Токамак гэж юу вэ? Термоядролын реактор хүн төрөлхтөнд шинэ эрин үеийг нээх болно. Технократ хөдөлгөөн Токамак суурилуулах

Халуун плазмд термоядролын хайлуулах урвалыг хагас суурин горимд гүйцэтгэх төхөөрөмж бөгөөд плазм нь тороид камерт бий болж, соронзон орны нөлөөгөөр тогтворждог. Суурилуулалтын зорилго нь цөмийн энергийг дулаан, дараа нь цахилгаан болгон хувиргах явдал юм. "Токамак" гэдэг үг нь өөрөө "toroidal соронзон камер" гэсэн нэрний товчлол боловч уг суулгацыг бүтээгчид ид шидийн зүйлтэй холбоо тогтоохгүйн тулд төгсгөлд нь "g" -ийг "k" -ээр сольсон.

Хүн атомын энергийг (реактор болон бөмбөгөнд хоёуланд нь) хүнд элементүүдийн цөмийг хөнгөн хэсгүүдэд хуваах замаар олж авдаг. Нэг нуклонд ногдох энерги нь төмрийн хувьд хамгийн их байдаг ("төмрийн максимум" гэж нэрлэгддэг) ба түүнээс хойш дунд хэсэгт дээд тал нь, дараа нь эрчим хүч нь зөвхөн хүнд элементүүдийн задралын үед төдийгүй хөнгөн элементүүдийг нэгтгэх үед ялгарах болно. Энэ процессыг термоядролын нэгдэл гэж нэрлэдэг бөгөөд устөрөгчийн бөмбөг болон хайлуулах реакторт явагддаг. Олон тооны термоядролын урвалууд ба хайлуулах урвалууд байдаг. Эрчим хүчний эх үүсвэр нь хямд түлшний эх үүсвэр байж болох бөгөөд хайлуулах урвалыг эхлүүлэх хоёр үндсэн арга байж болно.

Эхний арга нь "тэсрэх": энергийн нэг хэсэг нь маш бага хэмжээний бодисыг шаардлагатай анхны төлөвт оруулахад зарцуулагдаж, синтезийн урвал явагдаж, ялгарсан энерги нь тохиромжтой хэлбэрт хувирдаг. Үнэндээ энэ бол нэг миллиграмм жинтэй устөрөгчийн бөмбөг юм. Атомын бөмбөгийг анхны эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглах боломжгүй, энэ нь "жижиг" биш юм. Тиймээс миллиметрийн шахмал дейтерий-тритий мөс (эсвэл дейтерий, тритий шахмал хольцтой шилэн бөмбөрцөг) лазерын импульсээр бүх талаас нь цацраг туяагаар цацруулна гэж таамаглаж байсан. Гадаргуу дээрх энергийн нягтрал нь плазм болж хувирсан таблетын дээд давхарга нь дотоод давхаргад үзүүлэх даралт болон таблетын дотоод давхаргын халаалт нь өөрөө хангалттай температурт халааж байх ёстой. синтезийн урвал. Энэ тохиолдолд наносекундэд арван сая градусын температуртай плазм болон хувирсан бодис бие биенээсээ салж амждаггүй, харин таблетны дотор талд дарагдахаар импульс маш богино байх ёстой. Энэхүү дотоод хэсэг нь хатуу биетүүдээс зуу дахин их нягтралтай шахагдаж, зуун сая градус хүртэл халаадаг.

Хоёрдахь арга. Эхлэх бодисыг харьцангуй удаан халааж болно - тэдгээр нь плазм болж хувирах бөгөөд дараа нь урвал эхлэх нөхцлийг бүрдүүлэх хүртэл энергийг ямар ч аргаар оруулж болно. Дейтери ба тритиумын холимогт термоядролын урвал явагдаж эерэг энерги гаргахын тулд (термоядролын урвалын үр дүнд ялгарах энерги нь энэ урвалд зарцуулсан энергиэс их байх үед) плазм үүсгэх шаардлагатай. хамгийн багадаа 10 14 ширхэг/см 3 (10 5 атм.) нягттай, ойролцоогоор 10 9 хэм хүртэл халааж, плазм нь бүрэн ионждог.

Кулоны түлхэлтийг үл харгалзан цөмүүд бие биедээ ойртохын тулд ийм халаалт зайлшгүй шаардлагатай. Эрчим хүчийг олж авахын тулд энэ төлөвийг дор хаяж нэг секундын турш хадгалах ёстойг харуулж болно ("Лоусон шалгуур" гэж нэрлэдэг). Лоусоны шалгуурын илүү нарийвчлалтай томъёолол: концентрацийн бүтээгдэхүүн ба энэ төлөвийг хадгалах хугацаа нь 10 15 см см 3 байх ёстой. Гол асуудал бол плазмын тогтвортой байдал юм: секундын дотор энэ нь олон удаа өргөжиж, тасалгааны хананд хүрч, хөргөх цагтай болно.

2006 онд олон улсын хамтын нийгэмлэг үзүүлэх реакторыг барьж эхэлсэн. Энэ реактор нь жинхэнэ эрчим хүчний эх үүсвэр биш боловч бүх зүйл хэвийн ажиллаж байвал "эрчим хүчний" бүтээн байгуулалтыг эхлүүлэх боломжтой байхаар зохион бүтээгдсэн. эрчим хүчний сүлжээнд оруулах зориулалттай термоядролын реакторууд. Хамгийн том физик төслүүд (хурдасгуур, радио дуран, сансрын станцууд) маш үнэтэй болж байгаа тул хоёр сонголтыг авч үзэх нь хүчин чармайлтаа нэгтгэсэн хүн төрөлхтний хувьд ч боломжгүй болж хувирч байгаа тул сонголт хийх шаардлагатай байна.

Хяналттай термоядролын нэгдлийн ажлын эхлэл нь 1950 онд И.Е.Тамм, А.Д.Сахаров нар халуун плазмын соронзон тусгаарлалтыг ашиглан хяналттай термоядролын хайлалтыг (CTF) хийх боломжтой гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн үеэс эхэлсэн байх ёстой. Эхний шатанд манай улсад ажил Л.А.Арцимовичийн удирдлаган дор Курчатовын дээд сургуульд явагдаж байв. Гол асуудлуудыг плазмын тогтворгүй байдлын асуудал, технологийн асуудал (цэвэр вакуум, цацрагт тэсвэртэй гэх мэт) гэсэн хоёр бүлэгт хувааж болно. 1960-аад онд зөвхөн гүйдэл дамжуулах замаар халаах нь ("ом халаалт") плазмыг хайлуулах температурт хүргэж чадахгүй гэдгийг харуулсан. Плазмын энергийн агууламжийг нэмэгдүүлэх хамгийн байгалийн арга бол хурдан саармаг тоосонцорыг (атом) гаднаас шахах арга юм шиг санагдаж байсан боловч зөвхөн 1970-аад онд шаардлагатай техникийн түвшинд хүрч, форсунк ашиглан бодит туршилтуудыг хийсэн. Өнөө үед богино долгионы мужид тарилга, цахилгаан соронзон цацрагаар төвийг сахисан хэсгүүдийг халаах нь хамгийн ирээдүйтэй гэж тооцогддог. 1988 онд Курчатовын дээд сургууль нь хэт дамжуулагч ороомогтой Т-15 реакторын өмнөх үеийн токамак үйлдвэрлэжээ. 1956 оноос хойш Н.С.Хрущевыг Их Британид айлчлах үеэр И.В.Курчатов эдгээр ажлыг ЗХУ-д хэрэгжүүлж эхэлснийг зарлав. Энэ чиглэлийн ажлыг хэд хэдэн улс хамтран хийж байна. 1988 онд ЗХУ, АНУ, Европын холбоо, Япон улсууд анхны туршилтын токамак реакторыг зохион бүтээж эхэлсэн (суулгацыг Францад барих болно).

