Ի՞նչ է տոկամակը: Ջերմամիջուկային ռեակտորը մարդկության համար նոր դարաշրջան կբացի. Տեխնոկրատական շարժում Tokamak տեղադրում

սարք, որն իրականացնում է ջերմամիջուկային միաձուլման ռեակցիա տաք պլազմայում քվազի-ստացիոնար ռեժիմով, որտեղ պլազման ստեղծվում է տորոիդային խցիկում և կայունանում է մագնիսական դաշտով։ Տեղադրման նպատակն է ներմիջուկային էներգիան վերածել ջերմության, այնուհետև էլեկտրաէներգիայի։ «Տոկամակ» բառն ինքնին «տորոիդային մագնիսական խցիկ» անվան հապավումն է, սակայն տեղադրման հեղինակները վերջում «g»-ը փոխարինել են «k»-ով, որպեսզի կախարդական ինչ-որ բանի հետ ասոցիացիաներ չառաջացնեն:

Մարդը ստանում է ատոմային էներգիա (ինչպես ռեակտորում, այնպես էլ ռումբում)՝ ծանր տարրերի միջուկները ավելի թեթեւերի բաժանելով։ Մեկ նուկլեոնի էներգիան առավելագույնն է երկաթի համար (այսպես կոչված «երկաթի առավելագույնը»), և քանի որ առավելագույնը մեջտեղում, ապա էներգիա կթողարկվի ոչ միայն ծանր տարրերի քայքայման ժամանակ, այլեւ թեթեւ տարրերի համակցման ժամանակ։ Այս գործընթացը կոչվում է ջերմամիջուկային միաձուլում և տեղի է ունենում ջրածնային ռումբում և միաձուլման ռեակտորում։ Հայտնի են բազմաթիվ ջերմամիջուկային ռեակցիաներ և միաձուլման ռեակցիաներ: Էներգիայի աղբյուր կարող են լինել նրանք, որոնց համար կա էժան վառելիք, և հնարավոր են միաձուլման ռեակցիան սկսելու երկու սկզբունքորեն տարբեր եղանակներ:

Առաջին ճանապարհը «պայթուցիկ» է. էներգիայի մի մասը ծախսվում է նյութի շատ փոքր քանակությունը անհրաժեշտ նախնական վիճակի բերելու վրա, տեղի է ունենում սինթեզի ռեակցիա, և ազատված էներգիան վերածվում է հարմար ձևի: Իրականում սա ջրածնային ռումբ է՝ ընդամենը մեկ միլիգրամ քաշով։ Ատոմային ռումբը չի կարող օգտագործվել որպես սկզբնական էներգիայի աղբյուր, այն «փոքր» չէ։ Ուստի ենթադրվում էր, որ դեյտերիում-տրիումի սառույցի միլիմետրանոց դեղահատը (կամ դեյտերիումի և տրիտիումի սեղմված խառնուրդով ապակե գունդը) բոլոր կողմերից կճառագայթվի լազերային իմպուլսներով։ Մակերեւույթի վրա էներգիայի խտությունը պետք է լինի այնպիսին, որ պլանշետի վերին շերտը, որը վերածվել է պլազմայի, տաքացվի այնպիսի ջերմաստիճանի, որի դեպքում ներքին շերտերի վրա ճնշումը և հենց պլանշետի ներքին շերտերի տաքացումը բավարար դառնան. սինթեզի ռեակցիա. Այս դեպքում զարկերակը պետք է այնքան կարճ լինի, որ նյութը, որը նանվայրկյանում տասը միլիոն աստիճան ջերմաստիճանով պլազմայի է վերածվել, ժամանակ չունենա բաժանվելու, այլ սեղմի պլանշետի ներսը։ Այս ինտերիերը սեղմվում է հարյուր անգամ ավելի մեծ խտությամբ, քան պինդ մարմիններինը և տաքացվում է մինչև հարյուր միլիոն աստիճան:

Երկրորդ ճանապարհ. Ելակետային նյութերը կարելի է համեմատաբար դանդաղ տաքացնել՝ դրանք կվերածվեն պլազմայի, այնուհետև էներգիա կարող է ցանկացած ձևով ներմուծվել դրա մեջ, մինչև ստեղծվեն ռեակցիայի մեկնարկի պայմանները։ Որպեսզի ջերմամիջուկային ռեակցիա տեղի ունենա դեյտերիումի և տրիտիումի խառնուրդում և ստացվի դրական էներգիա (երբ ջերմամիջուկային ռեակցիայի արդյունքում արձակված էներգիան ավելի մեծ է, քան այս ռեակցիայի վրա ծախսված էներգիան), անհրաժեշտ է ստեղծել պլազմա։ առնվազն 10 14 մասնիկ/սմ 3 (10 5 ատմ.) խտությամբ և տաքացրեք այն մինչև մոտավորապես 10 9 աստիճան, մինչդեռ պլազման դառնում է ամբողջությամբ իոնացված:

Նման ջեռուցումն անհրաժեշտ է, որպեսզի միջուկները կարողանան մոտենալ միմյանց՝ չնայած Կուլոնյան վանմանը։ Կարելի է ցույց տալ, որ էներգիա ստանալու համար այս վիճակը պետք է պահպանվի առնվազն մեկ վայրկյան (այսպես կոչված «Լոուսոնի չափանիշ»): Լոուսոնի չափանիշի ավելի ճշգրիտ ձևակերպում. համակենտրոնացման արտադրանքը և այս վիճակի պահպանման ժամանակը պետք է լինեն 10 15 սմ 3 կարգի: Հիմնական խնդիրը պլազմայի կայունությունն է՝ մեկ վայրկյանում այն ժամանակ կունենա բազմիցս ընդարձակվելու, խցիկի պատերին դիպչելու և սառչի։

2006 թվականին միջազգային հանրությունը սկսեց ցուցադրական ռեակտորի կառուցումը։ Այս ռեակտորը էներգիայի իրական աղբյուր չի լինի, բայց այն նախագծված է այնպես, որ դրանից հետո, եթե ամեն ինչ լավ աշխատի, հնարավոր լինի սկսել «էներգետիկների» կառուցումը, այսինքն. ջերմամիջուկային ռեակտորներ, որոնք նախատեսված են էլեկտրացանցում ընդգրկվելու համար. Ամենամեծ ֆիզիկական նախագծերը (արագացուցիչներ, ռադիոաստղադիտակներ, տիեզերական կայաններ) այնքան թանկ են դառնում, որ երկու տարբերակ դիտարկելը անհասանելի է դառնում նույնիսկ իր ջանքերը միավորած մարդկության համար, ուստի պետք է ընտրություն կատարել։

Վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլման աշխատանքների սկիզբը պետք է թվագրվի 1950 թվականին, երբ I.E. Tamm-ը և A.D. Սախարովը եկան այն եզրակացության, որ վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլումը (CTF) կարող է իրականացվել տաք պլազմայի մագնիսական սահմանափակման միջոցով: Սկզբնական փուլում մեր երկրում աշխատանքներն իրականացվել են Կուրչատովի ինստիտուտում՝ Լ.Ա.Արցիմովիչի ղեկավարությամբ։ Հիմնական խնդիրները կարելի է բաժանել երկու խմբի՝ պլազմայի անկայունության խնդիրներ և տեխնոլոգիական խնդիրներ (մաքուր վակուում, ճառագայթման դիմադրություն և այլն) Առաջին տոկամակները ստեղծվել են 1954-1960 թվականներին, այժմ աշխարհում կառուցվել է ավելի քան 100 տոկամակ։ 1960-ականներին ցույց տվեցին, որ միայն անցնող հոսանքի միջոցով ջեռուցումը («օմիկ ջեռուցում») չի կարող պլազման հասցնել միաձուլման ջերմաստիճանի: Պլազմայի էներգիայի պարունակությունը բարձրացնելու ամենաբնական միջոցը թվում էր արագ չեզոք մասնիկների (ատոմների) արտաքին ներարկման մեթոդը, սակայն միայն 1970-ականներին ձեռք բերվեց անհրաժեշտ տեխնիկական մակարդակը և իրական փորձեր իրականացվեցին ներարկիչների միջոցով: Մեր օրերում միկրոալիքային տիրույթում չեզոք մասնիկների ներարկման և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տաքացումը համարվում է ամենահեռանկարայինը։ 1988 թվականին Կուրչատովի ինստիտուտը կառուցեց գերհաղորդիչ ոլորուններով նախառեակտորային սերնդի tokamak T-15: 1956 թվականից, երբ Ն.Ս. Խրուշչովի Մեծ Բրիտանիա կատարած այցի ժամանակ Ի.Վ. Կուրչատովը հայտարարեց ԽՍՀՄ-ում այդ աշխատանքների իրականացման մասին։ Այս ոլորտում աշխատանքներն իրականացվում են մի քանի երկրների կողմից համատեղ։ 1988 թվականին ԽՍՀՄ-ը, ԱՄՆ-ը, Եվրամիությունը և Ճապոնիան սկսեցին նախագծել առաջին փորձնական tokamak ռեակտորը (տեղակայումը կկառուցվի Ֆրանսիայում):

Նախագծված ռեակտորի չափերն են 30 մետր տրամագծով և 30 մետր բարձրությամբ։ Այս կայանքի կառուցման ակնկալվող ժամկետը ութ տարի է, իսկ շահագործման ժամկետը՝ 25 տարի։ Տեղադրման մեջ պլազմայի ծավալը մոտ 850 խմ է։ Պլազմային հոսանք 15 մեգաամպեր: Տեղադրման ջերմամիջուկային հզորությունը 500 ՄՎտ է և պահպանվում է 400 վայրկյան։ Ապագայում ակնկալվում է, որ այս ժամանակը կավելացվի մինչև 3000 վայրկյան, ինչը հնարավորություն կտա ITER ռեակտորում պլազմայում անցկացնել ջերմամիջուկային միաձուլման («ջերմամիջուկային այրման») ֆիզիկայի առաջին իրական ուսումնասիրությունները։

