक विज्ञानी ओ. ए. लावेरेंटिव द्वारा 1950 के दशक के मध्य में एक काम में तैयार की गई थी। इस कार्य ने नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन की समस्या पर सोवियत अनुसंधान के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य किया। ए.डी. सखारोव और आई.ई. टैम ने 1951 में योजना को संशोधित करने का प्रस्ताव रखा, एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के लिए एक सैद्धांतिक आधार का प्रस्ताव दिया, जहां प्लाज्मा में एक टोरस का आकार होगा और एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा समाहित किया जाएगा।

"टोकामक" शब्द बाद में शिक्षाविद कुरचटोव के छात्र इगोर निकोलाइविच गोलोविन द्वारा गढ़ा गया था। प्रारंभ में यह "टोकामाग" की तरह लग रहा था - "टोरॉयडल मैग्नेटिक चैंबर" शब्दों का संक्षिप्त नाम, लेकिन पहले टॉरॉयडल सिस्टम के लेखक एन.ए. यवलिंस्की ने व्यंजना के लिए "-मैग" को "-मैक" से बदलने का प्रस्ताव रखा। बाद में इस नाम को कई भाषाओं ने उधार लिया।

पहला टोकामक 1955 में बनाया गया था, और लंबे समय तक टोकामक केवल यूएसएसआर में ही मौजूद था। 1968 के बाद ही, जब परमाणु ऊर्जा संस्थान में निर्मित टी-3 टोकामक पर। आई.वी. कुरचटोव, शिक्षाविद एल.ए. आर्टसिमोविच के नेतृत्व में, प्लाज्मा तापमान 10 मिलियन डिग्री तक पहुंच गया था, और अंग्रेजी वैज्ञानिकों ने अपने उपकरणों के साथ इस तथ्य की पुष्टि की, जिस पर पहले तो उन्होंने विश्वास करने से इनकार कर दिया, दुनिया में एक वास्तविक टोकामक बूम शुरू हुआ। 1973 के बाद से, टोकामक्स पर प्लाज्मा भौतिकी के अनुसंधान कार्यक्रम का नेतृत्व बोरिस बोरिसोविच कदोमत्सेव ने किया था।

वर्तमान में, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन को लागू करने के लिए टोकामक को सबसे आशाजनक उपकरण माना जाता है।

उपकरण

टोकामक एक टोरॉयडल निर्वात कक्ष है जिस पर टोरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए कुंडलियाँ लपेटी जाती हैं। हवा को पहले निर्वात कक्ष से बाहर निकाला जाता है और फिर ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण से भर दिया जाता है। फिर, एक प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करके, कक्ष में एक भंवर विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है। प्रारंभ करनेवाला एक बड़े ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग है, जिसमें टोकामक कक्ष द्वितीयक वाइंडिंग है। विद्युत क्षेत्र के कारण धारा प्रवाहित होती है और प्लाज्मा कक्ष प्रज्वलित हो जाता है।

प्लाज्मा के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा दो कार्य करती है:

प्लाज्मा को उसी तरह गर्म करता है जैसे कोई अन्य कंडक्टर करता है (ओमिक हीटिंग);

अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। इस चुंबकीय क्षेत्र को पोलॉइडल कहा जाता है (अर्थात, गोलाकार समन्वय प्रणाली के ध्रुवों से गुजरने वाली रेखाओं के साथ निर्देशित)।

चुंबकीय क्षेत्र प्लाज्मा के माध्यम से बहने वाली धारा को संपीड़ित करता है। परिणामस्वरूप, एक विन्यास बनता है जिसमें पेचदार चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं प्लाज्मा कॉर्ड को "मोड़" देती हैं। इस मामले में, टोरॉयडल दिशा में घूर्णन के दौरान कदम पोलोइडल दिशा में कदम के साथ मेल नहीं खाता है। चुंबकीय रेखाएं बंद हो जाती हैं; वे टोरस के चारों ओर अनंत बार घूमती हैं, जिससे टॉरॉयडल आकार की तथाकथित "चुंबकीय सतह" बनती हैं।

ऐसी प्रणाली में स्थिर प्लाज्मा परिरोध के लिए पोलोइडल क्षेत्र की उपस्थिति आवश्यक है। चूंकि यह प्रारंभ करनेवाला में वर्तमान को बढ़ाकर बनाया गया है, और यह अनंत नहीं हो सकता है, शास्त्रीय टोकामक में प्लाज्मा के स्थिर अस्तित्व का समय सीमित है। इस सीमा को पार करने के लिए, धारा को बनाए रखने के अतिरिक्त तरीके विकसित किए गए हैं। इस प्रयोजन के लिए, प्लाज्मा में त्वरित तटस्थ ड्यूटेरियम या ट्रिटियम परमाणुओं या माइक्रोवेव विकिरण के इंजेक्शन का उपयोग किया जा सकता है।

टोरॉयडल कॉइल्स के अलावा, प्लाज्मा कॉर्ड को नियंत्रित करने के लिए अतिरिक्त पोलोइडल फील्ड कॉइल्स की आवश्यकता होती है। वे टोकामक कक्ष के ऊर्ध्वाधर अक्ष के चारों ओर रिंग घुमाव हैं।

धारा के प्रवाह के कारण केवल तापन ही प्लाज्मा को थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक तापमान तक गर्म करने के लिए पर्याप्त नहीं है। अतिरिक्त हीटिंग के लिए, माइक्रोवेव विकिरण का उपयोग तथाकथित गुंजयमान आवृत्तियों (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों या आयनों की साइक्लोट्रॉन आवृत्ति के साथ मेल खाना) या तेज़ तटस्थ परमाणुओं के इंजेक्शन पर किया जाता है।