Төлөвлөсөн реакторын хэмжээ нь 30 метр диаметртэй, 30 метр өндөртэй. Энэхүү суурилуулалтыг барьж байгуулах хүлээгдэж буй хугацаа нь найман жил, ашиглалтын хугацаа нь 25 жил байна. Суурилуулалтын плазмын хэмжээ ойролцоогоор 850 шоо метр байна. Плазмын гүйдэл 15 мегаампер. Уг суурилуулалтын термоядролын хүч нь 500 мегаватт бөгөөд 400 секундын турш хадгалагддаг. Ирээдүйд энэ хугацааг 3000 секунд хүртэл нэмэгдүүлэхээр төлөвлөж байгаа бөгөөд энэ нь ITER реактор дээр сийвэн дэх термоядролын нэгдлийн ("термоядролын шаталт") физикийн анхны бодит судалгааг хийх боломжтой болно.

Лукьянов С.Ю. Халуун плазм ба хяналттай цөмийн нэгдэл. М., Наука, 1975
Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физикчдэд зориулсан плазмын физик. М., Атомиздат, 1979 он
Хеглер М., Кристиансен М. Controlled Fusion-ийн танилцуулга. М., Мир, 1980
Килин Ж. Хяналттай термоядролын нэгдэл. М., Мир, 1980
Бойко В.И. Хяналттай термоядролын нэгдэл ба инерцийн термоядролын нэгдлийн асуудлууд. Соросын боловсролын сэтгүүл. 1999, дугаар 6

ТОКАМАК("соронзон ороомогтой торойд камер" гэсэн үгнээс товчилсон) - хүчтэй соронз ашиглан өндөр температурыг барих төхөөрөмж. талбайнууд. Т.-ийн санааг 1950 онд академич И.Е.Тамм, А.Д.Сахаров нар илэрхийлсэн; анхны туршилтууд Эдгээр системийн судалгаа 1956 онд эхэлсэн.

Төхөөрөмжийн зарчим нь Зураг дээр тодорхой харагдаж байна. 1. Плазм нь тороид вакуум камерт үүсдэг бөгөөд энэ нь трансформаторын хоёрдогч ороомгийн цорын ганц хаалттай эргэлт болдог. Трансформаторын анхдагч ороомогт цаг хугацааны явцад нэмэгдэж буй гүйдлийг дамжуулах үед 1 вакуум камер дотор 5 эргүүлэгтэй уртааш цахилгаан хүч үүсдэг. талбар. Анхны хий нь тийм ч том биш (ихэвчлэн устөрөгч эсвэл түүний изотопуудыг ашигладаг) үед түүний цахилгаан эрчим хүч үүсдэг. эвдэрч, вакуум камер нь плазмаар дүүрч, дараа нь их хэмжээний уртааш гүйдэл нэмэгддэг. Ip. Орчин үед том T. сийвэн дэх гүйдэл хэд хэдэн. сая ампер. Энэ гүйдэл нь өөрийн полоид (плазмын хөндлөн огтлолын хавтгайд) соронзон орон үүсгэдэг. талбар IN q. Үүнээс гадна плазмыг тогтворжуулахын тулд хүчтэй уртааш соронз хэрэглэдэг. талбар B f, тусгай ашиглан бүтээсэн торойд соронзны ороомог. талбайнууд. Энэ нь тороид ба полоид соронзуудын нэгдэл юм. талбайнууд нь өндөр температурт плазмын тогтвортой хоригийг баталгаажуулдаг (харна уу. Тороид систем), хэрэгжүүлэхэд зайлшгүй шаардлагатай хяналттай термоядролын нэгдэл.

Цагаан будаа. 1. Токамак диаграм: 1 - анхдагч ороомгийн трансформатлагч; 2 - торойд соронзон орны ороомог; 3 - доторлогоо, сийлбэр хийх зориулалттай нимгэн ханатай дотоод камерtoroidal цахилгаан талбайн бууралт; 4 - ороомогки полоид соронзон орон; 5 - тоос сорогчра; б-төмөр цөм (соронзон цөм).

Үйл ажиллагааны хязгаарлалт. Маг. T талбар нь өндөр температурын плазмыг нэлээд сайн барьдаг боловч зөвхөн түүний параметрийн өөрчлөлтийн тодорхой хязгаарт багтдаг. Эхний 2 хязгаарлалт нь плазмын гүйдэлд хамаарна Ipболон түүний харьц. нягтрал П, 1 м 3 талбайд бөөмийн тоо (электрон эсвэл ион) нэгжээр илэрхийлнэ. Тороид соронзны өгөгдсөн утгын хувьд энэ нь харагдаж байна. талбар, плазмын гүйдэл нь тодорхой хязгаарын утгаас хэтэрч болохгүй, эс тэгвээс плазмын утас нь мушгиа шугамын дагуу эргэлдэж, эцэст нь нурж эхэлдэг: гэж нэрлэгддэг. одоогийн тасалдлын тогтворгүй байдал. Хязгаарлалтын гүйдлийг тодорхойлохын тулд коэффициентийг ашигладаг. хувьцаа qхамаарлаар тодорхойлогддог шурагны тогтворгүй байдалаар q = 5Б j a 2 /RI х. Энд А- жижиг, Р- плазмын утасны том радиус, Б j - toroidal mag. талбай, Ip- плазм дахь гүйдэл (хэмжээг метрээр хэмждэг, соронзон орон - teslas, гүйдэл - MA). Плазмын баганын тогтвортой байдлын зайлшгүй нөхцөл бол тэгш бус байдал юм q>] гэж нэрлэгддэг. к р и т э р и м К р у-с к а ла - Шафранова. Туршилтаас харахад найдвартай тогтвортой барих горимд зөвхөн .

Нягтын хувьд 2 хязгаарлалт байдаг - доод ба дээд. Доод Нягтын хязгаар нь гэж нэрлэгддэг үүсэхтэй холбоотой. хурдасгасан, эсвэл зугтсан электронууд. Бага нягтралтай үед электронуудын ионуудтай мөргөлдөх давтамж нь уртааш цахилгаан талбайд тасралтгүй хурдатгалын горимд шилжихээс урьдчилан сэргийлэхэд хангалтгүй болдог. талбар. Өндөр энерги хүртэл хурдассан электронууд нь вакуум камерын элементүүдэд аюул учруулж болзошгүй тул плазмын нягтыг маш өндөр сонгосон тул хурдасгасан электрон байхгүй болно. Нөгөөтэйгүүр, хангалттай өндөр нягтралтай үед плазмын хязгаарлалтын горим нь плазмын хил дээрх цацраг туяа, атомын процессын улмаас дахин тогтворгүй болж, одоогийн сувгийг нарийсгаж, плазмын спираль тогтворгүй байдлыг бий болгодог. Топ. нягтын хязгаар нь хэмжээсгүй параметрүүдээр тодорхойлогддог My-хавч M=nR/B j ба Ихалла H=nqR/B j (энд хөндлөн огтлолын дундаж нь электрон нягт юм n 10 20 ширхэг/м 3) нэгжээр хэмжсэн. Цусны плазмыг тогтвортой байлгахын тулд тоонууд шаардлагатай МТэгээд Хтодорхой шүүмжлэлээс хэтрээгүй үнэт зүйлс.

Плазма халж, даралт нь нэмэгдэхэд плазмын даралтын хамгийн их тогтвортой утгыг тодорхойлдог өөр нэг хязгаар гарч ирнэ. p = n(T e +T i), Хаана Т э, Т и- электрон ба ионы температур. Энэ хязгаарыг cf харьцаатай тэнцүү b-ийн утгад ногдуулдаг. плазмын даралтыг соронзон даралт руу . талбайнууд; b хязгаарын утгыг хялбаршуулсан илэрхийлэлийг Тройоны харьцаа b c =gI p /aB j, хаана g-ойролцоогоор 3-тай тэнцүү тооны коэффициент. 10 -2.