Լուկյանով Ս.Յու. Տաք պլազմա և վերահսկվող միջուկային միաձուլում. Մ., Նաուկա, 1975
Արթսիմովիչ Լ.Ա., Սագդեև Ռ.Զ. Պլազմայի ֆիզիկա ֆիզիկոսների համար. Մ., Ատոմիզդատ, 1979
Հեգլեր Մ., Քրիստիանսեն Մ. Ներածություն Controlled Fusion. Մ., Միր, 1980
Քիլլին Ջ. Վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլում. Մ., Միր, 1980
Բոյկո Վ.Ի. Վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլում և իներցիոն ջերմամիջուկային միաձուլման խնդիրներ. Սորոսի կրթական ամսագիր. 1999 թ., թիվ 6

ԹՈԿԱՄԱԿ(կրճատվում է «մագնիսական պարույրներով տորոիդային խցիկից») - ուժեղ մագնիսով բարձր ջերմաստիճան պահելու սարք: դաշտերը. Թ–ի գաղափարը արտահայտվել է 1950 թվականին ակադեմիկոսներ Ի. Է. Թամմի և Ա. Դ. Սախարովի կողմից. առաջին փորձերը Այս համակարգերի վերաբերյալ հետազոտությունները սկսվել են 1956 թվականին։

Սարքի սկզբունքը պարզ է Նկ. 1. Պլազման ստեղծվում է տորոիդային վակուումային խցիկում, որը ծառայում է որպես տրանսֆորմատորի երկրորդական ոլորման միակ փակ շրջադարձ։ Տրանսֆորմատորի առաջնային ոլորման մեջ ժամանակի ընթացքում ավելացող հոսանք անցնելիս 1 վակուումային խցիկի ներսում 5 ստեղծվում է հորձանուտի երկայնական էլեկտրական ուժ։ դաշտ. Երբ սկզբնական գազը շատ մեծ չէ (սովորաբար օգտագործվում է ջրածինը կամ դրա իզոտոպները), առաջանում է նրա էլեկտրական հզորությունը։ քայքայումը և վակուումային խցիկը լցվում է պլազմայով մեծ երկայնական հոսանքի հետագա աճով IP. Ժամանակակից մեծ T. ընթացիկ պլազմայում մի քանի. միլիոն ամպեր: Այս հոսանքը ստեղծում է իր սեփական պոլոիդային (պլազմայի խաչմերուկի հարթությունում) մագնիսական դաշտը։ դաշտ INք. Բացի այդ, ուժեղ երկայնական մագնիս է օգտագործվում պլազմայի կայունացման համար: դաշտ Բ զ, ստեղծված հատուկ պտտվող մագնիսի ոլորուններ: դաշտերը. Դա տորոիդային և պոլոիդային մագնիսների համադրություն է։ դաշտերը ապահովում են բարձր ջերմաստիճանի պլազմայի կայուն մեկուսացում (տես. Տորոիդային համակարգեր), իրականացման համար անհրաժեշտ վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլում.

Բրինձ. 1. Tokamak դիագրամ: 1 - առաջնային ոլորուն տրանսձևաչափիչ; 2 - տորոիդային մագնիսական դաշտի կծիկներ; 3 - երեսպատում, փորագրության համար բարակ պատերով ներքին խցիկտորոիդային էլեկտրական դաշտի կրճատում; 4 - պտտվելki poloidal մագնիսական դաշտ; 5 - վակուումային կամեra; բ- երկաթե միջուկ (մագնիսական միջուկ).

Գործառնական սահմանները. Մագն. T դաշտը բավականին լավ է պահում բարձր ջերմաստիճանի պլազման, բայց միայն դրա պարամետրերի փոփոխության որոշակի սահմաններում: Առաջին 2 սահմանափակումները վերաբերում են պլազմային հոսանքին IPև նրա տես. խտությունը Պ, արտահայտված 1 մ 3-ում մասնիկների քանակի (էլեկտրոններ կամ իոններ) միավորներով։ Ստացվում է, որ տորոիդային մագնիսի տվյալ արժեքի համար. դաշտում, պլազմային հոսանքը չի կարող գերազանցել որոշակի սահմանափակող արժեքը, հակառակ դեպքում պլազմային լարը սկսում է պտտվել պարուրաձև գծի երկայնքով և ի վերջո փլուզվում է. այսպես կոչված. ընթացիկ ընդհատման անկայունություն: Սահմանափակող հոսանքը բնութագրելու համար օգտագործվում է գործակից. ֆոնդային քպտուտակային անկայունությամբ, որը որոշվում է կապով q = 5Բժ ա 2 /RI էջ. Այստեղ Ա- փոքր, Ռ- պլազմային լարի մեծ շառավիղ, Բ j - toroidal mag. դաշտ, IP- հոսանք պլազմայում (չափերը չափվում են մետրերով, մագնիսական դաշտը՝ տեսլաներով, հոսանքը՝ MA-ում): Պլազմային սյունակի կայունության համար անհրաժեշտ պայման է անհավասարությունը ք>], այսպես կոչված: k r i t e r i m K r u-s k a la - Շաֆրանովա. Փորձերը ցույց են տալիս, որ հուսալիորեն կայուն պահման ռեժիմը ձեռք է բերվում միայն արժեքների դեպքում:

Գոյություն ունի խտության 2 սահման՝ ստորին և վերին: Ավելի ցածր Խտության սահմանը կապված է այսպես կոչված ձևավորման հետ. արագացված, կամ փախած էլեկտրոններ. Ցածր խտության դեպքում իոնների հետ էլեկտրոնների բախումների հաճախականությունը դառնում է անբավարար՝ երկայնական էլեկտրական դաշտում դրանց անցումը շարունակական արագացման ռեժիմին կանխելու համար։ դաշտ. Բարձր էներգիաների արագացված էլեկտրոնները կարող են վտանգ ներկայացնել վակուումային խցիկի տարրերի համար, ուստի պլազմայի խտությունը ընտրվում է այնքան բարձր, որ արագացված էլեկտրոններ չկան: Մյուս կողմից, բավականաչափ բարձր խտության դեպքում պլազմայի սահմանափակման ռեժիմը կրկին անկայուն է դառնում ճառագայթման և պլազմայի սահմանին ատոմային գործընթացների պատճառով, որոնք հանգեցնում են ընթացիկ ալիքի նեղացման և պլազմայի պարուրաձև անկայունության զարգացմանը: Գագաթ. խտության սահմանը բնութագրվում է իմ-խեցգետնի չափ չունեցող պարամետրերով M=nR/B j և հսկայական H=nqR/B j (այստեղ խաչմերուկում միջինացված է էլեկտրոնի խտությունը nչափված 10 20 մասնիկ/մ 3 միավորներով): Կայուն պլազմայի սահմանափակման համար անհրաժեշտ է, որ թվերը ՄԵվ Հչի գերազանցել որոշակի կրիտիկական արժեքներ։

Երբ պլազման տաքանում է և ճնշումը մեծանում է, հայտնվում է մեկ այլ սահման, որը բնութագրում է պլազմայի ճնշման առավելագույն կայուն արժեքը. p = n (T e + T i), Որտեղ T e, T i- էլեկտրոնային և իոնային ջերմաստիճաններ. Այս սահմանը դրվում է b-ի արժեքի վրա, որը հավասար է հարաբերակցության cf. պլազմայի ճնշումը դեպի մագնիսական ճնշում: դաշտեր; b սահմանափակող արժեքի պարզեցված արտահայտությունը տրված է Տրոյոնի b հարաբերությամբ c =gI p /aBժ, որտեղ է- թվային գործակիցը հավասար է մոտավորապես 3-ի: 10 -2.

Ջերմամեկուսացում. Պլազմայի շատ բարձր ջերմաստիճանի տաքացման հնարավորությունը պայմանավորված է նրանով, որ ուժեղ մագնիսական դաշտում: լիցքավորման հետագծի դաշտ մասնիկները նման են մագնիսական գծի վրա փաթաթված պարույրների: դաշտերը. Դրա շնորհիվ էլեկտրոններն ու իոնները երկար ժամանակ պահվում են պլազմայի ներսում։ Եվ միայն բախումների և էլեկտրական փոքր տատանումների պատճառով։ և մագ. դաշտերը, այդ մասնիկների էներգիան ջերմային հոսքի տեսքով կարող է փոխանցվել պատերին։ Այս նույն մեխանիզմները որոշում են դիֆուզիոն հոսքերի մեծությունը: Մագնիսական արդյունավետություն Պլազմայի ջերմամեկուսացումը բնութագրվում է էներգիայով։ կյանքի ընթացքում t E = W/P, Որտեղ Վ-պլազմայի ընդհանուր էներգիայի պարունակությունը, ա Պ- պլազմայի ջեռուցման հզորությունը, որն անհրաժեշտ է այն անշարժ վիճակում պահելու համար: Արժեք t Եկարելի է համարել նաև որպես պլազմայի հովացման բնորոշ ժամանակ, եթե ջեռուցման հզորությունը հանկարծակի անջատվի: Հանգիստ պլազմայում մասնիկների և ջերմության հոսքերը դեպի խցիկի պատեր առաջանում են էլեկտրոնների և իոնների զույգ բախումների պատճառով: Այս հոսքերը հաշվարկվում են տեսականորեն՝ հաշվի առնելով իրական լիցքավորման հետագծերը: մասնիկներ մեկ մագ. դաշտը T. Դիֆուզիոն պրոցեսների համապատասխան տեսությունը կոչվում է. նեոկլասիկական (տես Միգրացիոն գործընթացներԻրական պլազմային T.-ում միշտ լինում են դաշտերի և մասնիկների հոսքերի փոքր տատանումներ, հետևաբար ջերմության և մասնիկների հոսքերի իրական մակարդակները սովորաբար զգալիորեն գերազանցում են նեոկլասիկականների կանխատեսումները։ տեսություններ.