टोकामक्स और उनकी विशेषताएं

कुल मिलाकर, दुनिया में लगभग 300 टोकामक बनाए गए। उनमें से सबसे बड़े नीचे सूचीबद्ध हैं।

यूएसएसआर और रूस

टी-3 पहला कार्यात्मक उपकरण है।

टी-4 - टी-3 का विस्तृत संस्करण

टी-7 एक अनूठी स्थापना है, जिसमें दुनिया में पहली बार, तरल हीलियम द्वारा ठंडा किए गए टिन नाइओबेट पर आधारित सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड के साथ एक अपेक्षाकृत बड़ी चुंबकीय प्रणाली लागू की गई है। टी-7 का मुख्य कार्य पूरा हो गया: थर्मोन्यूक्लियर पावर के लिए सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड की अगली पीढ़ी की संभावना तैयार की गई।

टी-10 और पीएलटी विश्व थर्मोन्यूक्लियर अनुसंधान में अगला कदम हैं, वे लगभग समान आकार, समान शक्ति, समान कारावास कारक के साथ हैं। और प्राप्त परिणाम समान हैं: दोनों रिएक्टरों में थर्मोन्यूक्लियर संलयन का तापमान पहुंच गया था, और लॉसन मानदंड के अनुसार अंतराल 200 गुना था।

टी-15 आज का एक रिएक्टर है जिसमें सुपरकंडक्टिंग सोलनॉइड है जो 3.6 टेस्ला का इंडक्शन फील्ड देता है।

चीन

पूर्व - हेफ़ेई शहर, अनहुई प्रांत में स्थित है। इग्निशन स्तर के लिए लॉसन मानदंड टोकामक पर पार हो गया था, ऊर्जा उत्पादन गुणांक 1.25 था

देश के बजट से 7 बिलियन का निवेश निर्माण में किया गया, और वित्तपोषण के स्रोतों की तलाश में 6 साल के लिए मजबूरन डाउनटाइम किया गया। कज़ाख सामग्री विज्ञान टोकामक परियोजना बंद होने के कगार पर थी। हालाँकि, अंतर्राष्ट्रीय सहयोग की नई दिशाओं की बदौलत स्थिति मौलिक रूप से बदल गई है। पत्रकार ग्रिगोरी बेडेंको ने कुरचटोव का दौरा किया और नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के क्षेत्र में अनुसंधान की संभावनाओं के बारे में विशेष रूप से Infromburo.kz के लिए एक रिपोर्ट तैयार की।

थोड़ा इतिहास

20वीं सदी के मध्य में, दुनिया के सबसे विकसित देशों ने बहुत तेजी से परमाणु ऊर्जा में महारत हासिल कर ली और इसका उपयोग सैन्य हथियार कार्यक्रमों और शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए बड़ी मात्रा में थर्मल और विद्युत ऊर्जा का उत्पादन करना सीख लिया। हालाँकि, परमाणु नाभिक के नियंत्रित क्षय की प्रक्रिया पर्यावरण के लिए बेहद असुरक्षित साबित हुई। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में दुर्घटनाओं और उच्च-स्तरीय कचरे के निपटान की भारी समस्या ने इस प्रकार की ऊर्जा को उसकी संभावनाओं से वंचित कर दिया है। फिर, सदी के मध्य में, वैज्ञानिकों ने परिकल्पना की कि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन एक विकल्प हो सकता है। विशेषज्ञों ने स्थलीय परिस्थितियों में तारों की गहराई में होने वाली प्रक्रियाओं को दोहराने और न केवल उन्हें नियंत्रित करने के लिए सीखने का प्रस्ताव दिया, बल्कि सभ्यता के अस्तित्व के लिए आवश्यक मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करने का भी प्रस्ताव दिया। जैसा कि ज्ञात है, थर्मोन्यूक्लियर संलयन हल्के हाइड्रोजन नाभिकों के हीलियम के निर्माण के साथ भारी नाभिकों में संलयन के सिद्धांत पर आधारित है। इस मामले में, रिवर्स प्रक्रिया की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा जारी की जाती है, जब भारी तत्वों के नाभिकों को भारी ऊर्जा रिलीज के साथ हल्के लोगों में विभाजित किया जाता है और आवर्त सारणी के विभिन्न तत्वों के आइसोटोप का निर्माण होता है। थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों में कोई हानिकारक प्रभाव या खतरनाक उत्पादन अपशिष्ट नहीं होता है।

अंतर्राष्ट्रीय प्रायोगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर ITER का आरेख

यह उत्सुक है कि थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रक्रिया को हथियार कार्यक्रमों के लिए आसानी से बनाया गया था, लेकिन शांतिपूर्ण ऊर्जा परियोजनाओं का विकास लगभग असंभव कार्य साबित हुआ। वास्तव में, हाइड्रोजन बम के लिए मुख्य बात संलयन प्रक्रिया शुरू करना है, जो नैनोसेकंड में होती है। लेकिन एक पावर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के लिए विशेष परिस्थितियों की आवश्यकता होती है। ऊर्जा प्राप्त करने के लिए उच्च तापमान वाले प्लाज्मा को एक निश्चित अवधि तक नियंत्रित अवस्था में रखना आवश्यक है - इसे 10 से 30 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है। ऐसे प्लाज्मा को सीमित करके, हल्के ड्यूटेरियम और ट्रिटियम नाभिक के भारी नाभिक में संलयन के लिए भौतिक स्थितियां बनाई जाती हैं। इसके अलावा, प्लाज्मा को गर्म करने और सीमित करने पर खर्च की तुलना में अधिक ऊर्जा जारी की जानी चाहिए। ऐसा माना जाता है कि सकारात्मक ऊर्जा रिलीज गुणांक के साथ नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के साथ एक एकल पल्स कम से कम 500 सेकंड तक चलना चाहिए। लेकिन इतने समय और ऐसे तापमान पर, एक आशाजनक रिएक्टर की एक भी संरचनात्मक सामग्री इसका सामना नहीं कर पाएगी। यह बस वाष्पित हो जाएगा. और दुनिया भर के वैज्ञानिक आधी सदी से भी अधिक समय से सामग्री विज्ञान की समस्या से जूझ रहे हैं लेकिन उन्हें कोई फायदा नहीं हुआ।