Дулаан тусгаарлагч. Плазмыг маш өндөр температурт халаах боломж нь хүчтэй соронзон оронтой холбоотой юм. цэнэглэх траекторийн талбар хэсгүүд нь соронзон шугам дээр ороосон спираль шиг харагддаг. талбайнууд. Үүний ачаар электрон ба ионууд нь плазмын дотор удаан хугацаанд хадгалагддаг. Мөн зөвхөн мөргөлдөөн, цахилгааны жижиг хэлбэлзлээс үүдэлтэй. болон маг. талбайнуудад эдгээр хэсгүүдийн энергийг дулааны урсгал хэлбэрээр хананд шилжүүлж болно. Эдгээр ижил механизмууд нь диффузийн урсгалын хэмжээг тодорхойлдог. Соронзон үр ашиг плазмын дулаан тусгаарлалт нь эрчим хүчээр тодорхойлогддог. насан туршдаа t E = W/P, Хаана В-плазмын нийт энергийн агууламж, a П- плазмын халаалтын хүч нь түүнийг хөдөлгөөнгүй байдалд байлгахад шаардлагатай. Утга t ЭХэрэв халаалтын хүчийг гэнэт унтраавал плазмын хөргөлтийн онцлог хугацаа гэж үзэж болно. Чимээгүй сийвэн дээр электрон ба ионуудын хос мөргөлдөөний улмаас тасалгааны хананд бөөмс, дулааны урсгал үүсдэг. Эдгээр урсгалыг бодит цэнэгийн траекторийг харгалзан онолын хувьд тооцдог. тоосонцор нэг маг. талбар T. Тархалтын процессын харгалзах онол гэж нэрлэдэг. неоклассик (үзнэ үү Шилжин суурьших үйл явцБодит плазмын T.-д талбар ба бөөмсийн урсгалын жижиг хэлбэлзэл үргэлж байдаг тул дулааны болон бөөмийн урсгалын бодит түвшин нь ихэвчлэн неоклассикуудын таамаглалаас ихээхэн давж гардаг. онолууд.

Олон T. дээр хийсэн туршилтууд задрах. хэлбэр, хэмжээ нь шилжүүлэх механизмын судалгааны үр дүнг холбогдох эмпирик судалгааны хэлбэрээр нэгтгэн дүгнэх боломжийг олгосон. хамаарал. Ялангуяа эрчим хүчний хамаарал илэрсэн. насан туршдаа т Эүндсэн хэсгээс задралын плазмын параметрүүд. горимыг барих. Эдгээр хамаарлыг нэрлэдэг с ке л и н г а м и; Эдгээрийг шинээр ашиглалтад орсон байгууламжид плазмын параметрүүдийг урьдчилан таамаглахад амжилттай ашиглаж байна.

Плазмыг өөрөө зохион байгуулах. Цусны сийвэнгийн T.-д үргэлж сул шугаман бус байдаг бөгөөд тэдгээр нь радиусын дагуу температур, бөөмийн нягтрал, гүйдлийн нягтын тархалтын профайлд нөлөөлдөг бөгөөд тэдгээрийг хянадаг. Ялангуяа төв рүү. Цусны сийвэнгийн утаснууд ихэвчлэн гэж нэрлэгддэг хэсгүүд байдаг. хөрөөний шүдний хэлбэлзэл нь үе үе давтагдах үйл явцыг аажмаар хурцатгаж, дараа нь температурын профайлыг огцом тэгшлэхэд хүргэдэг. Налуу хэлбэрийн хэлбэлзэл нь соронзон руу гүйдэл агшихаас сэргийлдэг. торус тэнхлэг (харна уу Хийн ялгаралт агшилт). Нэмж дурдахад, T.-д үе үе мушгиа хэлбэрүүд (t i r i n g горимууд гэж нэрлэгддэг) өдөөгддөг бөгөөд энэ нь бага давтамжийн соронзон долгион хэлбэрээр хүйн гадна ажиглагддаг. эргэлзээ. Ядаргааны горимууд нь радиусын дагуу гүйдлийн нягтын илүү тогтвортой хуваарилалтыг бий болгоход хувь нэмэр оруулдаг. Хэрэв сийвэнг хангалттай болгоомжтой харьцахгүй бол урагдах горимууд маш хүчтэй болж, тэдгээрийн үүсгэсэн соронзон эвдрэлүүд үүсдэг. талбайнууд соронзыг устгадаг. плазмын утсыг бүхэлд нь эзэлхүүнтэй гадаргуу, соронзон . тохиргоо эвдэрч, плазмын энерги нь хананд ялгарч, хүчтэй хөргөлтийн улмаас плазм дахь гүйдэл зогсдог (харна уу. Хагарлын тогтворгүй байдал).

Эдгээр эзэлхүүний хэлбэлзлээс гадна плазмын баганын хил дээр нутагшсан хэлбэлзлийн горимууд байдаг. Эдгээр горимууд нь хамгийн захын плазмын төлөв байдалд маш мэдрэмтгий байдаг бөгөөд тэдгээрийн зан төлөв нь атомын процессоор төвөгтэй байдаг. Ext. болон дотоод Чичиргээний горимууд нь дулаан, бөөмс дамжуулах үйл явцад хүчтэй нөлөөлж, нэг соронзон горимоос плазмын шилжилтийг бий болгодог. дулаан тусгаарлалтыг нөгөө болон арын . Хэрэв сийвэнгийн T.-д бөөмийн хурдны тархалт нь -ээс эрс ялгаатай бол кинетикийг хөгжүүлэх боломж гарч ирдэг. тогтворгүй байдал. Жишээлбэл, олон тооны оргосон электронууд гэж нэрлэгддэг сэнсний тогтворгүй байдал нь уртааш электрон энергийг хөндлөн энерги болгон хувиргахад хүргэдэг. Кинетик. Тогтворгүй байдал нь нэмэлт үед үүсдэг өндөр энергитэй ионуудын дэргэд үүсдэг. плазмыг халаах.

Плазмын халаалт. Аливаа Т.-ийн плазм нь түүгээр урсах гүйдлийн Joule дулаанаас болж автоматаар халдаг. Жоулийн энерги ялгарах нь хэд хэдэн температурыг авахад хангалттай. сая градус Хяналттай термоядролыг нэгтгэхийн тулд 10 8 К-ээс дээш температур шаардлагатай тул бүх том T.-г хүчирхэг системээр хангадаг. плазмын халаалт. Энэ зорилгоор цахилгаан соронзыг ашигладаг. долгион задарсан хүрээ, эсвэл плазм руу шууд хурдан тоосонцор. Өндөр давтамжийн плазмын халаалтын хувьд дотоод резонансыг ашиглах нь тохиромжтой. хэлбэлзэх плазм дахь үйл явц. Жишээлбэл, циклотроны давтамж эсвэл үндсэн гармоникийн мужид ионы бүрэлдэхүүн хэсгийг халаахад тохиромжтой. плазмын ионууд, эсвэл тусгайлан сонгосон нэмэлт ионууд. Электрон циклотроны резонансаар электронууд халаана.

Хурдан тоосонцортой ионуудыг халаахдаа төвийг сахисан атомын хүчирхэг цацрагийг ихэвчлэн ашигладаг. Ийм цацраг нь соронзлолтой харьцдаггүй. талбарт орж, плазмын гүнд нэвтэрч, ионжуулж, соронзонд баригддаг. талбай Т.

Нэмэлт халаалтын аргуудын тусламжтайгаар плазмын температурыг T. >3·10 8 К хүртэл өсгөх боломжтой бөгөөд энэ нь хүчтэй термоядролын урвал явагдахад хангалттай юм. Ирээдүйд бүтээгдэж буй Т.-реакторуудад плазмын халаалтыг дейтерий ба тритий цөмийн нэгдэх урвалаас үүссэн өндөр энергитэй альфа тоосонцор хийх болно.

Суурин токамак. Дүрмээр бол гүйдэл нь зөвхөн эргүүлэгтэй цахилгаан гүйдэл байгаа тохиолдолд л плазмд урсдаг. соронзон орныг нэмэгдүүлснээр үүссэн талбар. индуктор дахь урсгал. Гүйдлийг хадгалах индуктив механизм нь цаг хугацааны хувьд хязгаарлагдмал байдаг тул плазмын хоригийн харгалзах горим нь импульс юм. Гэсэн хэдий ч импульсийн горим нь цорын ганц боломжтой зүйл биш бөгөөд плазмын янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд өөр өөр импульс нь энергийн зэрэгцээ плазм руу шилжсэн тохиолдолд плазмыг халаах нь гүйдлийг хадгалахад ашиглаж болно. Индуктив бус гүйдлийн засвар үйлчилгээ нь хана руу тархах үед плазм өөрөө гүйдэл үүсгэдэг тул хөнгөвчилдөг (bootstrap effect). Ачаалах нөлөөг неоклассик эрдэмтэд таамаглаж байсан. онол, дараа нь туршилтаар батлагдсан. Туршилтаас үзэхэд T. плазмыг хөдөлгөөнгүй байлгах боломжтой бөгөөд Ч. практик дээр хүчин чармайлт гаргаж байна суурин горимыг хөгжүүлэх нь одоогийн засвар үйлчилгээний үр ашгийг нэмэгдүүлэхэд чиглэгддэг.