Բազմաթիվ Թ.-ի վրա կատարված փորձեր. ձևերն ու չափերը, թույլ տվեցին ամփոփել փոխանցման մեխանիզմների ուսումնասիրությունների արդյունքները համապատասխան էմպիրիկ ուսումնասիրությունների տեսքով։ կախվածություններ. Մասնավորապես, հայտնաբերվել են էներգետիկ կախվածություններ։ կյանքի ընթացքում տ Եհիմնականից պլազմային պարամետրերը տարրալուծման համար: պահեք ռեժիմը. Այս կախվածությունները կոչվում են s k e l i n g a m i; դրանք հաջողությամբ օգտագործվում են նոր շահագործման հանձնված կայանքներում պլազմայի պարամետրերը կանխատեսելու համար:

Պլազմայի ինքնակազմակերպում. Պլազմայում T.-ում միշտ կան թույլ ոչ գծայիններ, որոնք ազդում են շառավղով ջերմաստիճանի, մասնիկների խտության և հոսանքի խտության բաշխման պրոֆիլների վրա, կարծես կառավարում են դրանք։ Մասնավորապես՝ կենտրոն. տարածքները պլազմային լարը շատ հաճախ ներկա են այսպես կոչված. սղոցների տատանումներ, որոնք արտացոլում են աստիճանական սրման պարբերաբար կրկնվող գործընթացը, այնուհետև ջերմաստիճանի պրոֆիլի կտրուկ հարթեցումը: Թեքահարթակի ձևով տատանումները կանխում են հոսանքի կծկումը դեպի մագնիսը: torus առանցքը (տես Գազի արտանետման կծկում). Բացի այդ, Տ–ում ժամանակ առ ժամանակ գրգռվում են պարուրաձև եղանակներ (այսպես կոչված t i r i n g ռեժիմներ), որոնք դիտվում են լարից դուրս՝ ցածր հաճախականության մագնիսական ալիքների տեսքով։ երկմտանք. Հոգնեցնող ռեժիմները նպաստում են շառավղով ընթացիկ խտության ավելի կայուն բաշխման հաստատմանը: Եթե պլազմայի հետ վարվում է ոչ բավարար զգուշությամբ, պոկելու ռեժիմները կարող են այնքան ուժեղանալ, որ դրանց պատճառած մագնիսական խանգարումները կարող են դաշտերը ոչնչացնում են մագնիսները: մակերևույթները պլազմայի լարերի ողջ ծավալով, մագնիսական: կոնֆիգուրացիան ոչնչացվում է, պլազմայի էներգիան ազատվում է պատերին, և պլազմայում հոսանքը դադարում է ուժեղ սառեցման պատճառով (տես. Պոկվող անկայունություն).

Բացի այս ծավալային տատանումներից, կան տատանումների ռեժիմներ, որոնք տեղայնացված են պլազմայի սյունակի սահմանին: Այս ռեժիմները շատ զգայուն են հենց ծայրամասում գտնվող պլազմայի վիճակի նկատմամբ, նրանց վարքագիծը բարդանում է ատոմային պրոցեսների պատճառով: Արտաք. և ներքին Թրթռման ռեժիմները կարող են ուժեղ ազդել ջերմության և մասնիկների փոխանցման գործընթացների վրա, դրանք հանգեցնում են մեկ մագնիսական ռեժիմից պլազմայի անցման հնարավորությանը: ջերմամեկուսացում մյուսին և հետևից: Եթե պլազմային T.-ում մասնիկների արագության բաշխումը խիստ տարբերվում է ից, ապա հավանականություն է առաջանում կինետիկի զարգացման համար: անկայունություններ. Օրինակ, մեծ քանակությամբ փախած էլեկտրոնների ծնունդով, այսպես կոչված օդափոխիչի անկայունությունը, որը հանգեցնում է երկայնական էլեկտրոնի էներգիայի վերափոխմանը լայնակի էներգիայի: Կինետիկ. անկայունությունները զարգանում են նաև բարձր էներգիայի իոնների առկայության դեպքում, որոնք առաջանում են փոխլրացման ժամանակ: տաքացնելով պլազմա.

Պլազմային ջեռուցում. Ցանկացած Տ–ի պլազման ինքնաբերաբար տաքանում է նրա միջով հոսող հոսանքի ջուլյան ջերմության շնորհիվ։ Ջուլի էներգիայի թողարկումը բավարար է մի քանի ջերմաստիճան ստանալու համար: միլիոն աստիճան Կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման նպատակով անհրաժեշտ են >10 8 Կ ջերմաստիճաններ, ուստի բոլոր խոշոր Տ.-ները համալրվում են հզոր համակարգերով. պլազմային ջեռուցում. Այդ նպատակով օգտագործվում են կամ էլեկտրական մագնիսներ: ալիքները քայքայված միջակայքերը, կամ արագ մասնիկներն ուղղում պլազմայի մեջ: Բարձր հաճախականությամբ պլազմայի ջեռուցման համար հարմար է օգտագործել ռեզոնանսներ, որոնք համապատասխանում են ներքինին։ տատանվել գործընթացները պլազմայում. Օրինակ, հարմար է տաքացնել իոնային բաղադրիչը ցիկլոտրոնային հաճախականությունների ներդաշնակության տիրույթում կամ հիմն. պլազմայի իոններ կամ հատուկ ընտրված հավելումների իոններ: Էլեկտրոնները տաքացվում են էլեկտրոնային ցիկլոտրոնային ռեզոնանսով։

Արագ մասնիկներով իոնները տաքացնելիս սովորաբար օգտագործվում են չեզոք ատոմների հզոր ճառագայթներ։ Նման ճառագայթները չեն փոխազդում մագնիսականության հետ: դաշտը և թափանցում են պլազմայի խորքերը, որտեղ դրանք իոնացվում և գրավվում են մագնիսականությամբ: դաշտը Տ.

Լրացուցիչ տաքացման մեթոդների օգնությամբ հնարավոր է պլազմայի T. ջերմաստիճանը բարձրացնել մինչև >3·10 8 K, ինչը միանգամայն բավարար է հզոր ջերմամիջուկային ռեակցիայի առաջացման համար։ Ապագա T.-ռեակտորների մշակման դեպքում պլազմայի ջեռուցումը կիրականացվի բարձր էներգիայի ալֆա մասնիկների միջոցով, որոնք առաջանում են դեյտերիումի և տրիտիումի միջուկների միաձուլման ռեակցիայից:

Ստացիոնար tokamak. Սովորաբար հոսանքը պլազմայում հոսում է միայն պտտվող էլեկտրական հոսանքի առկայության դեպքում: մագնիսական դաշտի ավելացման արդյունքում ստեղծված դաշտը: հոսքը ինդուկտորում: Հոսանքի պահպանման ինդուկտիվ մեխանիզմը ժամանակի մեջ սահմանափակ է, ուստի պլազմայի սահմանափակման համապատասխան ռեժիմը իմպուլսային է: Այնուամենայնիվ, իմպուլսային ռեժիմը միակ հնարավորը չէ, պլազմայի ջեռուցումը կարող է օգտագործվել նաև հոսանքը պահպանելու համար, եթե էներգիայի հետ մեկտեղ պլազմայի տարբեր բաղադրիչների համար տարբեր զարկերակ նույնպես փոխանցվի պլազմա: Ոչ ինդուկտիվ հոսանքի պահպանումը հեշտացվում է հենց պլազմայի կողմից հոսանքի առաջացման շնորհիվ՝ դրա դիֆուզիոն ընդարձակման ժամանակ դեպի պատերը (bootstrap effect): Bootstrap-ի էֆեկտը կանխատեսել են նեոկլասիկական գիտնականները: տեսությունը և այնուհետև փորձնականորեն հաստատվեց։ Փորձերը ցույց են տալիս, որ T. պլազման կարող է անշարժ մնալ, իսկ Ch. ջանքերը գործնականում ստացիոնար ռեժիմի մշակումն ուղղված է ընթացիկ սպասարկման արդյունավետության բարձրացմանը:

Դիվերտոր, անմաքրության հսկողություն. Կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման նպատակով անհրաժեշտ է ջրածնի իզոտոպների վրա հիմնված շատ մաքուր պլազմա: Պլազմայում այլ իոնների խառնուրդը սահմանափակելու համար վաղ Տ–ում պլազման սահմանափակվում էր այսպես կոչված. l i m i t e r o m (Նկար 2, Ա), այսինքն՝ դիֆրագմա, որը թույլ չի տալիս պլազմայի շփումը խցիկի մեծ մակերեսի հետ։ Ժամանակակից T. օգտագործվում է դիվերտորի շատ ավելի բարդ կոնֆիգուրացիա (նկ. 2, բ), ստեղծվել է պոլոիդային մագնիսական պարույրներով։ դաշտերը. Այս կծիկները անհրաժեշտ են նույնիսկ կլոր կտրվածքով պլազմայի համար. դրանց օգնությամբ ստեղծվում է ուղղահայաց մագնիսական բաղադրիչը։ դաշտերը, եզրերը հիմնականի հետ շփվելիս: պլազմային հոսանքը թույլ չի տալիս, որ պլազմային կծիկը մեծ շառավիղի ուղղությամբ նետվի պատին: Դիվերտորի կոնֆիգուրացիայում, պոլոիդային մագնիսի պտույտները: դաշտերը տեղակայված են այնպես, որ պլազմայի խաչմերուկը երկարաձգվի ուղղահայաց ուղղությամբ: Միեւնույն ժամանակ, փակ մագնիսական մակերեսները պահպանվում են միայն ներսում, դրսում նրա ուժային գծերը գնում են դիվերտորային խցիկների ներսում, որտեղ հիմնականից հոսող պլազմայի հոսքերը չեզոքացվում են։ ծավալը։ Դիվերտորային խցերում հնարավոր է մեղմացնել բեռը պլազմայից դիվերտորային թիթեղների վրա հավելման շնորհիվ: պլազմայի սառեցում ատոմային փոխազդեցության ժամանակ:

Բրինձ. 2. Պլազմայի խաչմերուկ շրջանաձև խաչմերուկով ( Ա) և ուղղահայաց երկարացված՝ դիվերտորի կոնֆիգուրացիա ձևավորելու համար ( 6): 1-պլազմա; 2- սահմանափակող; 3 - պալատի պատը; 4 - տարանջատում; 5-դիվերտոր խցիկ; 6 - դիվերտոր ափսեներ.