कजाकिस्तान सामग्री विज्ञान टोकामक में प्राप्त प्लाज्मा / कजाकिस्तान गणराज्य के राष्ट्रीय परमाणु केंद्र के परमाणु ऊर्जा संस्थान द्वारा प्रदान की गई सामग्री

परमाणु ऊर्जा संस्थान एनएनसी आरके द्वारा प्रदान की गई सामग्री

यह अत्यधिक धीमी गति वाला वीडियो कजाकिस्तान के टोकामक में प्लाज्मा के निर्माण को दर्शाता है (कजाकिस्तान गणराज्य के राष्ट्रीय परमाणु केंद्र के परमाणु ऊर्जा संस्थान द्वारा प्रदान की गई सामग्री)

सीएफटी में प्लाज्मा का निर्माण

टोकामक और तारकीय यंत्र क्या हैं?

संक्षिप्त नाम रूसी है, क्योंकि पहली स्थापना सोवियत संघ में विकसित की गई थी। टोकामक चुंबकीय कुंडलियों वाला एक टोरॉयडल कक्ष है। टोरस एक त्रि-आयामी ज्यामितीय आकृति है (सरल शब्दों में, डोनट के आकार की), और टॉरॉयड एक पतली तार है जो टोरस के आकार के फ्रेम के चारों ओर लपेटी जाती है। इस प्रकार, इंस्टॉलेशन में उच्च तापमान वाला प्लाज्मा टोरस के आकार में बनता और बरकरार रहता है। इस मामले में, टोकामक का मुख्य सिद्धांत यह है कि प्लाज्मा कक्ष की दीवारों के साथ संपर्क नहीं करता है, बल्कि अंतरिक्ष में लटका रहता है, जैसे कि यह एक सुपर-शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आयोजित किया गया हो। प्लाज्मा के थर्मल इन्सुलेशन की योजना और औद्योगिक उद्देश्यों के लिए ऐसे प्रतिष्ठानों का उपयोग करने की विधि सबसे पहले सोवियत भौतिक विज्ञानी ओलेग अलेक्जेंड्रोविच लावेरेंटयेव द्वारा प्रस्तावित की गई थी। पहला टोकामक 1954 में बनाया गया था और लंबे समय तक केवल यूएसएसआर में मौजूद था। आज तक, दुनिया में लगभग दो सौ समान उपकरण बनाए गए हैं। वर्तमान में, रूस, अमेरिका, जापान, चीन और यूरोपीय संघ में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन का अध्ययन करने के लिए ऑपरेटिंग टॉरॉयडल कक्ष हैं। इस क्षेत्र में सबसे बड़ी अंतर्राष्ट्रीय परियोजना आईटीईआर है (उस पर बाद में अधिक जानकारी)। कजाकिस्तान में सामग्री विज्ञान टोकामक के निर्माण के आरंभकर्ता रूसी कुरचटोव संस्थान के प्रमुख, शिक्षाविद एवगेनी पावलोविच वेलिखोव थे। 1975 से, उन्होंने सोवियत नियंत्रित फ़्यूज़न रिएक्टर कार्यक्रम का नेतृत्व किया। पूर्व सेमिपालाटिंस्क परमाणु परीक्षण स्थल पर एक सुविधा बनाने का विचार 1998 में सामने आया, जब वेलिखोव ने कजाकिस्तान गणराज्य के राष्ट्रपति नूरसुल्तान नज़रबायेव से मुलाकात की।

परमाणु ऊर्जा संस्थान एनएनसी आरके द्वारा प्रदान की गई तारकीय/सामग्री में प्लाज्मा परिरोध की योजना

नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन करने के लिए स्टेलरेटर टोकामक का एक वैकल्पिक प्रकार का रिएक्टर है। 1950 में अमेरिकी खगोल वैज्ञानिक लिमन स्पिट्जर द्वारा आविष्कार किया गया। यह नाम लैटिन शब्द स्टेला (स्टार) से आया है, जो सितारों के अंदर और मानव निर्मित स्थापना में प्रक्रियाओं की समानता को इंगित करता है। मुख्य अंतर यह है कि कक्ष की आंतरिक दीवारों से प्लाज्मा को अलग करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र पूरी तरह से बाहरी कॉइल्स द्वारा बनाया जाता है, जो इसे निरंतर मोड में उपयोग करने की अनुमति देता है। स्टेलरेटर में प्लाज्मा एक "क्रम्प्ड डोनट" के आकार में बनता है और, जैसे कि मुड़ जाता है। आज, रूस, यूक्रेन, जर्मनी और जापान में अनुसंधान तारकीय हैं। इसके अलावा, दुनिया का सबसे बड़ा तारकीय यंत्र, वेंडेलस्टीन 7-X (W7-X), हाल ही में जर्मनी में लॉन्च किया गया था।