Шилжүүлэгч, хольцыг хянах. Хяналттай термоядролыг нэгтгэхийн тулд устөрөгчийн изотоп дээр суурилсан маш цэвэр плазм шаардлагатай. Цусны сийвэн дэх бусад ионуудын хольцыг хязгаарлахын тулд T.-ийн эхэн үед плазм гэж нэрлэгддэг хязгаарлагдмал байдаг. l i m i t e r o m (Зураг 2, A), өөрөөр хэлбэл, плазмыг тасалгааны том гадаргуутай харьцахаас сэргийлдэг диафрагм. Орчин үед T. илүү төвөгтэй шилжүүлэгчийн тохиргоог ашигладаг (Зураг 2, б), Полоид соронзон ороомогоор үүсгэгдсэн. талбайнууд. Эдгээр ороомог нь дугуй хөндлөн огтлолтой плазмын хувьд ч шаардлагатай байдаг: тэдгээрийн тусламжтайгаар босоо соронзон бүрэлдэхүүн хэсэг үүсдэг. талбарууд, голтой харьцах үед ирмэгүүд. плазмын гүйдэл нь том радиусын чиглэлд плазмын ороомог хана руу шидэхийг зөвшөөрдөггүй. Диверторын тохиргоонд полоид соронзны эргэлтүүд. талбайнууд нь плазмын хөндлөн огтлолыг босоо чиглэлд сунгасан байхаар байрладаг. Үүний зэрэгцээ хаалттай соронзон Гадаргууг зөвхөн дотор нь хадгалдаг, гадна талд нь түүний хүчний шугамууд нь голоос урсаж буй плазмын урсгалыг саармагжуулдаг голчлон дамжуулагч камеруудын дотор ордог. эзлэхүүн. Диверторын камеруудад нэмэлтийн улмаас шилжүүлэгч хавтангууд дээрх плазмаас ачааллыг зөөлрүүлэх боломжтой. атомын харилцан үйлчлэлийн үед плазмын хөргөлт.

Цагаан будаа. 2. Дугуй хөндлөн огтлолтой плазмын хөндлөн огтлол ( А) ба босоо тэнхлэгт уртасгаж, шилжүүлэгчийн тохиргоог ( 6): 1-плазм; 2 - хязгаарлагч; 3 - танхимын хана; 4 - салгах; 5-дивертер камер; 6 - шилжүүлэгч хавтан.

Токамак реактор. Ч. T. суурилуулалтын судалгааны зорилго нь соронзонгийн тухай ойлголтыг эзэмших явдал юм. Амьтад зориулсан плазмын агууламж хайлуулах реактор. T. дээр термоядролын реакторт хангалттай температур, нягтралтай тогтвортой өндөр температурт плазмыг бий болгох боломжтой; плазмын дулаан тусгаарлах тухай хуулиудыг тогтоосон; урсгалыг хадгалах, хольцын түвшинг хянах аргуудыг эзэмшсэн. Т.-ийн ажил нь цэвэр физик үе шатаас шилжиж байна. туршилт бий болгох үе шатанд судалгаа. .

Лит.:Арцимович Л.А., Удирдагч, 2-р хэвлэл, М., 1963; Лукьянов С.Ю., Халуун плазм ба хяналттай цөмийн нэгдэл, М., 1975; Кадомцев Б.В., Токамак плазмын цогц физик систем, Л., 1992. Б.Б.Кадомцев.

Токамак (соронзон ороомогтой тороид камер) нь хяналттай термоядролын нэгдэл үүсэхэд шаардлагатай нөхцлийг бүрдүүлэхийн тулд плазмыг соронзон аргаар хязгаарлах зориулалттай тороид суурилуулалт юм. Токамак дахь плазмыг зөвхөн тодорхой хязгаар хүртэл температурыг тэсвэрлэх чадвартай камерын хананд биш, харин тусгайлан бүтээсэн соронзон орны нөлөөгөөр хадгалдаг. Плазмыг хязгаарлахын тулд соронзон орон ашигладаг бусад суурилуулалттай харьцуулахад токамакийн онцлог нь плазмыг шахах, халаах, тэнцвэрийг хадгалахад шаардлагатай полоид талбарыг бий болгохын тулд плазмаар урсах цахилгаан гүйдлийг ашиглах явдал юм. Энэ нь ялангуяа соронзон ороомог ашиглан тороид ба полоид талбарыг бий болгодог өөр төрлийн хорих схемүүдийн нэг болох одны төхөөрөмжөөс ялгаатай юм. Гэхдээ плазмын судал нь тогтворгүй тэнцвэрийн жишээ тул токамак төсөл хараахан хэрэгжээгүй бөгөөд угсралтын ажлыг хүндрүүлэхийн тулд маш үнэтэй туршилтын шатандаа явж байна.

Хагарах реакторуудаас ялгаатай нь (тус бүрийг тус тусад нь өөрийн улс оронд зохион бүтээсэн) одоогоор токамакийг олон улсын шинжлэх ухааны ITER төслийн хүрээнд хамтран боловсруулж байгаа гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Токамак соронзон орон ба урсгал.

Өгүүллэг

ЗХУ-ын шуудангийн марк, 1987 он.

Хяналттай термоядролын хайлалтыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглах саналыг болон өндөр температурт плазмыг цахилгаан талбайгаар дулаан тусгаарлах тусгай схемийг анх Зөвлөлтийн физикч О.А.Лаврентьев 1950-иад оны дундуур нэгэн бүтээлдээ гаргаж байжээ. Энэхүү ажил нь хяналттай термоядролын нэгдлийн асуудлын талаархи Зөвлөлтийн судалгааны ажилд түлхэц болсон юм. 1951 онд А.Д.Сахаров, И.Е.Тамм нар уг схемийг өөрчлөхийг санал болгож, плазм нь торус хэлбэртэй, соронзон оронтой байх термоядролын реакторын онолын үндэслэлийг санал болгов.

"Токамак" гэсэн нэр томъёог Академич Курчатовын шавь Игорь Николаевич Головин хожим гаргажээ. Эхэндээ энэ нь "токамаг" буюу "тороид соронзон камер" гэсэн үгийн товчлол мэт сонсогдож байсан боловч анхны торойд системийг зохиогч Н.А.Явлинский "-mag"-г "-mac"-ээр солихыг санал болгов. Хожим нь энэ нэрийг олон хэлээр зээлсэн.

Анхны токамак нь 1955 онд баригдсан бөгөөд удаан хугацааны туршид токамак зөвхөн ЗХУ-д л байсан. Зөвхөн 1968 оноос хойш, Атомын энергийн хүрээлэнд баригдсан Т-3 токамак дээр. И.В.Курчатов, академич Л.А.Арцимовичийн удирдлаган дор плазмын температур 10 сая градус хүрч, Английн эрдэмтэд өөрсдийн тоног төхөөрөмжөөрөө энэ баримтыг баталж, эхэндээ тэд итгэхээс татгалзаж, дэлхий дээр жинхэнэ токамакийн өсөлт эхэлсэн. 1973 оноос хойш токамакуудын плазмын физикийн судалгааны хөтөлбөрийг Борис Борисович Кадомцев удирдаж байв.

Одоогийн байдлаар токамак нь хяналттай термоядролын хайлалтыг хэрэгжүүлэх хамгийн ирээдүйтэй төхөөрөмж гэж тооцогддог.

Төхөөрөмж

Токамак нь тороид соронзон орон үүсгэхийн тулд ороомог ороосон тороид вакуум камер юм. Агаарыг эхлээд вакуум танхимаас шахаж, дараа нь дейтерий, тритий хольцоор дүүргэнэ. Дараа нь индуктор ашиглан камерт эргүүлэгтэй цахилгаан орон үүсдэг. Индуктор нь том трансформаторын анхдагч ороомог бөгөөд токамак камер нь хоёрдогч ороомог юм. Цахилгаан орон нь гүйдэл урсаж, плазмын камерыг асаахад хүргэдэг.