Tokamak ռեակտոր. Գլ. Տ–ի կայանքների վերաբերյալ հետազոտությունների նպատակն է տիրապետել մագնիսական հասկացությանը։ Պլազմային պարունակություն արարածների համար fusion ռեակտոր. T.-ի վրա հնարավոր է ստեղծել կայուն բարձր ջերմաստիճանի պլազմա՝ ջերմամիջուկային ռեակտորի համար բավարար ջերմաստիճանով և խտությամբ. սահմանվել են օրենքներ պլազմայի ջերմամեկուսացման համար. տիրապետում են հոսանքի պահպանման և կեղտերի մակարդակը վերահսկելու մեթոդներին։ Տ–ի վրա աշխատանքը շարժվում է զուտ ֆիզիկական փուլից։ հետազոտություն փորձերի ստեղծման փուլում։ .

Լիտ.: Artsimovich L. A., Կառավարվող, 2-րդ հրատ., Մ., 1963; Լուկյանով Ս. Յու., Տաք պլազմա և վերահսկվող միջուկային միաձուլում, Մ., 1975; Կադոմցև Բ.Վ., Տոկամակ պլազմա բարդ ֆիզիկական համակարգ, Լ., 1992 թ. Բ.Բ.Կադոմցև.

Tokamak-ը (մագնիսական պարույրներով տորոիդային խցիկ) պլազմայի մագնիսական սահմանափակման համար նախատեսված շրջագծային սարքավորում է՝ վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլման համար անհրաժեշտ պայմաններին հասնելու համար: Պլազման տոկամակի մեջ պահվում է ոչ թե խցիկի պատերով, որոնք կարող են դիմակայել դրա ջերմաստիճանին միայն մինչև որոշակի սահմանաչափ, այլ հատուկ ստեղծված մագնիսական դաշտով։ Համեմատած այլ կայանքների հետ, որոնք օգտագործում են մագնիսական դաշտ՝ պլազմայի սահմանափակման համար, tokamak-ի առանձնահատկությունը պլազմայի միջով հոսող էլեկտրական հոսանքի օգտագործումն է՝ ստեղծելու պոլոիդային դաշտ, որն անհրաժեշտ է սեղմելու, տաքացնելու և պլազմայի հավասարակշռությունը պահպանելու համար: Սա, մասնավորապես, տարբերվում է աստղային սարքից, որն այլընտրանքային սահմանափակման սխեմաներից մեկն է, որտեղ և՛ պտույտային, և՛ պոլոիդային դաշտերը ստեղծվում են մագնիսական պարույրների միջոցով: Բայց քանի որ պլազմային թելիկը անկայուն հավասարակշռության օրինակ է, tokamak նախագիծը դեռ չի իրականացվել և գտնվում է տեղադրումը բարդացնելու չափազանց թանկ փորձերի փուլում:

Հարկ է նաև նշել, որ ի տարբերություն տրոհվող ռեակտորների (որոնցից յուրաքանչյուրն ի սկզբանե նախագծվել և մշակվել է առանձին սեփական երկրներում), tokamak-ը ներկայումս համատեղ մշակվում է ITER միջազգային գիտական նախագծի շրջանակներում։

Tokamak մագնիսական դաշտ և հոսք:

Պատմություն

ԽՍՀՄ փոստային նամականիշ, 1987 թ.

Արդյունաբերական նպատակներով վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլման օգտագործման առաջարկը և էլեկտրական դաշտով բարձր ջերմաստիճանի պլազմայի ջերմամեկուսացումը օգտագործող հատուկ սխեման առաջին անգամ ձևակերպվել է խորհրդային ֆիզիկոս Օ.Ա. Լավրենտևի կողմից 1950-ականների կեսերին աշխատության մեջ: Այս աշխատանքը ծառայեց որպես կատալիզատոր կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման խնդրի վերաբերյալ խորհրդային հետազոտությունների համար։ Սախարովը և Ի.Է.Թամմը 1951 թվականին առաջարկեցին փոփոխել սխեման՝ առաջարկելով տեսական հիմք ջերմամիջուկային ռեակտորի համար, որտեղ պլազման կունենա տորուսի ձև և կպարունակվի մագնիսական դաշտով։

«Տոկամակ» տերմինը հետագայում ստեղծվել է ակադեմիկոս Կուրչատովի աշակերտ Իգոր Նիկոլաևիչ Գոլովինի կողմից։ Սկզբում այն հնչում էր որպես «tokamag»՝ «տորոիդային մագնիսական խցիկ» բառերի հապավումը, սակայն Ն.Ա. Յավլինսկին, առաջին տորոիդային համակարգի հեղինակը, առաջարկեց «-mag»-ը փոխարինել «-mac»-ով՝ էյֆոնիայի համար: Հետագայում այս անունը փոխառվել է բազմաթիվ լեզուներով։

Առաջին թոքամակը կառուցվել է 1955 թվականին, և երկար ժամանակ թոքամակները գոյություն են ունեցել միայն ԽՍՀՄ-ում։ Միայն 1968 թվականից հետո, երբ ատոմային էներգիայի ինստիտուտում կառուցված T-3 tokamak-ի վրա։ Կուրչատովը, ակադեմիկոս Լ.Ա.Արսիմովիչի ղեկավարությամբ, հասավ 10 միլիոն աստիճանի պլազմայի ջերմաստիճան, և անգլիացի գիտնականներն իրենց սարքավորումներով հաստատեցին այս փաստը, որին սկզբում հրաժարվեցին հավատալ, աշխարհում սկսվեց իսկական տոկամակի բում: 1973 թվականից պլազմայի ֆիզիկայի հետազոտական ծրագիրը tokamaks- ի վրա ղեկավարում էր Բորիս Բորիսովիչ Կադոմցևը:

Ներկայումս tokamak-ը համարվում է կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման իրականացման ամենահեռանկարային սարքը։

Սարք

Տոկամակը տորոիդային վակուումային խցիկ է, որի վրա պարույրներ են փաթաթվում՝ ստեղծելու տորոիդային մագնիսական դաշտ: Օդը սկզբում դուրս է մղվում վակուումային խցիկից, ապա լցվում դեյտերիումի և տրիտիումի խառնուրդով։ Այնուհետև, օգտագործելով ինդուկտոր, խցիկում ստեղծվում է պտտվող էլեկտրական դաշտ։ Ինդուկտորը մեծ տրանսֆորմատորի առաջնային ոլորուն է, որի մեջ տոկամակի խցիկը երկրորդական ոլորուն է: Էլեկտրական դաշտը հանգեցնում է հոսանքի հոսքի և պլազմայի խցիկի բռնկմանը:

Պլազմայի միջով հոսող հոսանքը կատարում է երկու խնդիր.

տաքացնում է պլազման այնպես, ինչպես ցանկացած այլ հաղորդիչ (օմիկ ջեռուցում);

ստեղծում է մագնիսական դաշտ իր շուրջը. Այս մագնիսական դաշտը կոչվում է պոլոիդային (այսինքն ուղղված է գնդաձև կոորդինատային համակարգի բևեռներով անցնող գծերի երկայնքով):

Մագնիսական դաշտը սեղմում է պլազմայի միջով անցնող հոսանքը: Արդյունքում ձևավորվում է կոնֆիգուրացիա, որի դեպքում պարուրաձև մագնիսական դաշտի գծերը «ոլորում են» պլազմային լարը: Այս դեպքում պտույտի ուղղությամբ կատարվող քայլը չի համընկնում պոլոիդային ուղղությամբ կատարվող քայլի հետ։ Պարզվում է, որ մագնիսական գծերը չփակված են, դրանք պտտվում են տորուսի շուրջը անսահման շատ անգամներ՝ ձևավորելով այսպես կոչված «մագնիսական մակերեսները» տորոիդային ձևով։

Պոլոիդային դաշտի առկայությունը անհրաժեշտ է նման համակարգում կայուն պլազմայի սահմանափակման համար։ Քանի որ այն ստեղծվում է ինդուկտորում հոսանքը մեծացնելով, և այն չի կարող անվերջ լինել, դասական տոկամակում պլազմայի կայուն գոյության ժամանակը սահմանափակ է։ Այս սահմանափակումը հաղթահարելու համար մշակվել են հոսանքի պահպանման լրացուցիչ մեթոդներ: Այդ նպատակով կարող են օգտագործվել արագացված չեզոք դեյտերիումի կամ տրիտիումի ատոմների կամ միկրոալիքային ճառագայթման ներարկում պլազմայի մեջ։

Բացի toroidal coils-ից, պլազմային լարը կառավարելու համար անհրաժեշտ են լրացուցիչ պոլոիդային դաշտային պարույրներ: Դրանք օղակաձև պտույտներ են թոքամակի խցիկի ուղղահայաց առանցքի շուրջ։

Ընթացքի հոսքի շնորհիվ միայն ջեռուցումը բավարար չէ պլազման ջերմացնելու համար ջերմամիջուկային ռեակցիայի համար անհրաժեշտ ջերմաստիճանը: Լրացուցիչ ջեռուցման համար միկրոալիքային ճառագայթումը օգտագործվում է այսպես կոչված ռեզոնանսային հաճախականություններում (օրինակ՝ համընկնում է էլեկտրոնների կամ իոնների ցիկլոտրոնային հաճախականության հետ) կամ արագ չեզոք ատոմների ներարկումով։