कजाकिस्तान सामग्री विज्ञान टोकामक / ग्रिगोरी बेडेंको

केटीएम परियोजना के वैज्ञानिक समूह के प्रमुख कहते हैं, ''ये सभी अनुसंधान सुविधाएं हैं। स्टेलरेटर अपने चुंबकीय क्षेत्र के विन्यास में भिन्न होता है। टोकामक में, प्लाज्मा को समाहित करने के लिए एक तथाकथित टॉरॉयडल वाइंडिंग और एक पोलोइडल बाहरी वाइंडिंग का उपयोग किया जाता है। लेकिन तारकीय यंत्र में इसका उल्टा होता है - एक सर्पिल में एक घुमावदार घाव होता है, जो टॉरॉयडल और पोलॉइडल दोनों के कार्य करता है। टोकामक प्रारंभ में एक स्पंदित संस्थापन है, और तारकीय यंत्र एक अधिक स्थिर संस्थापन है, अर्थात, मुड़ी हुई वाइंडिंग का लाभ आपको प्लाज्मा को अनिश्चित काल तक रखने की अनुमति देता है। स्टेलरेटर्स को टोकामक्स के साथ ही विकसित किया गया था, और एक समय टोकामैक्स ने प्लाज्मा मापदंडों में अग्रणी स्थान हासिल किया था। पूरी दुनिया में टोकामकों का "जुलूस" शुरू हो गया है। लेकिन फिर भी, तारकीय यंत्र विकसित हो रहे हैं। वे जापान में उपलब्ध हैं; वे हाल ही में जर्मनी में बनाए गए थे - वेंडेलस्टीन 7-एक्स (डब्ल्यू 7-एक्स) को परिचालन में लाया गया था। संयुक्त राज्य अमेरिका में एक तारकीय यंत्र है। इसके अलावा, आंशिक रूप से चुंबकीय प्लाज्मा कारावास के साथ सभी प्रकार के अनुसंधान प्रतिष्ठानों की एक बड़ी संख्या है - ये विभिन्न जाल हैं। जब एक छोटे लक्ष्य को लेजर विकिरण द्वारा गर्म किया जाता है, तो जड़त्वीय थर्मोन्यूक्लियर संलयन भी होता है। यह इतना छोटा थर्मोन्यूक्लियर विस्फोट है.

स्थापना के ऊपरी भाग की इकाइयाँ और असेंबलियाँ / ग्रिगोरी बेडेंको

और फिर भी, टोकामक को आज औद्योगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के रूप में सबसे आशाजनक माना जाता है।

तकनीकी भवन जिसमें केटीएम स्थित है / ग्रिगोरी बेडेंको

कजाकिस्तान में टोकामक

कजाकिस्तान की स्थापना 2010 में पूर्व सेमिपालाटिंस्क परीक्षण स्थल - कुरचटोव शहर के प्रशासनिक क्षेत्र में एक विशेष रूप से निर्दिष्ट साइट पर बनाई गई थी। परिसर में कई तकनीकी इमारतें हैं जिनमें टोकामक घटक और असेंबली, साथ ही कार्यशालाएं, डेटा प्रोसेसिंग के लिए कमरे, कर्मियों के आवास आदि शामिल हैं। यह परियोजना रूस में नेशनल सेंटर फॉर थर्मोन्यूक्लियर रिसर्च (कुरचटोव इंस्टीट्यूट) के आधार पर विकसित की गई थी। वैक्यूम चैंबर, मैग्नेटिक कॉइल्स आदि को रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रोफिजिकल इक्विपमेंट के नाम पर डिजाइन और असेंबल किया गया था। डी.वी. एवरेमोव (अनुसंधान संस्थान ईएफए), स्वचालन - टॉम्स्क पॉलिटेक्निक संस्थान में। रूसी पक्ष से परियोजना में प्रतिभागियों में ऑल-रूसी इंस्टीट्यूट ऑफ करंट्स (एनआईआई टीवीसीएच), ट्रिनिटी (ट्रॉइट्स्क इंस्टीट्यूट ऑफ इनोवेटिव एंड थर्मोन्यूक्लियर रिसर्च) भी शामिल थे। कजाकिस्तान का सामान्य डिजाइनर प्रोमेनरगोप्रोएक्ट एलएलपी था, और काज़ेलेक्ट्रोमोंटाज यूपीसी कॉम्प्लेक्स सीधे स्थापित किया गया था। सभी काम पूरा होने के बाद, CTM को लॉन्च किया गया और पहला प्लाज्मा तैयार किया गया। फिर परियोजना के लिए धन रोक दिया गया, और टोकामक छह वर्षों के लिए एक महंगे उच्च तकनीक पर्यटक आकर्षण में बदल गया।

केटीएम/ग्रिगोरी बेडेंको के लिए रेट्रोफिटिंग उपकरण की स्थापना

केटीएम का दूसरा जीवन

प्रोजेक्ट को अस्ताना में EXPO 2017 की पूर्व संध्या पर रीबूट किया गया था। यह भविष्य की ऊर्जा को समर्पित विश्व प्रदर्शनी की अवधारणा के साथ बिल्कुल फिट बैठता है। 9 जून को बड़ी संख्या में पत्रकारों की उपस्थिति में इंस्टॉलेशन फिर से शुरू किया गया। लॉन्च के समय रूसी डेवलपर्स मौजूद थे। जैसा कि समारोह के दौरान कहा गया था, भौतिक लॉन्च के पहले चरण का उद्देश्य मानक केटीएम सिस्टम को डीबग और परीक्षण करना है। साथ ही, कजाकिस्तान गणराज्य के राष्ट्रीय परमाणु केंद्र के प्रमुख एरलान बतिरबेकोव के अनुसार, कजाख टोकामक के आधार पर, विभिन्न देशों के वैज्ञानिक मौजूदा औद्योगिक रिएक्टरों के आधुनिकीकरण सहित कई प्रकार के अनुसंधान करने में सक्षम होंगे।