Плазмаар урсах гүйдэл нь хоёр үүргийг гүйцэтгэдэг.

бусад дамжуулагчтай ижил аргаар плазмыг халаана (ом халаалт);

эргэн тойронд соронзон орон үүсгэдэг. Энэ соронзон орныг полоид гэж нэрлэдэг (өөрөөр хэлбэл бөмбөрцөг координатын системийн туйлуудыг дайран өнгөрөх шугамын дагуу чиглүүлдэг).

Соронзон орон нь плазмаар урсаж буй гүйдлийг шахдаг. Үүний үр дүнд мушгиа соронзон орны шугамууд плазмын утсыг "мушгидаг" тохиргоо үүсдэг. Энэ тохиолдолд торойд чиглэлд эргэлт хийх үе шат нь полоид чиглэлийн алхамтай давхцахгүй. Соронзон шугамууд нь хаалттай болж, торыг хязгааргүй олон удаа эргүүлж, тороид хэлбэрийн "соронзон гадаргуу" гэж нэрлэгддэг.

Ийм системд плазмыг тогтвортой байлгахын тулд полоид талбар байх шаардлагатай. Энэ нь индуктор дахь гүйдлийг нэмэгдүүлэх замаар үүсдэг бөгөөд энэ нь хязгааргүй байж чадахгүй тул сонгодог токамак дахь плазмын тогтвортой оршин тогтнох хугацаа хязгаарлагдмал байдаг. Энэ хязгаарлалтыг даван туулахын тулд гүйдлийг хадгалах нэмэлт аргуудыг боловсруулсан. Энэ зорилгоор плазм руу түргэвчилсэн нейтраль дейтерий эсвэл тритий атом эсвэл богино долгионы цацрагийг шахаж болно.

Тороид ороомогоос гадна плазмын утсыг хянахын тулд нэмэлт полоид талбайн ороомог шаардлагатай. Эдгээр нь токамак тасалгааны босоо тэнхлэгийг тойрсон цагираг юм.

Зөвхөн гүйдлийн урсгалын улмаас халаах нь плазмыг термоядролын урвалд шаардагдах температурт халаахад хангалтгүй юм. Нэмэлт халаалтанд богино долгионы цацрагийг резонансын давтамж гэж нэрлэдэг (жишээлбэл, электрон эсвэл ионуудын циклотроны давтамжтай давхцах) эсвэл хурдан төвийг сахисан атомуудыг шахах үед ашигладаг.

Токамакууд ба тэдгээрийн шинж чанарууд

Дэлхий дээр нийтдээ 300 орчим токамак барьсан. Тэдгээрийн хамгийн том нь доор жагсаав.

ЗХУ ба Орос

Т-3 бол анхны ажиллагаатай төхөөрөмж юм.

T-4 - T-3-ийн томруулсан хувилбар

Т-7 нь шингэн гелиээр хөргөсөн цагаан тугалга ниобат дээр суурилсан хэт дамжуулагч соленоид бүхий харьцангуй том соронзон системийг дэлхийд анх удаа нэвтрүүлсэн өвөрмөц суурилуулалт юм. Т-7-ийн үндсэн ажил дууссан: термоядролын эрчим хүчний дараагийн үеийн хэт дамжуулагч соленоидуудын хэтийн төлөвийг бэлтгэв.

Т-10 ба PLT нь дэлхийн термоядролын судалгааны дараагийн алхам бөгөөд тэдгээр нь бараг ижил хэмжээтэй, ижил хүчин чадалтай, ижил хүчин зүйлтэй байдаг. Хүлээн авсан үр дүн нь ижил байна: хоёр реакторт термоядролын нэгдлийн температурт хүрч, Лоусоны шалгуурын дагуу хоцролт нь 200 дахин их байв.

Т-15 бол 3.6 Тесла индукцийн талбайг өгдөг хэт дамжуулагч соленоид бүхий өнөөгийн реактор юм.

Хятад

ЗҮҮН - Анхуй мужийн Хэфэй хотод байрладаг. Токамак дээр гал асаах түвшний Лоусоны шалгуурыг давж, эрчим хүчний гаралтын коэффициент 1.25 байна.

Улсын төсвөөс 7 тэрбум тенгег бүтээн байгуулалтад оруулж, санхүүжилтийн эх үүсвэр хайж 6 жил албадан зогссон. Казахстаны материал судлалын токамак төсөл хаагдах шатандаа байлаа. Гэсэн хэдий ч олон улсын хамтын ажиллагааны шинэ чиглэлүүдийн ачаар байдал эрс өөрчлөгдсөн. Сэтгүүлч Григорий Беденко Курчатов хотод зочилж Infromburo.kz сайтад тусгайлан хяналттай термоядролын хайлуулах чиглэлээр хийх судалгааны хэтийн төлөвийн талаар сурвалжлага бэлтгэв.

Бага зэрэг түүх

20-р зууны дунд үед дэлхийн хамгийн өндөр хөгжилтэй орнууд атомын энергийг маш хурдан эзэмшиж, түүнийг цэргийн зэвсгийн хөтөлбөрт ашиглаж, энх тайвны зорилгоор их хэмжээний дулааны болон цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэж сурсан. Гэсэн хэдий ч атомын цөмийн хяналттай задралын үйл явц нь байгаль орчинд маш аюултай болсон. Атомын цахилгаан станцын осол, өндөр түвшний хог хаягдлыг устгах асар их асуудал нь энэ төрлийн эрчим хүчийг хэтийн төлөвөө алдсан. Дараа нь, зууны дундуур эрдэмтэд хяналттай термоядролын нэгдэл нь өөр хувилбар байж магадгүй гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Мэргэжилтнүүд хуурай газрын нөхцөлд оддын гүнд болж буй үйл явцыг давтаж, тэдгээрийг хянах төдийгүй соёл иргэншлийн оршин тогтноход шаардлагатай эрчим хүчийг олж авахыг сурахыг санал болгов. Мэдэгдэж байгаагаар термоядролын нэгдэл нь хөнгөн устөрөгчийн цөмийг гелий үүсэх замаар илүү хүнд болгон нэгтгэх зарчимд суурилдаг. Энэ тохиолдолд хүнд элементүүдийн цөмүүд нь асар их энерги ялгаруулж, үелэх системийн янз бүрийн элементүүдийн изотопууд үүсэх замаар хөнгөн хэсгүүдэд хуваагдах урвуу процессоос хамаагүй их энерги ялгардаг. Термоядролын реакторуудад хортой нөлөө, үйлдвэрлэлийн аюултай хог хаягдал байхгүй.

Олон улсын туршилтын термоядролын реакторын диаграмм ITER

Термоядролыг нэгтгэх үйл явц нь зэвсгийн хөтөлбөрт зориулж маш амархан бүтээгдсэн нь сонин боловч энх тайвны эрчим хүчний төслүүдийг хөгжүүлэх нь бараг боломжгүй ажил болж хувирав. Устөрөгчийн бөмбөгний гол зүйл бол наносекундэд тохиолддог хайлуулах процессыг эхлүүлэх явдал юм. Гэхдээ эрчим хүчний термоядролын реактор нь онцгой нөхцөл шаарддаг. Эрчим хүч авахын тулд өндөр температурт плазмыг тодорхой хугацаанд хяналттай байлгах шаардлагатай байдаг - энэ нь 10-аас 30 сая градус хүртэл халаадаг. Ийм плазмыг хязгаарласнаар хөнгөн дейтерий ба тритий цөмийг хүнд болгон нэгтгэх физик нөхцөлийг бүрдүүлдэг. Цаашилбал, плазмыг халаах, хязгаарлахад зарцуулахаас илүү их энерги ялгарах ёстой. Эерэг энерги ялгаруулах коэффициент бүхий хяналттай термоядролын нэгдэл бүхий нэг импульс дор хаяж 500 секунд үргэлжлэх ёстой гэж үздэг. Гэхдээ ийм цаг хугацаа, ийм температурт ирээдүйтэй реакторын нэг ч бүтцийн материал үүнийг тэсвэрлэхгүй. Энэ нь зүгээр л уурших болно. Мөн дэлхийн эрдэмтэд хагас зуун гаруй жилийн турш материал судлалын асуудалтай тэмцэж, үр дүнд хүрсэнгүй.