Տոկամակները և դրանց բնութագրերը

Ընդհանուր առմամբ աշխարհում կառուցվել է մոտ 300 թոքամաք։ Դրանցից ամենամեծերը թվարկված են ստորև:

ԽՍՀՄ և Ռուսաստան

T-3-ը առաջին ֆունկցիոնալ սարքն է։

T-4 - T-3-ի ընդլայնված տարբերակը

T-7-ը եզակի ինստալացիա է, որտեղ աշխարհում առաջին անգամ ներդրվել է համեմատաբար մեծ մագնիսական համակարգ՝ գերհաղորդիչ սոլենոիդով, որը հիմնված է հեղուկ հելիումով սառեցված անագի նիոբատի վրա։ Կատարվեց T-7-ի հիմնական խնդիրը. պատրաստվեց ջերմամիջուկային էներգիայի գերհաղորդիչ էլեկտրամագնիսների հաջորդ սերնդի հեռանկարը։

T-10-ը և PLT-ն համաշխարհային ջերմամիջուկային հետազոտությունների հաջորդ քայլն են, դրանք գրեթե նույն չափի են, հավասար հզորությամբ, նույն սահմանափակման գործակցով: Իսկ ստացված արդյունքները նույնական են՝ երկու ռեակտորներում էլ ջերմամիջուկային միաձուլման ջերմաստիճանը հասել է, իսկ Լուսոնի չափանիշի ուշացումը եղել է 200 անգամ։

T-15-ը ժամանակակից ռեակտոր է գերհաղորդիչ սոլենոիդով, որը տալիս է 3,6 Տեսլա ինդուկցիոն դաշտ:

Չինաստան

EAST - գտնվում է Անհույ նահանգի Հեֆեյ քաղաքում: Բոցավառման մակարդակի Lawson չափանիշը գերազանցվել է tokamak-ում, էներգիայի թողարկման գործակիցը եղել է 1,25:

7 միլիարդ տենգե երկրի բյուջեից՝ ներդրված շինարարության մեջ, և 6 տարի հարկադիր պարապուրդ՝ ֆինանսավորման աղբյուրների որոնման համար։ Ղազախական նյութագիտության tokamak նախագիծը փակման եզրին էր։ Սակայն իրավիճակը արմատապես փոխվել է միջազգային համագործակցության նոր ուղղությունների շնորհիվ։ Լրագրող Գրիգորի Բեդենկոն այցելել է Կուրչատովին և հատուկ Infromburo.kz-ի համար պատրաստել զեկույց վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլման ոլորտում հետազոտությունների հեռանկարների մասին։

Մի փոքր պատմություն

20-րդ դարի կեսերին աշխարհի ամենազարգացած երկրները շատ արագ յուրացրին ատոմային էներգիան և սովորեցին այն օգտագործել ինչպես ռազմական զենքի ծրագրերում, այնպես էլ խաղաղ նպատակներով մեծ քանակությամբ ջերմային և էլեկտրական էներգիա արտադրելու համար։ Այնուամենայնիվ, ատոմային միջուկի վերահսկվող քայքայման գործընթացը, պարզվեց, չափազանց վտանգավոր է շրջակա միջավայրի համար։ Ատոմակայաններում տեղի ունեցած վթարները և բարձր մակարդակի թափոնների հեռացման ահռելի խնդիրը զրկել են այս տեսակի էներգիայից իր հեռանկարից։ Այնուհետև, դարի կեսերին, գիտնականները ենթադրեցին, որ վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլումը կարող է այլընտրանք լինել: Փորձագետներն առաջարկեցին կրկնել երկրային պայմաններում աստղերի խորքերում տեղի ունեցող գործընթացները և սովորել ոչ միայն կառավարել դրանք, այլև էներգիա ստանալ քաղաքակրթության գոյության համար անհրաժեշտ քանակությամբ: Ինչպես հայտնի է, ջերմամիջուկային միաձուլումը հիմնված է թեթեւ ջրածնի միջուկների միաձուլման սկզբունքի վրա՝ ավելի ծանր միջուկների՝ հելիումի առաջացմամբ։ Այս դեպքում շատ ավելի շատ էներգիա է ազատվում, քան հակառակ գործընթացի ժամանակ, երբ ծանր տարրերի միջուկները բաժանվում են ավելի թեթևների՝ հսկայական էներգիայի արտազատմամբ և պարբերական համակարգի տարբեր տարրերի իզոտոպների ձևավորմամբ։ Ջերմամիջուկային ռեակտորներում չկան վնասակար ազդեցություններ կամ արտադրական վտանգավոր թափոններ:

ITER միջազգային փորձարարական ջերմամիջուկային ռեակտորի դիագրամ

Հետաքրքիր է, որ ջերմամիջուկային միաձուլման գործընթացը ինքնին բավականին հեշտությամբ վերստեղծվեց զենքի ծրագրերի համար, բայց խաղաղ էներգետիկ նախագծերի զարգացումը գրեթե անհնարին խնդիր էր: Ջրածնային ռումբի համար գլխավորը, ըստ էության, միաձուլման գործընթաց սկսելն է, որը տեղի է ունենում նանովայրկյաններում: Սակայն ուժային ջերմամիջուկային ռեակտորը պահանջում է հատուկ պայմաններ։ Էներգիա ստանալու համար անհրաժեշտ է որոշակի ժամանակահատվածում բարձր ջերմաստիճանի պլազման պահել կառավարվող վիճակում՝ այն տաքացվում է 10-ից 30 մլն Ցելսիուս աստիճանով։ Նման պլազմայի սահմանափակմամբ ֆիզիկական պայմաններ են ստեղծվում թեթև դեյտերիումի և տրիտիումի միջուկները ծանր միջուկների միաձուլման համար։ Ավելին, ավելի շատ էներգիա պետք է թողարկվի, քան ծախսվում է պլազմայի ջեռուցման և սահմանափակման վրա: Ենթադրվում է, որ վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլմամբ մեկ իմպուլսը դրական էներգիայի արտանետման գործակիցով պետք է տևի առնվազն 500 վայրկյան: Բայց նման ժամանակի և նման ջերմաստիճանի դեպքում խոստումնալից ռեակտորի ոչ մի կառուցվածքային նյութ դրան չի դիմանա։ Այն ուղղակի գոլորշիանալու է։ Իսկ ամբողջ աշխարհի գիտնականները ավելի քան կես դար պայքարում են նյութագիտության խնդրի հետ գրեթե անօգուտ:

Պլազմա ստացված է Ղազախստանի նյութագիտության tokamak-ում / Ղազախստանի Հանրապետության Ազգային միջուկային կենտրոնի ատոմային էներգիայի ինստիտուտի կողմից տրամադրված նյութեր

Նյութերը տրամադրվել են Ատոմային էներգիայի ինստիտուտի NNC RK

Այս խիստ դանդաղաշարժ տեսանյութը ցույց է տալիս պլազմայի ձևավորումը ղազախական տոկամակում (նյութերը տրամադրվել են Ղազախստանի Հանրապետության ազգային միջուկային կենտրոնի ատոմային էներգիայի ինստիտուտի կողմից)

Պլազմայի ձևավորումը CFT-ում

Որոնք են tokamak-ը և stellarator-ը:

Հապավումը ռուսերեն է, քանի որ առաջին տեղադրումը մշակվել է Խորհրդային Միությունում։ Տոկամակը մագնիսական պարույրներով տորոիդային խցիկ է։ Տորուսը եռաչափ երկրաչափական պատկեր է (պարզ բառերով բլիթների ձևով), իսկ տորոիդը բարակ մետաղալար է, որը փաթաթված է տորուսաձև շրջանակի շուրջը։ Այսպիսով, տեղադրման մեջ բարձր ջերմաստիճանի պլազման ձևավորվում և պահպանվում է տորուսի տեսքով: Այս դեպքում տոկամակի հիմնական սկզբունքն այն է, որ պլազման չի փոխազդում խցիկի պատերի հետ, այլ կախված է տարածության մեջ, ասես, գերհզոր մագնիսական դաշտով պահվող: Պլազմայի ջերմամեկուսացման սխեման և արդյունաբերական նպատակներով նման կայանքների օգտագործման եղանակն առաջին անգամ առաջարկվել է խորհրդային ֆիզիկոս Օլեգ Ալեքսանդրովիչ Լավրենտևի կողմից։ Առաջին թոքամակը կառուցվել է 1954 թվականին և երկար ժամանակ գոյություն է ունեցել միայն ԽՍՀՄ-ում։ Մինչ օրս աշխարհում կառուցվել է մոտ երկու հարյուր նմանատիպ սարք։ Ներկայումս Ռուսաստանում, ԱՄՆ-ում, Ճապոնիայում, Չինաստանում և Եվրամիությունում գործում են կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման ուսումնասիրման տորոիդային խցիկներ։ Այս ոլորտում ամենամեծ միջազգային նախագիծը ITER-ն է (այդ մասին ավելի ուշ): Ղազախստանում նյութագիտության տոկամակի կառուցման նախաձեռնողը ռուսական Կուրչատովի ինստիտուտի ղեկավար, ակադեմիկոս Եվգենի Պավլովիչ Վելիխովն էր։ 1975 թվականից ղեկավարել է Սովետական վերահսկվող միաձուլման ռեակտորի ծրագիրը։ Նախկին Սեմիպալատինսկի միջուկային փորձադաշտում օբյեկտ կառուցելու գաղափարն առաջացել է 1998 թվականին, երբ Վելիխովը հանդիպեց Ղազախստանի Հանրապետության նախագահ Նուրսուլթան Նազարբաևին։

Պլազմայի մեկուսացման սխեման աստղային սարքում / Նյութերը տրամադրվել են Ատոմային էներգիայի ինստիտուտի NNC RK-ի կողմից