केटीएम के लिए एसी कन्वर्टर का लुक भविष्य जैसा है / ग्रिगोरी बेडेंको

फिर स्थिति और भी अनुकूल दिशा में विकसित हुई। अस्ताना में, मंत्रिस्तरीय सम्मेलन और आठवीं अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा फोरम के दौरान, कजाकिस्तान को अंतर्राष्ट्रीय संगठन आईटीईआर का सहयोगी सदस्य बनने के लिए आधिकारिक निमंत्रण मिला। थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के व्यावसायिक उपयोग की संभावना को प्रदर्शित करने के साथ-साथ इस क्षेत्र में भौतिक और तकनीकी समस्याओं को हल करने के लिए देशों के एक समूह द्वारा अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर प्रायोगिक रिएक्टर बनाया जा रहा है। संक्षेप में, ITER एक विशाल और बहुत जटिल टोकामक है। यूरोपीय संघ के देश, भारत, चीन, दक्षिण कोरिया, रूस, अमेरिका, जापान और अब हमारा देश इस परियोजना में भाग ले रहे हैं। कजाकिस्तान से, इस विषय पर शोध राष्ट्रीय परमाणु केंद्र, कजाख राष्ट्रीय विश्वविद्यालय के प्रायोगिक और सैद्धांतिक भौतिकी अनुसंधान संस्थान के विशेषज्ञों द्वारा किया जाएगा। अल-फ़राबी, परमाणु भौतिकी संस्थान, उल्बा मेटलर्जिकल प्लांट, काज़एनआईपीआईएनरगोप्रोम और काज़ेलेक्ट्रोमैश। आईटीईआर मार्सिले से 60 किलोमीटर दूर फ्रांस में बनाया जाएगा। फिलहाल इस प्रोजेक्ट की लागत 19 अरब यूरो आंकी गई है. इंस्टॉलेशन का लॉन्च 2025 के लिए निर्धारित है।

बौरज़ान चेक्टीबाएव / ग्रिगोरी बेडेंको

सीटी परियोजना के वैज्ञानिक समूह के प्रमुख बौरज़ान चेक्टीबाएवएम

10 जून को आईटीईआर और केटीएम के बीच संयुक्त अनुसंधान पर एक ज्ञापन संपन्न हुआ। इस समझौते के ढांचे के भीतर, अंतर्राष्ट्रीय संगठन ITER के साथ बातचीत के लिए एक परियोजना वर्तमान में तैयार की जा रही है। वे हमारी स्थापना में रुचि रखते हैं. आईटीईआर परियोजना स्वयं भी सरल नहीं है, सामग्री की समस्या है। परियोजना के हिस्से के रूप में, हम टंगस्टन और बेरिलियम का अध्ययन करेंगे। ITER के कुछ घटक और हिस्से इस सामग्री से बनाए जाएंगे। हम उन्हें चलाएंगे. आईटीईआर रिएक्टर की पूरी पहली दीवार टंगस्टन और बेरिलियम टाइल्स से सुसज्जित होगी। निर्वात कक्ष में स्वयं एक डायवर्टर होता है, जिसमें प्लाज्मा प्रवाह प्रवाहित होता है; वहां सबसे तीव्र स्थान है - 20 मेगावाट प्रति वर्ग मीटर। टंगस्टन होगा. पहली दीवार के बाकी हिस्से को बेरिलियम से पंक्तिबद्ध किया जाएगा।

केटीएम तकनीकी दृष्टि से एक बहुत ही जटिल प्रणाली है / ग्रिगोरी बेडेंको

- अंदर क्यों?आईटीईआरहमारे टोकामक में इतनी दिलचस्पी है?

सामग्री विज्ञान के अलावा, हमारी स्थापना का कार्य प्लाज्मा भौतिकी का अध्ययन करना है। पहलू अनुपात के मामले में सीटीएम अद्वितीय है। ऐसा एक पैरामीटर है, टोकामक्स के लिए मुख्य में से एक - अक्ष से प्लाज्मा के केंद्र तक बड़े त्रिज्या का अनुपात, यानी प्लाज्मा अक्ष से उसके किनारों तक। हमारे लिए यह पैरामीटर दो के बराबर है। उसी आईटीईआर में - 3.1. 3 से अधिक वाले सभी टोकामक क्लासिक हैं। टोकामक्स की एक आधुनिक दिशा है - ये गोलाकार टोकामक हैं, जिनमें पहलू अनुपात 2 - डेढ़ और उससे भी कम है - ये ठंडे, लगभग गोलाकार कक्ष हैं। हमारा टोकामक शास्त्रीय और गोलाकार टोकामक के बीच, मानो सीमा रेखा की स्थिति में स्थित है। अभी तक ऐसी कोई स्थापना नहीं हुई है, और यहां, मुझे लगता है, प्लाज्मा के व्यवहार पर दिलचस्प शोध किया जाएगा। ऐसी स्थापनाओं को हाइब्रिड भविष्य के रिएक्टर, या वॉल्यूमेट्रिक न्यूट्रॉन स्रोत माना जाता है।

केटीएम वैक्यूम चैम्बर का निचला हिस्सा / फोटो ग्रिगोरी बेडेंको द्वारा

- सहयोग कितना आशाजनक हैआईटीईआर?क्या इससे परियोजना बच जायेगी?