Казахстаны материал судлалын токамакаас олж авсан плазм / Бүгд Найрамдах Казахстан улсын Үндэсний цөмийн төвийн Атомын энергийн хүрээлэнгээс өгсөн материал

РК NNC Атомын энергийн хүрээлэнгээс өгсөн материал

Энэхүү маш удаан хөдөлгөөнтэй видео нь Казахстаны токамак (БНКазУ-ын Үндэсний Цөмийн Төвийн Атомын энергийн хүрээлэнгээс өгсөн материал)-д плазм үүсэхийг харуулж байна.

CFT дахь плазм үүсэх

Токамак ба стларатор гэж юу вэ?

Анхны суурилуулалтыг ЗХУ-д боловсруулсан тул товчлол нь орос хэл юм. Токамак нь соронзон ороомогтой тороид хэлбэртэй камер юм. Торус нь гурван хэмжээст геометрийн дүрс (энгийн үгээр бол пончик шиг хэлбэртэй), торойд нь торус хэлбэртэй хүрээний эргэн тойронд ороосон нимгэн утас юм. Тиймээс суурилуулалтанд өндөр температурт плазм үүсч, торус хэлбэрээр хадгалагддаг. Энэ тохиолдолд токамакийн гол зарчим бол плазм нь тасалгааны ханатай харьцдаггүй, харин хэт хүчирхэг соронзон оронтой адил орон зайд өлгөөтэй байдаг. Плазмын дулаан тусгаарлах схем, ийм суурилуулалтыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглах аргыг анх Зөвлөлтийн физикч Олег Александрович Лаврентьев санал болгосон. Анхны токамак нь 1954 онд баригдсан бөгөөд удаан хугацааны туршид зөвхөн ЗХУ-д байсан. Өнөөдрийг хүртэл дэлхий дээр хоёр зуу орчим ижил төстэй төхөөрөмжийг бүтээжээ. Одоогийн байдлаар Орос, АНУ, Япон, Хятад, Европын холбоонд хяналттай термоядролын хайлалтыг судлах зориулалттай тороид камерууд ажиллаж байна. Энэ чиглэлийн олон улсын хамгийн том төсөл бол ITER (энэ талаар дараа нь). Казахстанд материал судлалын токамак барих санаачлагч нь Оросын Курчатовын хүрээлэнгийн дарга, академич Евгений Павлович Велихов байв. 1975 оноос хойш тэрээр Зөвлөлтийн удирдлагатай хайлуулах реакторын хөтөлбөрийг удирдаж байсан. Хуучин Семипалатинскийн цөмийн туршилтын талбайд байгууламж барих санаа 1998 онд Велихов Бүгд Найрамдах Казахстан Улсын Ерөнхийлөгч Нурсултан Назарбаевтай уулзах үеэр гарч ирсэн.

Оддын плазмын хоригдлын схем / RK NNC Атомын энергийн хүрээлэнгээс өгсөн материал

Оддын үүсгэгч нь хяналттай термоядролыг нэгтгэх зориулалттай токамакаас өөр төрлийн реактор юм. Америкийн астрофизикч Лайман Спитцер 1950 онд зохион бүтээсэн. Энэ нэр нь оддын доторх үйл явц болон хүний гараар хийсэн суулгацын ижил төстэй байдлыг илэрхийлдэг stella (од) гэсэн латин үгнээс гаралтай. Гол ялгаа нь тасалгааны дотоод хананаас плазмыг тусгаарлах соронзон орон нь бүхэлдээ гаднах ороомогоор үүсгэгддэг бөгөөд энэ нь түүнийг тасралтгүй горимд ашиглах боломжийг олгодог. Оддын плазм нь "үрчийсэн гурилан бүтээгдэхүүн" хэлбэртэй бөгөөд мушгирсан мэт хэлбэртэй байдаг. Өнөөдөр Орос, Украйн, Герман, Японд судлаач одчид байдаг. Түүгээр ч зогсохгүй дэлхийн хамгийн том одлогч Wendelstein 7-X (W7-X) саяхан Германд худалдаанд гарсан байна.

Казахстаны материал судлалын токамак / Григорий Беденко

Эдгээр нь бүгд судалгааны байгууламжууд” гэж КТМ төслийн шинжлэх ухааны бүлгийн дарга хэлэв.Стелларатор нь соронзон орныхоо тохиргоогоор ялгаатай. Токамакт плазмыг агуулахын тулд toroidal ороомог гэж нэрлэгддэг ба полоид гадна ороомог ашигладаг. Харин одны хувьд энэ нь эсрэгээрээ байдаг - спираль хэлбэрээр ороомгийн шарх байдаг бөгөөд энэ нь тороид ба полоидын үүргийг гүйцэтгэдэг. Токамак нь эхлээд импульсийн суурилуулалт бөгөөд stellarator нь илүү хөдөлгөөнгүй суурилуулалт юм, өөрөөр хэлбэл эрчилсэн ороомгийн давуу тал нь плазмыг тодорхойгүй хугацаагаар барих боломжийг олгодог. Стеллараторуудыг токамактай нэгэн зэрэг хөгжүүлсэн бөгөөд нэгэн цагт токамакууд плазмын үзүүлэлтээр тэргүүлж байсан. Дэлхий даяар токамакуудын “жүргээ” эхэллээ. Гэсэн хэдий ч одон орончид хөгжиж байна. Тэдгээрийг Японд авах боломжтой; Германд саяхан баригдсан - Wendelstein 7-X (W7-X) ашиглалтад орсон. АНУ-д одтой хүн байдаг. Нэмж дурдахад, хэсэгчлэн соронзон плазмын хаалттай асар олон тооны бүх төрлийн судалгааны байгууламжууд байдаг - эдгээр нь янз бүрийн урхи юм. Жижиг байг лазерын цацрагаар халаах үед инерцийн термоядролын нэгдэл бас байдаг. Энэ бол ийм жижиг термоядролын дэлбэрэлт юм.

Суурилуулалтын дээд хэсгийн нэгж ба угсралтууд / Григорий Беденко

Гэсэн хэдий ч токамак нь өнөөдөр аж үйлдвэрийн термоядролын реакторын хувьд хамгийн ирээдүйтэй гэж тооцогддог.

KTM байрладаг технологийн барилга / Григорий Беденко

Казахстан дахь Токамак

Казахстаны суурилуулалтыг 2010 он гэхэд хуучин Семипалатинскийн туршилтын талбайн засаг захиргааны бүс болох Курчатов хотын тусгай зориулалтын талбайд барьсан. Энэхүү цогцолбор нь токамакийн эд анги, угсралт, цех, мэдээлэл боловсруулах өрөө, боловсон хүчний байр гэх мэт хэд хэдэн технологийн барилга байгууламжаас бүрдэнэ. Уг төслийг ОХУ-д Дулааны цөмийн судалгааны үндэсний төвийн (Курчатовын хүрээлэн) үндсэн дээр боловсруулсан. нэрэмжит Цахилгаан физикийн төхөөрөмжийн судалгааны хүрээлэнд вакуум камер, соронзон ороомог зэргийг зохион бүтээж, угсарсан. Д.В. Евремов (EFA судалгааны хүрээлэн), автоматжуулалт - Томскийн Политехникийн дээд сургуульд. Төсөлд Оросын талаас Бүх Оросын гүйдлийн хүрээлэн (NII TVCH), TRINITI (Троицкийн инноваци ба дулааны цөмийн судалгааны хүрээлэн) зэрэг байгууллагууд оролцов. Казахстаны ерөнхий дизайнераар "Променергопроект" ХХК ажиллаж, "Казэлектромонтаж" UPC цогцолборыг шууд суурилуулсан. Бүх ажил дууссаны дараа CTM-ийг ажиллуулж, анхны плазмыг үйлдвэрлэсэн. Дараа нь төслийн санхүүжилтийг зогсоож, токамак нь зургаан жилийн турш өндөр технологийн аялал жуулчлалын өндөр үнэтэй газар болжээ.