Աստղացուցիչը կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլում իրականացնելու համար տոկամակին ռեակտորների այլընտրանքային տեսակ է։ Հնարել է ամերիկացի աստղաֆիզիկոս Լայման Սփիցերը 1950 թվականին։ Անունը ծագել է լատիներեն stella (աստղ) բառից, որը ցույց է տալիս աստղերի ներսում և տեխնածին ինստալացիայի գործընթացների նմանությունը։ Հիմնական տարբերությունն այն է, որ խցիկի ներքին պատերից պլազմայի մեկուսացման մագնիսական դաշտն ամբողջությամբ ստեղծվում է արտաքին կծիկներով, ինչը թույլ է տալիս այն օգտագործել շարունակական ռեժիմով։ Աստղացուցչի պլազման ձևավորվում է «ճմրթված բլիթի» տեսքով և, ասես, պտտվում է։ Այսօր աստղային հետազոտողներ կան Ռուսաստանում, Ուկրաինայում, Գերմանիայում և Ճապոնիայում։ Ավելին, վերջերս Գերմանիայում գործարկվեց աշխարհի ամենամեծ աստղային սարքը՝ Wendelstein 7-X (W7-X):

Ղազախստանի նյութագիտություն tokamak / Գրիգորի Բեդենկո

Սրանք բոլորը հետազոտական օբյեկտներ են»,- ասում է KTM նախագծի գիտական խմբի ղեկավարը։Stellarator-ը տարբերվում է իր մագնիսական դաշտի կազմաձևով։ Թոքամակում պլազման պարունակելու համար օգտագործվում են այսպես կոչված տորոիդային ոլորուն և պոլոիդային արտաքին ոլորուն: Բայց աստղային սարքում հակառակն է՝ պարույրի մեջ ոլորուն վերք կա, որը կատարում է ինչպես տորոիդային, այնպես էլ պոլոիդային ֆունկցիաներ: Տոկամակը սկզբում իմպուլսային ինստալացիա է, իսկ աստղագուշակը ավելի անշարժ ինստալացիա է, այսինքն՝ ոլորված ոլորման առավելությունը թույլ է տալիս անվերջ պահել պլազման։ Stellarators-ը մշակվել է միաժամանակ tokamaks-ի հետ, իսկ մի ժամանակ tokamaks-ն առաջատար դիրք է գրավել պլազմային պարամետրերով։ Ամբողջ աշխարհում սկսվել է թոքամաքների «երթը». Բայց, այնուամենայնիվ, աստղագուշակները զարգանում են։ Դրանք հասանելի են Ճապոնիայում, դրանք վերջերս են կառուցվել Գերմանիայում՝ շահագործման է հանձնվել Wendelstein 7-X (W7-X): ԱՄՆ-ում կա աստղագուշակ. Բացի այդ, կան հսկայական քանակությամբ բոլոր տեսակի հետազոտական կայանքները մասամբ մագնիսական պլազմայի սահմանափակմամբ. դրանք տարբեր թակարդներ են: Գոյություն ունի նաև իներցիոն ջերմամիջուկային միաձուլում, երբ փոքր թիրախը տաքացվում է լազերային ճառագայթման միջոցով։ Սա այնքան փոքր ջերմամիջուկային պայթյուն է։

Տեղադրման վերին մասի միավորներ և հավաքներ / Գրիգորի Բեդենկո

Եվ այնուամենայնիվ, tokamak-ն այսօր համարվում է ամենահեռանկարայինը՝ որպես արդյունաբերական ջերմամիջուկային ռեակտոր։

Տեխնոլոգիական շենք, որտեղ գտնվում է KTM / Գրիգորի Բեդենկո

Tokamak Ղազախստանում

Ղազախստանի տեղադրումը կառուցվել է մինչև 2010 թվականը հատուկ նշանակված վայրում՝ նախկին Սեմիպալատինսկի փորձադաշտի վարչական գոտում՝ Կուրչատով քաղաքում: Համալիրը բաղկացած է մի քանի տեխնոլոգիական շենքերից, որտեղ տեղակայված են tokamak-ի բաղադրիչներն ու հավաքները, ինչպես նաև արհեստանոցներ, տվյալների մշակման սենյակներ, անձնակազմի տեղավորում և այլն: Նախագիծը մշակվել է Ռուսաստանում՝ Ջերմամիջուկային հետազոտությունների ազգային կենտրոնի (Կուրչատովի ինստիտուտ) հիման վրա։ Վակուումային խցիկը, մագնիսական պարույրները և այլն նախագծվել և հավաքվել են Էլեկտրաֆիզիկական սարքավորումների գիտահետազոտական ինստիտուտում: Դ.Վ. Էվրեմով (Հետազոտական ինստիտուտ EFA), ավտոմատացում՝ Տոմսկի պոլիտեխնիկական ինստիտուտում։ Ռուսական կողմից նախագծի մասնակիցներն էին նաև հոսանքների համառուսաստանյան ինստիտուտը (NII TVCH), TRINITI (Տրոիցկի նորարարական և ջերմամիջուկային հետազոտությունների ինստիտուտ): Ղազախստանից գլխավոր դիզայները եղել է Promenergoproekt LLP-ն, իսկ Kazelektromontazh UPC համալիրը ուղղակիորեն տեղադրվել է: Ամբողջ աշխատանքն ավարտելուց հետո CTM-ը գործարկվեց և արտադրեց առաջին պլազման: Այնուհետև նախագծի ֆինանսավորումը դադարեցվեց, և թոքամակը վերածվեց թանկարժեք բարձր տեխնոլոգիական զբոսաշրջության վայրի վեց երկար տարիներ շարունակ:

KTM / Grigory Bedenko-ի վերազինման սարքավորումների տեղադրում

KTM-ի երկրորդ կյանքը

Նախագիծը վերագործարկվել է Աստանայում EXPO 2017-ի նախօրեին: Այն լիովին համապատասխանում էր ապագայի էներգիային նվիրված Համաշխարհային ցուցահանդեսի հայեցակարգին: Հունիսի 9-ին մեծ թվով լրագրողների ներկայությամբ վերագործարկվեց տեղադրումը։ Գործարկմանը ներկա են գտնվել ռուս մշակողները։ Ինչպես նշվեց արարողության ժամանակ, ֆիզիկական գործարկման առաջին փուլի նպատակը ստանդարտ KTM համակարգերի վրիպազերծումն ու փորձարկումն է։ Նաև, ըստ Ղազախստանի Հանրապետության ազգային միջուկային կենտրոնի ղեկավար Էրլան Բատիրբեկովի, ղազախական tokamak-ի հիման վրա տարբեր երկրների գիտնականները կկարողանան իրականացնել հետազոտությունների լայն շրջանակ, ներառյալ առկա արդյունաբերական ռեակտորների արդիականացումը:

AC փոխարկիչը KTM-ի համար ունի ֆուտուրիստական տեսք / Գրիգորի Բեդենկո

Հետո իրավիճակը զարգացավ էլ ավելի բարենպաստ ուղղությամբ։ Աստանայում նախարարական համաժողովի և VIII միջազգային էներգետիկ ֆորումի ընթացքում Ղազախստանը պաշտոնական հրավեր ստացավ դառնալու ITER միջազգային կազմակերպության ասոցացված անդամ: Միջազգային ջերմամիջուկային փորձարարական ռեակտորը ստեղծվում է մի խումբ երկրների կողմից՝ ցուցադրելու ջերմամիջուկային էներգիայի կոմերցիոն օգտագործման հնարավորությունը, ինչպես նաև լուծելու այս ոլորտում ֆիզիկական և տեխնոլոգիական խնդիրները։ Ըստ էության, ITER-ը հսկայական և շատ բարդ տոկամակ է։ Նախագծին մասնակցում են Եվրամիության երկրները, Հնդկաստանը, Չինաստանը, Հարավային Կորեան, Ռուսաստանը, ԱՄՆ-ը, Ճապոնիան և այժմ մեր երկիրը։ Ղազախստանից թեմայի շուրջ հետազոտություններ կիրականացնեն Ազգային միջուկային կենտրոնի, Ղազախստանի ազգային համալսարանի Փորձարարական և տեսական ֆիզիկայի գիտահետազոտական ինստիտուտի մասնագետները։ Ալ-Ֆարաբի, Միջուկային ֆիզիկայի ինստիտուտ, Ուլբա մետալուրգիական գործարան, KazNIPIEnergoprom և Kazelektromash: ITER-ը կստեղծվի Ֆրանսիայում՝ Մարսելից 60 կիլոմետր հեռավորության վրա։ Ներկայում նախագծի արժեքը գնահատվում է 19 միլիարդ եվրո։ Տեղադրման մեկնարկը նախատեսված է 2025 թվականին։

Բաուրժան Չեկտիբաև / Գրիգորի Բեդենկո

Բաուրժան Չեկտիբաև, CT նախագծի գիտական խմբի ղեկավարՄ

Հունիսի 10-ին ITER-ի և KTM-ի միջև համատեղ հետազոտությունների վերաբերյալ հուշագիր է կնքվել։ Այս համաձայնագրի շրջանակներում ներկայումս պատրաստվում է ITER միջազգային կազմակերպության հետ փոխգործակցության նախագիծ։ Նրանք հետաքրքրված են մեր տեղադրմամբ: ITER նախագիծն ինքնին նույնպես պարզ չէ, կա նյութերի խնդիր։ Ծրագրի շրջանակներում կուսումնասիրենք վոլֆրամը և բերիլիումը: ITER-ի որոշ բաղադրիչներ և մասեր կպատրաստվեն այս նյութից: Մենք նրանց կներկայացնենք: ITER ռեակտորի ամբողջ առաջին պատը երեսպատված կլինի վոլֆրամի և բերիլիումի սալիկներով: Վակուումային խցիկը ինքնին բաղկացած է շեղիչից, որի մեջ հոսում է պլազմա, այնտեղ ամենաինտենսիվ տեղն է՝ 20 ՄՎտ մեկ քառակուսի մետրի համար։ Վոլֆրամ կլինի: Առաջին պատի մնացած մասը կնճռոտվի բերիլիումով։

KTM-ը տեխնոլոգիական տեսանկյունից շատ բարդ համակարգ է / Գրիգորի Բեդենկո

- Ինչու՞ ներսITERայդքան հետաքրքրված է մեր tokamak?