2010 में, उस समय उपलब्ध उपकरणों और तैयारियों का उपयोग करके एक परीक्षण लॉन्च किया गया था। कार्य यह दिखाना था कि इंस्टॉलेशन "साँस लेता है" और काम करने में सक्षम है। उसी दसवें वर्ष में, हमारे पास धन ख़त्म हो गया। तब छह वर्ष निष्क्रियता के रहे। इस पूरे समय हम बजट के लिए संघर्ष कर रहे थे। इसे पहले 2006 में अनुमोदित किया गया था, और इसे पूरी तरह से संशोधित किया जाना था। हमारे लगभग 80% उपकरण विदेशी हैं, और वैश्विक वित्तीय प्रणाली में प्रसिद्ध घटनाओं के संदर्भ में, यह सुविधा मूल योजना की तुलना में काफी अधिक महंगी हो गई है। 2016 में, परियोजना बजट को समायोजित करने के बाद, अतिरिक्त धन आवंटित किया गया था। स्थापना पर पहले ही कज़ाख बजट 7 बिलियन टेन्ज़ की लागत आ चुकी है। इसमें निर्माण और स्थापना कार्य, वैक्यूम चैम्बर और विद्युत चुम्बकीय प्रणाली का निर्माण शामिल है।

शोधकर्ताओं को सभी व्यवसायों में पारंगत होना होगा / ग्रिगोरी बेडेंको

- अभी क्या हो रहा है? जून में ट्रायल हुआ था.

अब केटीएम का निर्माण अंतिम चरण में है। वर्तमान में, मुख्य और सहायक प्रणालियों की स्थापना और कमीशनिंग का काम चल रहा है। हमने टेंडर जीतने वाले सामान्य ठेकेदार के साथ एक समझौता किया है। दो कंपनियाँ हैं, एक निर्माण और स्थापना कार्य में लगी हुई है, दूसरी - कमीशनिंग कार्य में लगी हुई है। "काज़इंटेलग्रुप" निर्माण और स्थापना कार्य में लगा हुआ है, "क्वालिटी गारंटर XXI सेंचुरी" कमीशनिंग में लगा हुआ है। स्थापना का निर्माण इस वर्ष पूरा होने वाला है। फिर, साल के अंत से पहले, एक भौतिक लॉन्च होगा। 2018 में, इंस्टॉलेशन को चालू कर दिया जाएगा और पूर्ण पैमाने पर प्रयोग शुरू हो जाएंगे। 3 वर्षों के भीतर, हम स्थापना में शामिल नाममात्र डिज़ाइन मापदंडों तक पहुंचने की योजना बनाते हैं, और फिर सामग्री पर आगे शोध करते हैं।

कुछ स्थानों पर केटीएम एक विदेशी जहाज जैसा दिखता है / ग्रिगोरी बेडेंको द्वारा फोटो

- आप कर्मचारियों के चयन के साथ कैसा काम कर रहे हैं?

अधिकांश युवा विशेषज्ञ उस्त-कामेनोगोर्स्क, पावलोडर और सेमेई से कजाकिस्तान विश्वविद्यालयों के स्नातक हैं। कुछ ने रूसी विश्वविद्यालयों से स्नातक की उपाधि प्राप्त की, उदाहरण के लिए, टॉम्स्क पॉलिटेक्निक विश्वविद्यालय। स्टाफिंग का मुद्दा गंभीर है. परियोजना के अनुसार, लगभग 120 लोग होने चाहिए, 40 लोग काम करते हैं। अगले साल, जब कॉम्प्लेक्स चालू हो जाएगा, तब भर्ती होगी। लेकिन इस क्षेत्र में विशेषज्ञ ढूंढना एक अलग और कठिन काम है।

दिमित्री ओलखोविक, केटीएम प्रयोग स्वचालन प्रणाली विभाग के प्रमुख

सीएफटी की ख़ासियत यह है कि इसमें एक रोटरी-डायवर्टर डिवाइस है, यानी अध्ययन के तहत सभी सामग्रियों को कक्ष के अंदर घुमाया जा सकता है। इसके अलावा, एक ट्रांसपोर्ट गेटवे डिवाइस भी है। इससे वैक्यूम चैम्बर पर दबाव डाले बिना अध्ययन के तहत सामग्री को रिचार्ज करना संभव हो जाता है। अन्य स्थापनाओं पर कुछ कठिनाइयाँ हैं: यदि चैम्बर को दबावमुक्त कर दिया गया है, तो इसे नए लॉन्च के लिए फिर से तैयार करने में कम से कम एक या दो सप्ताह की आवश्यकता होती है। हम अवसादन पर समय बर्बाद किए बिना, एक अभियान में परीक्षण नमूनों को आसानी से बदल सकते हैं। यह स्थापना का आर्थिक लाभ है.

कुछ प्रकार के नए उपकरण अभी भी मूल पैकेजिंग में हैं / ग्रिगोरी बेडेंको

- कैसे होंगे प्रयोग?

ऐसे प्रतिष्ठानों पर प्रति वर्ष दो प्रायोगिक अभियान चलाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, हम वसंत ऋतु में एक अभियान चलाते हैं, फिर गर्मियों में हम प्राप्त आंकड़ों का विश्लेषण करते हैं और आगे के प्रयोगों की योजना बनाते हैं। दूसरा अभियान पतझड़ में होता है। यह अभियान दो से तीन महीने तक चलता है। पावर फ्यूज़न रिएक्टर बनाने की राह में दो मुख्य समस्याएं हैं। पहला है प्लाज्मा के उत्पादन और उसे बनाए रखने की तकनीक विकसित करना, दूसरा है उन सामग्रियों को विकसित करना जो सीधे प्लाज्मा को संबोधित करते हैं, क्योंकि प्लाज्मा उच्च तापमान वाला होता है। ऊर्जा की विशाल धाराएँ उड़ती हैं और सामग्री को प्रभावित करती हैं। बदले में, सामग्री नष्ट हो जाती है और बिखर जाती है। और इन कणों का प्लाज्मा में प्रवेश बेहद नकारात्मक प्रभाव डालता है। प्लाज्मा अशुद्धियों के प्रति बहुत संवेदनशील होता है। वे प्लाज़्मा को ठंडा करते हैं और अंततः उसे बुझा देते हैं। संरचनात्मक सामग्रियों पर न्यूट्रॉन के प्रभाव का विषय भी है। हमारा टोकामक सामग्रियों का ताप प्रतिरोध निर्धारित करने के लिए उनका परीक्षण करेगा। इसका मतलब यह है कि वे छिड़काव योग्य नहीं हैं और प्लाज्मा के साथ संगत हैं। ऐसी सामग्रियों के रूप में टंगस्टन और बेरिलियम का अध्ययन किया जाएगा। हम उनका परीक्षण करेंगे, देखेंगे कि वे आईटीईआर की तरह ही उच्च प्लाज्मा प्रवाह की स्थितियों में कैसे व्यवहार करते हैं।