KTM / Григорий Беденкогийн шинэчлэлийн тоног төхөөрөмжийг суурилуулах

KTM-ийн хоёр дахь амьдрал

Төслийг 2017 онд Астанад болох ЭКСПО үзэсгэлэнгийн өмнөхөн дахин эхлүүлсэн. Энэ нь ирээдүйн энергид зориулсан дэлхийн үзэсгэлэнгийн үзэл баримтлалд бүрэн нийцдэг. Зургадугаар сарын 9-нд олон тооны сэтгүүлчдийг байлцуулан суурилуулалтыг дахин эхлүүлсэн. Нээлтийн үеэр Оросын хөгжүүлэгчид оролцсон. Ёслолын үеэр дурьдсанчлан биет хөөргөлтийн эхний шатны зорилго нь стандарт KTM системийг дибаг хийх, турших явдал юм. Мөн Казахстан улсын Үндэсний цөмийн төвийн тэргүүн Ерлан Батырбековын хэлснээр, Казахстаны токамакийн үндсэн дээр янз бүрийн орны эрдэмтэд одоо байгаа аж үйлдвэрийн реакторуудыг шинэчлэх зэрэг өргөн хүрээний судалгаа хийх боломжтой болно.

KTM-д зориулсан хувьсах гүйдлийн хувиргагч нь футурист дүр төрхтэй / Григорий Беденко

Дараа нь нөхцөл байдал илүү таатай чиглэлд хөгжсөн. Астанад болсон Сайд нарын бага хурал болон Олон улсын эрчим хүчний VIII форумын үеэр Казахстан улс ITER олон улсын байгууллагын гишүүнээр элсэх албан ёсны урилгыг хүлээн авлаа. Олон улсын термоядролын туршилтын реакторыг хэсэг улс орнууд дулааны цөмийн эрчим хүчийг арилжааны зориулалтаар ашиглах боломжийг харуулахын зэрэгцээ энэ чиглэлийн физик, технологийн асуудлыг шийдвэрлэх зорилгоор бүтээж байна. Үндсэндээ ITER бол асар том, маш нарийн төвөгтэй токамак юм. Төсөлд Европын холбооны орнууд, Энэтхэг, Хятад, Өмнөд Солонгос, Орос, АНУ, Япон, одоо манай улс оролцож байна. Казахстанаас уг сэдвийн судалгааг Цөмийн үндэсний төв, Казахын үндэсний их сургуулийн Туршилт, онолын физикийн судалгааны хүрээлэнгийн мэргэжилтнүүд хийх юм. Аль-Фараби, Цөмийн физикийн хүрээлэн, Улба төмөрлөгийн үйлдвэр, КазНИПИЭнергопром, Казэлектромаш. ITER-ийг Марсель хотоос 60 км-ийн зайд Францад байгуулна. Одоогийн байдлаар уг төслийн өртөг 19 тэрбум еврогоор үнэлэгдэж байна. Уг суурилуулалтыг 2025 онд эхлүүлэхээр төлөвлөж байна.

Бауржан Чектыбаев / Григорий Беденко

Бауржан Чектыбаев, CT төслийн шинжлэх ухааны бүлгийн даргаМ

6-р сарын 10-нд ITER болон KTM хооронд хамтарсан судалгааны санамж бичиг байгуулав. Энэхүү хэлэлцээрийн хүрээнд одоо ITER олон улсын байгууллагатай хамтран ажиллах төслийг боловсруулж байна. Тэд бидний суурилуулалтыг сонирхож байна. ITER төсөл нь өөрөө энгийн зүйл биш, материалын асуудал байдаг. Төслийн хүрээнд вольфрам, бериллийг судална. Энэ материалаас ITER-ийн тодорхой бүрэлдэхүүн хэсэг, эд ангиудыг хийх болно. Бид тэднийг оруулах болно. ITER реакторын эхний ханыг бүхэлд нь вольфрам, бериллийн хавтангаар доторлох болно. Вакуум камер нь плазмын урсгалыг чиглүүлэгчээс бүрддэг бөгөөд хамгийн эрчимтэй газар байдаг - квадрат метр тутамд 20 МВт. Гянт болд байх болно. Эхний хананы үлдсэн хэсэг нь бериллиар доторлогоотой байна.

KTM бол технологийн үүднээс маш нарийн төвөгтэй систем юм / Григорий Беденко

-Яагаад гэж?ITERМанай токамак тийм их сонирхож байна уу?

Материалын шинжлэх ухаанаас гадна манай суурилуулалтын ажил бол плазмын физикийг судлах явдал юм. CTM нь харьцааны хувьд өвөрмөц юм. Ийм параметр байдаг бөгөөд энэ нь токамакуудын гол үзүүлэлтүүдийн нэг юм - тэнхлэгээс плазмын төв хүртэлх том радиусын жижиг хэмжээтэй, өөрөөр хэлбэл плазмын тэнхлэгээс түүний ирмэг хүртэлх харьцаа. Бидний хувьд энэ параметр нь хоёртой тэнцүү байна. Үүнтэй ижил ITER-д - 3.1. 3-аас дээш тоотой бүх токамакууд сонгодог. Токамакуудын орчин үеийн чиглэл байдаг - эдгээр нь бөмбөрцөг хэлбэртэй токамакууд бөгөөд тэдгээрийн харьцаа нь 2-оос бага - нэг хагас, бүр бага байдаг - эдгээр нь сэрүүн, бараг бөмбөрцөг хэлбэртэй танхимууд юм. Манай токамак нь сонгодог болон бөмбөрцөг хэлбэртэй токамакуудын хооронд хилийн шугамд байрладаг. Ийм суурилуулалт хараахан гараагүй байгаа бөгөөд энд плазмын зан байдлын талаар сонирхолтой судалгаа хийх болно гэж бодож байна. Ийм суурилуулалтыг ирээдүйн эрлийз реактор буюу эзэлхүүнтэй нейтроны эх үүсвэр гэж үздэг.

KTM вакуум камерын доод хэсэг / Гэрэл зургийг Григорий Беденко

- Хамтран ажиллах нь хэр ирээдүйтэй вэ?ITER?Энэ нь төслийг хэмнэх үү?

2010 онд тухайн үед бэлэн байсан тоног төхөөрөмж, бэлэн байдлыг ашиглан туршилтын туршилт хийсэн. Даалгавар нь уг суурилуулалт нь "амьсгалж", ажиллах чадвартай гэдгийг харуулах явдал байв. Мөн арав дахь жилдээ бид санхүүжилтгүй болсон. Дараа нь зургаан жил идэвхгүй байсан. Энэ бүх хугацаанд бид төсвийн төлөө тэмцэж байсан. Энэ нь өмнө нь 2006 онд батлагдсан бөгөөд бүрэн шинэчлэгдэх ёстой байсан. Манай тоног төхөөрөмжийн 80 орчим хувь нь гадаадынх бөгөөд дэлхийн санхүүгийн системд болсон алдартай үйл явдлуудын хүрээнд уг байгууламж нь анх төлөвлөснөөс хамаагүй өндөр үнэтэй болсон. 2016 онд төслийн төсөвт зохицуулалт хийсний дараа нэмэлт санхүүжилт олгосон. Уг суурилуулалт нь Казахстаны төсөвт аль хэдийн 7 тэрбум тенге зарцуулсан байна. Үүнд барилга угсралтын ажил, вакуум камер, цахилгаан соронзон систем үйлдвэрлэх зэрэг орно.

Судлаачид бүх төрлийн мэргэжлээр ажиллах ёстой / Григорий Беденко

-Одоо юу болоод байна? Зургадугаар сард туршилтын ажиллагаа явуулсан.

Одоо KTM-ийг бүтээх ажил эцсийн шатандаа байна. Одоогоор үндсэн болон туслах системийг суурилуулах, ашиглалтад оруулах ажил хийгдэж байна. Тендерт шалгарсан ерөнхий гүйцэтгэгчтэй гэрээ байгуулсан. Хоёр компани байдаг бөгөөд нэг нь барилга угсралтын ажил эрхэлдэг, хоёр дахь нь ашиглалтад оруулах ажил хийдэг. “КазИнтелгрупп” барилга угсралтын ажил, “Чанарын баталгаат XXI зуун” ашиглалтад оруулах ажил хийж байна. Угсралтын ажлыг энэ онд дуусгахаар төлөвлөж байна. Дараа нь он дуусахаас өмнө биет хөөргөх болно. 2018 онд уг суурилуулалтыг ашиглалтад оруулж, бүрэн хэмжээний туршилтуудыг эхлүүлнэ. 3 жилийн хугацаанд бид угсралтын ажилд орсон нэрлэсэн загварын параметрүүдэд хүрч, дараа нь материалыг цаашид судлахаар төлөвлөж байна.