Բացի նյութագիտությունից, մեր տեղադրման խնդիրն է ուսումնասիրել պլազմայի ֆիզիկան: CTM-ը եզակի է կողմերի հարաբերակցության առումով: Նման պարամետր կա, տոկամակների համար գլխավորներից մեկը՝ առանցքից պլազմայի կենտրոնին մեծ շառավիղի հարաբերակցությունը փոքրին, այսինքն՝ պլազմային առանցքից մինչև դրա եզրերը։ Մեզ համար այս պարամետրը հավասար է երկուսի։ Նույն ITER-ում՝ 3.1. Բոլոր տոկամակները, որոնք 3-ից ավելի են, դասական են։ Գոյություն ունի տոկամակների ժամանակակից ուղղություն. սրանք գնդաձև թոքամակներ են, որոնցում կողմի հարաբերակցությունը 2-ից պակաս է` մեկուկես և նույնիսկ ավելի ցածր, սրանք սառը, գրեթե գնդաձև խցիկներ են: Մեր թոքամակը գտնվում է, ասես, սահմանային դիրքում՝ դասական և գնդաձև թոքամակների միջև։ Նման ինստալացիաներ դեռ չեն եղել, և այստեղ, կարծում եմ, հետաքրքիր հետազոտություններ կանցկացվեն պլազմայի վարքագծի վերաբերյալ։ Նման կայանքները համարվում են հիբրիդային ապագա ռեակտորներ կամ ծավալային նեյտրոնային աղբյուրներ:

KTM վակուումային խցիկի ստորին հատվածը / Լուսանկարը ՝ Գրիգորի Բեդենկոյի

-Որքան խոստումնալից է համագործակցությունըITER?Արդյո՞ք դա կփրկի նախագիծը:

2010 թվականին փորձնական մեկնարկ եղավ՝ օգտագործելով այն սարքավորումներն ու պատրաստակամությունը, որն այն ժամանակ կար։ Խնդիրն էր ցույց տալ, որ տեղադրումը «շնչում է» և ունակ է աշխատել։ Նույն տասներորդ տարում մեր ֆինանսավորումը սպառվեց։ Հետո վեց տարի անգործություն եղավ։ Այս ամբողջ ընթացքում մենք պայքարում էինք բյուջեի համար։ Այն նախկինում հաստատվել էր 2006 թվականին և պետք է ամբողջությամբ վերանայվեր: Մեր սարքավորումների մոտ 80%-ը արտասահմանյան է, և համաշխարհային ֆինանսական համակարգում հայտնի իրադարձությունների համատեքստում հաստատությունը զգալիորեն թանկացել է, քան ի սկզբանե նախատեսված էր: 2016 թվականին ծրագրի բյուջեի ճշգրտումից հետո լրացուցիչ ֆինանսավորում է հատկացվել։ Տեղադրումն արդեն Ղազախստանի բյուջեին արժեցել է 7 միլիարդ տենգե։ Սա ներառում է շինարարական և տեղադրման աշխատանքներ, վակուումային խցիկի և էլեկտրամագնիսական համակարգի արտադրություն:

Հետազոտողները պետք է լինեն բոլոր արհեստների ջոկերը / Գրիգորի Բեդենկո

-Ի՞նչ է կատարվում հիմա: Հունիսին եղել է փորձնական փուլ:

Այժմ KTM-ի ստեղծումը վերջնական փուլում է։ Ներկայումս ընթացքի մեջ է հիմնական և օժանդակ համակարգերի տեղադրումն ու գործարկումը։ Մրցույթում շահած գլխավոր կապալառուի հետ պայմանագիր ենք կնքել։ Երկու ընկերություն կա, մեկը զբաղվում է շինմոնտաժային աշխատանքներով, երկրորդը՝ գործարկմամբ։ «KazIntelgroup»-ը զբաղվում է շինմոնտաժային աշխատանքներով, «Quality Guarantor XXI Century»-ն՝ գործարկումով։ Կառույցի շինարարությունը նախատեսվում է ավարտել այս տարի։ Այնուհետեւ, մինչեւ տարեվերջ, տեղի կունենա ֆիզիկական մեկնարկ։ 2018 թվականին տեղադրումը շահագործման կհանձնվի եւ կսկսվեն լայնամասշտաբ փորձարկումներ։ 3 տարվա ընթացքում մենք նախատեսում ենք հասնել նախագծման անվանական պարամետրերին, որոնք ներառված են տեղադրման մեջ, այնուհետև հետագայում ուսումնասիրել նյութերը:

Որոշ տեղերում KTM-ն այլմոլորակայինների նավ է հիշեցնում / Լուսանկարը՝ Գրիգորի Բեդենկոյի

- Ինչպե՞ս եք վերաբերվում աշխատակիցների ընտրությանը:

Երիտասարդ մասնագետների մեծ մասը Ղազախստանի բուհերի շրջանավարտներ են՝ Ուստ-Կամենոգորսկից, Պավլոդարից և Սեմեյից։ Ոմանք ավարտել են ռուսական բուհերը, օրինակ՝ Տոմսկի պոլիտեխնիկական համալսարանը։ Կադրային հարցը սուր է. Նախագծով մոտ 120 հոգի պետք է լինի, 40 հոգի աշխատի, հաջորդ տարի, երբ համալիրը շահագործման կհանձնվի, այդ ժամանակ կլինեն համալրումներ։ Բայց այս ոլորտում մասնագետներ գտնելն առանձին ու բարդ խնդիր է։

Դմիտրի Օլխովիկ, KTM փորձարարական ավտոմատացման համակարգերի բաժնի ղեկավար

CFT-ի առանձնահատկությունն այն է, որ ունի պտտվող-դիվերտեր սարք, այսինքն՝ ուսումնասիրվող բոլոր նյութերը կարող են պտտվել խցիկի ներսում։ Բացի այդ, կա նաև տրանսպորտային դարպասի սարք։ Սա հնարավորություն է տալիս լիցքավորել ուսումնասիրվող նյութերը՝ առանց վակուումային խցիկի ճնշումը սեղմելու: Այլ տեղակայանքների վրա կան որոշակի դժվարություններ. եթե խցիկը ճնշվել է, ապա առնվազն մեկ կամ երկու շաբաթ է անհրաժեշտ՝ այն նորից պատրաստելու նոր գործարկումներին: Մենք կարող ենք հեշտությամբ փոխարինել թեստային նմուշները մեկ արշավում՝ առանց ժամանակ վատնելու դեպրեսիվացման վրա: Սա տեղադրման տնտեսական առավելությունն է:

Նոր սարքավորումների որոշ տեսակներ դեռ օրիգինալ փաթեթավորման մեջ են / Գրիգորի Բեդենկո

-Ինչպե՞ս են իրականացվելու փորձերը։

Նման կայանքներում տարեկան երկու փորձնական արշավ է իրականացվում։ Օրինակ՝ գարնանը քարոզարշավ ենք անցկացնում, հետո ամռանը վերլուծում ենք ստացված տվյալները և պլանավորում հետագա փորձերը։ Երկրորդ քարոզարշավը տեղի է ունենում աշնանը։ Քարոզարշավն ինքնին տևում է երկուից երեք ամիս։ Էլեկտրաէներգիայի միաձուլման ռեակտոր ստեղծելու ճանապարհին երկու հիմնական խնդիր կա. Առաջինը պլազմայի արտադրության և պահպանման տեխնոլոգիայի մշակումն է, երկրորդը՝ նյութերի մշակումն է, որոնք ուղղակիորեն վերաբերում են պլազմային, քանի որ պլազման բարձր ջերմաստիճան է: Էներգիայի հսկայական հոսքերը թռչում են և ազդում նյութի վրա: Նյութն իր հերթին ոչնչացվում և ցրվում է։ Իսկ այդ մասնիկների մուտքը պլազմա չափազանց բացասական ազդեցություն է ունենում։ Պլազման շատ զգայուն է կեղտերի նկատմամբ: Նրանք սառեցնում են պլազման և ի վերջո մարում այն։ Գոյություն ունի նաև կառուցվածքային նյութերի վրա նեյտրոնների ազդեցության թեման։ Մեր tokamak-ը կփորձարկի նյութերը՝ որոշելու դրանց ջերմակայունությունը: Սա նշանակում է, որ դրանք ցողելի չեն և համատեղելի են պլազմայի հետ: Որպես այդպիսի նյութեր կուսումնասիրվեն վոլֆրամը և բերիլիումը։ Մենք կփորձարկենք դրանք, կտեսնենք, թե ինչպես են նրանք իրենց պահում պլազմայի բարձր հոսքերի պայմաններում, ինչպես ITER-ում:

Հսկայական ուժային հոսանքներ օգտագործվում են KTM / Grigory Bedenko-ում

- Ի՞նչ աշխատանքներ են իրականացվում KTM-ի վերազինման ուղղությամբ:

Վակուումային համակարգերի, հովացման համակարգերի տեխնոլոգիական համակարգերի տեղադրում։ Սա շատ բարդ էլեկտրական տեղադրում է: Մագնիսական դաշտ ստանալու համար պետք է մեծ էներգիա վերցնել ցանցից։ Կա էներգիայի փոխակերպման որոշակի համալիր. Իմպուլսային էլեկտրամատակարարման համակարգից սկսած՝ օգտագործվում են բազմաթիվ կրող տրանսֆորմատորներ, և օգտագործվում է տեռիստորային փոխարկիչ համալիր, այսինքն՝ բավականին բարդ համակարգ՝ աշխատանքի, կառավարման առումով, և համակարգը շատ բաշխված է։ Այսինքն՝ այս ամբողջ աշխատանքն այժմ իրականացվում է, էլեկտրամատակարարումները կարգավորվում են։