केटीएम/ग्रिगोरी बेडेंको में भारी विद्युत धाराओं का उपयोग किया जाता है

- केटीएम को फिर से स्थापित करने के लिए क्या कार्य किया जा रहा है?

वैक्यूम सिस्टम, कूलिंग सिस्टम के लिए तकनीकी प्रणालियों की स्थापना। यह एक बहुत ही जटिल विद्युत संस्थापन है. चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने के लिए, आपको नेटवर्क से बहुत अधिक ऊर्जा लेने की आवश्यकता होती है। ऊर्जा रूपांतरण के लिए एक निश्चित परिसर है। स्पंदित बिजली आपूर्ति प्रणाली से शुरू करके, बहुत सारे वाहक ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जाता है, और एक टेरिस्टर कनवर्टर कॉम्प्लेक्स का उपयोग किया जाता है, जो कि संचालन, नियंत्रण के मामले में एक जटिल प्रणाली है, और सिस्टम बहुत वितरित है। यानी अब ये सारा काम किया जा रहा है, बिजली आपूर्ति को समायोजित किया जा रहा है.

काम बहुत श्रमसाध्य है / ग्रिगोरी बेडेंको

नए केटीएम उपकरणों के साथ काम करना

ऐसी स्थापनाओं को संचालित करने के लिए बहुत बड़ी मात्रा में बिजली की आवश्यकता होती है। क्या केटीएम बहुत अधिक खपत करेगा?

नाममात्र मोड में संचालन करते समय, नेटवर्क से बिजली का सेवन लगभग 80-100 मेगावाट होगा। एक प्रयोग के लिए. एक मानक अतिरिक्त हीटिंग सिस्टम भी है, जो नेटवर्क से ऊर्जा भी पंप करेगा।

चुंबकीय कुंडल बिजली आपूर्ति प्रणाली / ग्रिगोरी बेडेंको

यह ज्ञात है कि कजाकिस्तान में आबादी का एक बड़ा हिस्सा रेडियोफोबिया से पीड़ित है। ये परमाणु परीक्षणों के सामाजिक-मनोवैज्ञानिक परिणाम हैं। आपका शोध कितना सुरक्षित होगा?

ऐसा माना जाता है कि नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन एक वैकल्पिक पर्यावरण अनुकूल ऊर्जा स्रोत है। चेरनोबिल, फुकुशिमा आदि जैसी दुर्घटनाएँ यहाँ भौतिक रूप से हो ही नहीं सकतीं। सबसे गंभीर चीज जो हो सकती है वह है वैक्यूम चैम्बर का अवसादन जहां प्लाज्मा होता है। इस मामले में, प्लाज्मा बुझ जाता है और चैंबर में मौजूद थर्मोन्यूक्लियर ईंधन के कुछ ग्राम बाहर निकल जाते हैं।

स्थापना का ऊपरी भाग / ग्रिगोरी बेडेंको

और इस तरह के शोध के इतिहास में सबसे बड़ी अंतरराष्ट्रीय परियोजना आईटीईआर के बारे में कुछ और दिलचस्प तथ्य, जिस पर हमारे विशेषज्ञों को बहुत उम्मीदें हैं। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, आईटीईआर एक अंतरराष्ट्रीय संगठन है जिसमें एक दर्जन से अधिक देश शामिल हैं: रूस, फ्रांस, जापान, चीन, भारत, यूरोपीय संघ, कनाडा और संयुक्त राज्य अमेरिका। दिलचस्प बात यह है कि परियोजना में प्रत्येक देश का योगदान तैयार उत्पादों के रूप में है। उदाहरण के लिए, रूस सुपरकंडक्टर्स, बिजली उपकरण आदि के आधार पर कुछ क्रायोजेनिक वाइंडिंग्स का उत्पादन करता है।

केटीएम/ग्रिगोरी बेडेंको पर बिजली आपूर्ति प्रणाली स्थापित करने पर काम करें

ITER अभी तक एक ऊर्जा संस्थापन नहीं है; यह ऊर्जा प्रदान नहीं करेगा। यह ऊर्जा उत्पादन के साथ प्लाज्मा उत्पादन की व्यवहार्यता का एक प्रौद्योगिकी प्रदर्शन है। आईटीईआर के बाद, जब प्रौद्योगिकियां विकसित हो जाएंगी, तो एक प्रदर्शन रिएक्टर बनाया जाएगा जो पहले से ही ऊर्जा प्रदान करेगा। यह 21वीं सदी के 40-50 के दशक में कहीं होगा। यानी इस विषय पर शोध शुरू होने के 100 साल बाद.