Աշխատանքը շատ տքնաջան է / Գրիգորի Բեդենկո

Աշխատում է նոր KTM սարքավորումներով

Նման կայանքները աշխատելու համար պահանջում են շատ մեծ քանակությամբ էլեկտրաէներգիա: Արդյո՞ք KTM-ը շատ կսպառի:

Անվանական ռեժիմով աշխատելիս ցանցից էլեկտրաէներգիայի ընդունումը կկազմի մոտ 80-100 ՄՎտ։ Մեկ փորձի համար. Գործում է նաև ստանդարտ լրացուցիչ ջեռուցման համակարգ, որը նույնպես էներգիա է մղելու ցանցից։

Մագնիսական կծիկ էլեկտրամատակարարման համակարգ / Գրիգորի Բեդենկո

Հայտնի է, որ Ղազախստանում բնակչության մի զգալի հատված ունի ռադիոֆոբիա։ Սրանք միջուկային փորձարկումների սոցիալ-հոգեբանական հետեւանքներն են։ Որքանո՞վ անվտանգ կլինի ձեր հետազոտությունը:

Ենթադրվում է, որ վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլումը էկոլոգիապես մաքուր էներգիայի այլընտրանքային աղբյուր է: Չեռնոբիլի, Ֆուկուսիմայի և այլնի նման վթարները պարզապես ֆիզիկապես այստեղ չեն կարող տեղի ունենալ։ Ամենալուրջը, որ կարող է պատահել, վակուումային խցիկի ճնշումն է, որտեղ պլազման է պարունակվում: Այս դեպքում պլազման հանգցվում է, և այդ մի քանի գրամ ջերմամիջուկային վառելիքը, որը գտնվում էր խցիկում, արտահոսում է:

Տեղադրման վերին հատված / Գրիգորի Բեդենկո

Եվ ևս մի քանի հետաքրքիր փաստ նման հետազոտությունների պատմության մեջ խոշորագույն միջազգային նախագծի՝ ITER-ի մասին, որի հետ մեր փորձագետները մեծ հույսեր են կապում։ Ինչպես նշվեց վերևում, ITER-ը միջազգային կազմակերպություն է, որը ներառում է մեկ տասնյակից ավելի երկրներ՝ Ռուսաստան, Ֆրանսիա, Ճապոնիա, Չինաստան, Հնդկաստան, Եվրամիություն, Կանադա և ԱՄՆ: Հետաքրքիր է, որ յուրաքանչյուր երկրի ներդրումը նախագծում կատարվում է պատրաստի արտադրանքի տեսքով: Օրինակ, Ռուսաստանը արտադրում է որոշ կրիոգեն ոլորուններ, որոնք հիմնված են գերհաղորդիչների, ուժային սարքավորումների և այլնի վրա:

Աշխատեք KTM / Գրիգորի Բեդենկոյի վրա էլեկտրամատակարարման համակարգի տեղադրման վրա

ITER-ը դեռ էներգետիկ տեղակայում չէ, այն էներգիա չի տրամադրի։ Սա էներգիայի թողարկմամբ պլազմայի արտադրության իրագործելիության տեխնոլոգիական ցուցադրություն է: ITER-ից հետո, երբ տեխնոլոգիաները մշակվեն, կստեղծվի ցուցադրական ռեակտոր, որն արդեն էներգիա կապահովի։ Դա տեղի կունենա ինչ-որ տեղ 21-րդ դարի 40-50-ական թվականներին։ Այսինքն՝ այս թեմայով հետազոտությունների մեկնարկից 100 տարի անց։

KTM կառավարման սենյակ / Գրիգորի Բեդենկո

ITER նախագիծն ունի շուրջ 500 վայրկյան շարունակական աշխատանք: Իմպուլսային ռեակտոր. Սկզբունքորեն տրամադրվում է մինչև 1000 վրկ. -ինչպես կանցնի? Երբ ընտրվեն բոլոր տեխնոլոգիաները, նյութերն ու դիզայնը հաստատվեն, հաջորդիվ կստեղծվի DEMO-ն: Արդեն որոշվել է, որ այս ռեակտորը կկառուցվի Ճապոնիայում։

KTM միավորներ / Գրիգորի Բեդենկո

Ըստ երևույթին, ուժային ջերմամիջուկային ռեակտորի շահագործման սկզբունքը կլինի հետևյալը. Առաջին տարրը, որը կլանելու է պլազմայի ջերմային էներգիան, իր ներսում ջերմափոխանակման ալիքներ է պարունակում։ Այնուհետև ամեն ինչ նույնն է, ինչ սովորական էլեկտրակայանում՝ ջեռուցելով երկրորդական միացման հովացուցիչ նյութը, պտտելով տուրբինները և արտադրելով էլեկտրական էներգիա:

KTM ռեակտորի սրահի ընդհանուր տեսք / Գրիգորի Բեդենկո

ITER-ի ֆիզիկական գործարկումը տեղի կունենա 2025 թվականին։ Այն շահագործման կհանձնվի 2028 թվականին։ Աշխատանքի արդյունքների հիման վրա դիտարկվում է հիբրիդային ռեակտորների ստեղծման տարբերակը, որտեղ միջուկային վառելիքը բաժանելու համար օգտագործվում են ջերմամիջուկային միաձուլման նեյտրոններ։

առաջացման համար անհրաժեշտ պայմաններին հասնելու համար. Պլազման տոկամակի մեջ պահվում է ոչ թե խցիկի պատերով, որոնք ի վիճակի չեն դիմակայել ջերմամիջուկային ռեակցիաների համար անհրաժեշտ ջերմաստիճանին, այլ հատուկ ստեղծված համակցված մագնիսական դաշտով՝ պլազմայի միջով հոսող հոսանքի տորոիդային արտաքին և պոլոիդային դաշտ։ լարը. Համեմատած այլ կայանքների հետ, որոնք օգտագործում են մագնիսական դաշտ՝ պլազմայի սահմանափակման համար, էլեկտրական հոսանքի օգտագործումը տոկամաքի հիմնական հատկանիշն է: Պլազմայի հոսանքն ապահովում է պլազմայի տաքացումը և վակուումային խցիկում պլազմային թելքի հավասարակշռության պահպանումը։ Այս կերպ, մասնավորապես, tokamak-ը տարբերվում է աստղային սարքից, որը այլընտրանքային սահմանափակման սխեմաներից մեկն է, որտեղ արտաքին մագնիսական պարույրների միջոցով ստեղծվում են և՛ տորոիդային, և՛ պոլոիդային դաշտերը։

Ներկայումս Tokamak ռեակտորը մշակվում է ITER միջազգային գիտական նախագծի շրջանակներում:

Պատմություն

Ներկայումս tokamak-ը համարվում է կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման իրականացման ամենահեռանկարային սարքը։

Սարք

Տոկամակը տորոիդային վակուումային խցիկ է, որի վրա պարույրներ են փաթաթվում՝ ստեղծելու տորոիդային մագնիսական դաշտ: Օդը սկզբում դուրս է մղվում վակուումային խցիկից, ապա լցվում դեյտերիումի և տրիտիումի խառնուրդով։ Այնուհետև օգտագործելով ինդուկտորխցիկում ստեղծվում է պտտվող էլեկտրական դաշտ։ Ինդուկտորը մեծ տրանսֆորմատորի առաջնային ոլորուն է, որի մեջ տոկամակի խցիկը երկրորդական ոլորուն է: Էլեկտրական դաշտը առաջացնում է հոսանքի հոսք և բռնկում պլազմային խցիկում:

Պլազմայի միջով հոսող հոսանքը կատարում է երկու խնդիր.

տաքացնում է պլազման այնպես, ինչպես ցանկացած այլ հաղորդիչ (օմիկ ջեռուցում);
ստեղծում է մագնիսական դաշտ իր շուրջը. Այս մագնիսական դաշտը կոչվում է պոլոիդային(այսինքն, ուղղված է միջով անցնող գծերի երկայնքով բեւեռներգնդաձև կոորդինատային համակարգ):

Պոլոիդային դաշտի առկայությունը անհրաժեշտ է նման համակարգում կայուն պլազմայի սահմանափակման համար։ Քանի որ այն ստեղծվում է ինդուկտորում հոսանքը մեծացնելով, և այն չի կարող անվերջ լինել, դասական տոկամակում պլազմայի կայուն գոյության ժամանակը դեռևս սահմանափակվում է մի քանի վայրկյանով։ Այս սահմանափակումը հաղթահարելու համար մշակվել են հոսանքի պահպանման լրացուցիչ մեթոդներ: Այդ նպատակով կարող է օգտագործվել դեյտերիումի կամ տրիտիումի արագացված չեզոք ատոմների ներարկում կամ միկրոալիքային ճառագայթում պլազմայի մեջ։

Պլազմային լարը կառավարելու համար, բացի տորոիդային պարույրներից, պահանջվում են լրացուցիչներ: պոլոիդային դաշտային պարույրներ. Դրանք օղակաձև պտույտներ են թոքամակի խցիկի ուղղահայաց առանցքի շուրջ։

Տոկամակները և դրանց բնութագրերը

Ընդհանուր առմամբ աշխարհում կառուցվել է մոտ 300 թոքամաք։ Դրանցից ամենամեծերը թվարկված են ստորև:

ԽՍՀՄ և Ռուսաստան

Ղազախստան

Ղազախստանի նյութերի հետազոտման Tokamak-ը (KTM) փորձարարական ջերմամիջուկային կայանք է, որը նախատեսված է նյութերի հետազոտման և փորձարկման համար էներգիայի բեռնվածության ռեժիմներում մոտակայքում:

Ի՞նչ է տոկամակը: Ջերմամիջուկային ռեակտորը մարդկության համար նոր դարաշրջան կբացի. Տեխնոկրատական ​​շարժում Tokamak տեղադրում