केटीएम नियंत्रण कक्ष / ग्रिगोरी बेडेंको

ITER प्रोजेक्ट में लगभग 500 सेकंड का निरंतर संचालन होता है। पल्स रिएक्टर. सिद्धांत रूप में, 1000 सेकंड तक का समय प्रदान किया जाता है। -कैसे चलेगा? जब सभी तकनीकों का चयन कर लिया जाएगा, सामग्री और डिज़ाइन को मंजूरी दे दी जाएगी, तो अगला डेमो बनाया जाएगा। यह पहले ही तय हो चुका है कि यह रिएक्टर जापान में बनाया जाएगा।

केटीएम इकाइयाँ / ग्रिगोरी बेडेंको

जाहिर है, पावर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर का संचालन सिद्धांत इस प्रकार होगा। पहला तत्व, जो प्लाज्मा की तापीय ऊर्जा को अवशोषित करेगा, उसके अंदर ताप विनिमय के लिए चैनल होंगे। फिर सब कुछ एक पारंपरिक बिजली संयंत्र जैसा ही होता है - द्वितीयक सर्किट शीतलक को गर्म करना, टर्बाइनों को घुमाना और विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करना।

केटीएम रिएक्टर हॉल का सामान्य दृश्य / ग्रिगोरी बेडेंको

ITER का भौतिक लॉन्च 2025 में होगा। इसे 2028 में परिचालन में लाया जाएगा। कार्य के परिणामों के आधार पर, हाइब्रिड रिएक्टर बनाने के विकल्प पर विचार किया जा रहा है - जहां थर्मोन्यूक्लियर संलयन से न्यूट्रॉन का उपयोग परमाणु ईंधन को विभाजित करने के लिए किया जाता है।

घटना के लिए आवश्यक शर्तों को प्राप्त करने के लिए. टोकामक में प्लाज्मा को कक्ष की दीवारों द्वारा नहीं रखा जाता है, जो थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक तापमान का सामना करने में सक्षम नहीं हैं, बल्कि एक विशेष रूप से बनाए गए संयुक्त चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आयोजित किया जाता है - प्लाज्मा के माध्यम से बहने वाली धारा का एक टॉरॉयडल बाहरी और पोलोइडल क्षेत्र। रस्सी। अन्य प्रतिष्ठानों की तुलना में जो प्लाज्मा को सीमित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करते हैं, विद्युत प्रवाह का उपयोग टोकामक की मुख्य विशेषता है। प्लाज्मा में धारा प्लाज्मा को गर्म करने और निर्वात कक्ष में प्लाज्मा फिलामेंट के संतुलन को बनाए रखने को सुनिश्चित करती है। इस तरह, एक टोकामक, विशेष रूप से, एक तारकीय यंत्र से भिन्न होता है, जो वैकल्पिक कारावास योजनाओं में से एक है जिसमें बाहरी चुंबकीय कॉइल का उपयोग करके टॉरॉयडल और पोलोइडल दोनों क्षेत्र बनाए जाते हैं।

टोकामक रिएक्टर को वर्तमान में अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक परियोजना ITER के हिस्से के रूप में विकसित किया जा रहा है।

कहानी

वर्तमान में, टोकामक को नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन को लागू करने के लिए सबसे आशाजनक उपकरण माना जाता है।

उपकरण

टोकामक एक टोरॉयडल निर्वात कक्ष है जिस पर टोरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए कुंडलियाँ लपेटी जाती हैं। हवा को पहले निर्वात कक्ष से बाहर निकाला जाता है और फिर ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के मिश्रण से भर दिया जाता है। फिर उपयोग करना प्रारंभ करनेवालाकक्ष में एक भंवर विद्युत क्षेत्र निर्मित होता है। प्रारंभ करनेवाला एक बड़े ट्रांसफार्मर की प्राथमिक वाइंडिंग है, जिसमें टोकामक कक्ष द्वितीयक वाइंडिंग है। विद्युत क्षेत्र प्लाज्मा कक्ष में विद्युत प्रवाह और प्रज्वलन का कारण बनता है।

प्लाज्मा के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा दो कार्य करती है:

प्लाज्मा को उसी तरह गर्म करता है जैसे कोई अन्य कंडक्टर करता है (ओमिक हीटिंग);
अपने चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। इस चुंबकीय क्षेत्र को कहा जाता है पोलोइडल(अर्थात, गुजरने वाली रेखाओं के साथ निर्देशित डंडेगोलाकार समन्वय प्रणाली)।

ऐसी प्रणाली में स्थिर प्लाज्मा परिरोध के लिए पोलोइडल क्षेत्र की उपस्थिति आवश्यक है। चूंकि यह प्रारंभ करनेवाला में वर्तमान को बढ़ाकर बनाया गया है, और यह अनंत नहीं हो सकता है, शास्त्रीय टोकामक में प्लाज्मा के स्थिर अस्तित्व का समय अभी भी कुछ सेकंड तक सीमित है। इस सीमा को पार करने के लिए, धारा को बनाए रखने के अतिरिक्त तरीके विकसित किए गए हैं। इस प्रयोजन के लिए, ड्यूटेरियम या ट्रिटियम या माइक्रोवेव विकिरण के त्वरित तटस्थ परमाणुओं के प्लाज्मा में इंजेक्शन का उपयोग किया जा सकता है।

टॉरॉयडल कॉइल के अलावा, प्लाज्मा कॉर्ड को नियंत्रित करने के लिए अतिरिक्त कॉइल की आवश्यकता होती है। पोलोइडल फ़ील्ड कॉइल्स. वे टोकामक कक्ष के ऊर्ध्वाधर अक्ष के चारों ओर रिंग घुमाव हैं।

टोकामक्स और उनकी विशेषताएं

यूएसएसआर और रूस

कजाखस्तान

कज़ाखस्तान सामग्री अनुसंधान टोकामक (केटीएम) निकट ऊर्जा भार व्यवस्था में सामग्रियों के अनुसंधान और परीक्षण के लिए एक प्रयोगात्मक थर्मोन्यूक्लियर स्थापना है