Зарим газар КТМ харь гарагийн хөлөг онгоцтой төстэй байдаг / Гэрэл зургийг Григорий Беденко

- Ажилтнуудын сонгон шалгаруулалт хэр явж байна вэ?

Залуу мэргэжилтнүүдийн дийлэнх нь Казахстаны Усть-Каменогорск, Павлодар, Семей хотын их дээд сургууль төгссөн хүмүүс юм. Зарим нь Оросын их дээд сургууль, жишээлбэл Томскийн политехникийн их сургууль төгссөн. Боловсон хүчний асуудал хурцаар тавигдаж байна. Төслөөр бол 120-иод хүн байх ёстой, 40-өөд хүн ажиллаж байгаа.Ирэх жил цогцолбор ашиглалтад ороход элсэлт явагдана. Гэхдээ энэ чиглэлээр мэргэжилтэн олох нь тусдаа бөгөөд хэцүү ажил юм.

Дмитрий Ольховик, KTM туршилтын автоматжуулалтын системийн хэлтсийн дарга

CFT-ийн онцлог нь эргэлдэгч төхөөрөмжтэй, өөрөөр хэлбэл судалж буй бүх материалыг камер дотор эргүүлэх боломжтой юм. Үүнээс гадна тээврийн гарц төхөөрөмж бас байдаг. Энэ нь вакуум камерын даралтыг бууруулахгүйгээр судалж буй материалыг цэнэглэх боломжтой болгодог. Бусад суурилуулалтанд тодорхой бэрхшээл тулгардаг: хэрэв танхимын даралтыг бууруулсан бол түүнийг шинээр хөөргөхөд бэлтгэхийн тулд дор хаяж нэг эсвэл хоёр долоо хоног шаардлагатай. Бид туршилтын дээжийг нэг кампанит ажилд хялбархан сольж, даралтыг бууруулахад цаг алдахгүй байх боломжтой. Энэ нь угсралтын эдийн засгийн давуу тал юм.

Зарим төрлийн шинэ тоног төхөөрөмж анхны савлагаатай хэвээр байна / Григорий Беденко

-Туршилтыг хэрхэн явуулах вэ?

Ийм суурилуулалтанд жилд хоёр туршилтын кампанит ажил явагддаг. Жишээлбэл, бид хавар кампанит ажил явуулж, дараа нь зун олж авсан мэдээлэлд дүн шинжилгээ хийж, цаашдын туршилтуудыг төлөвлөдөг. Хоёр дахь кампанит ажил намар болдог. Кампанит ажил өөрөө хоёроос гурван сар хүртэл үргэлжилдэг. Эрчим хүчний хайлуулах реакторыг бий болгоход хоёр үндсэн асуудал тулгарч байна. Эхнийх нь плазмыг үйлдвэрлэх, хадгалах технологийг хөгжүүлэх, хоёр дахь нь плазм нь өндөр температуртай тул плазм руу шууд ханддаг материалыг боловсруулах явдал юм. Асар их энергийн урсгалууд нисч, материалд нөлөөлдөг. Материал нь эргээд устгагдаж, тараагддаг. Мөн эдгээр тоосонцор плазм руу орох нь туйлын сөрөг нөлөө үзүүлдэг. Плазм нь бохирдолд маш мэдрэмтгий байдаг. Тэд плазмыг хөргөж, эцэст нь унтраадаг. Мөн бүтцийн материалд нейтроны нөлөөллийн сэдэв бий. Манай токамак материалыг турших бөгөөд халуунд тэсвэртэй байдлыг нь тодорхойлох болно. Энэ нь тэдгээр нь шүрших боломжгүй, плазмтай нийцдэг гэсэн үг юм. Ийм материал болох гянт болд, бериллийг судлах болно. Бид тэдгээрийг туршиж, ITER-ийн нэгэн адил плазмын өндөр урсгалын нөхцөлд хэрхэн биеэ авч явахыг харах болно.

KTM / Григорий Беденко-д асар их цахилгаан гүйдэл ашигладаг

- КТМ-ийг шинэчлэх талаар ямар ажил хийгдэж байна вэ?

Вакуум систем, хөргөлтийн системийн технологийн систем суурилуулах. Энэ бол маш нарийн төвөгтэй цахилгаан суурилуулалт юм. Соронзон орон авахын тулд та сүлжээнээс маш их энерги авах хэрэгтэй. Эрчим хүчийг хувиргах тодорхой цогцолбор байдаг. Импульсийн цахилгаан хангамжийн системээс эхлээд маш олон зөөгч трансформаторыг ашигладаг бөгөөд теристор хувиргагч цогцолборыг ашигладаг, өөрөөр хэлбэл үйл ажиллагаа, хяналт, систем нь маш их тархсан систем юм. Өөрөөр хэлбэл, энэ бүх ажил одоо хийгдэж, эрчим хүчний хангамжийг тохируулж байна.

Ажил их шаргуу / Григорий Беденко

Шинэ KTM төхөөрөмж дээр ажиллаж байна

Ийм суурилуулалт нь ажиллахын тулд маш их хэмжээний цахилгаан эрчим хүч шаарддаг. KTM маш их хэрэглэх үү?

Нэрлэсэн горимд ажиллах үед сүлжээнээс авах цахилгаан эрчим хүч нь 80-100 МВт орчим байх болно. Нэг туршилтын хувьд. Мөн стандарт нэмэлт халаалтын систем байдаг бөгөөд энэ нь сүлжээнээс эрчим хүчийг шахах болно.

Соронзон ороомог цахилгаан хангамжийн систем / Григорий Беденко

Казахстанд хүн амын нэлээд хэсэг нь радиофоби өвчтэй байдаг нь мэдэгдэж байна. Эдгээр нь цөмийн туршилтын нийгэм-сэтгэл зүйн үр дагавар юм. Таны судалгаа хэр найдвартай байх вэ?

Хяналттай термоядролын нэгдэл нь байгаль орчинд ээлтэй эрчим хүчний өөр эх үүсвэр гэж үздэг. Чернобыл, Фукушима гэх мэт осол энд зөвхөн бие махбодийн хувьд тохиолдож болохгүй. Хамгийн ноцтой зүйл бол плазм байгаа вакуум камерын даралтыг бууруулах явдал юм. Энэ тохиолдолд плазм унтарч, камерт байсан хэдэн грамм термоядролын түлш гадагш урсдаг.

Суурилуулалтын дээд хэсэг / Григорий Беденко

Манай мэргэжилтнүүд ихээхэн найдаж буй ийм судалгааны түүхэн дэх хамгийн том олон улсын төсөл болох ITER-ийн талаар бас хэдэн сонирхолтой баримтууд. Дээр дурдсанчлан ITER бол Орос, Франц, Япон, Хятад, Энэтхэг, Европын холбоо, Канад, АНУ зэрэг арав гаруй улсыг багтаасан олон улсын байгууллага юм. Сонирхуулахад, тус төсөлд улс бүрийн оруулсан хувь нэмрийг эцсийн бүтээгдэхүүн хэлбэрээр хийдэг. Жишээлбэл, Орос улсад хэт дамжуулагч, цахилгаан төхөөрөмж гэх мэт зарим криоген ороомог үйлдвэрлэдэг.

KTM / Григорий Беденко дээр цахилгаан хангамжийн системийг бий болгох ажил

ITER нь эрчим хүчний суурилуулалт хараахан болоогүй байгаа тул эрчим хүч өгөхгүй. Энэ бол эрчим хүчний гаралттай плазм үйлдвэрлэх боломжийн технологийн жишээ юм. ITER-ийн дараа технологио боловсруулсны дараа эрчим хүчийг аль хэдийн хангасан үзүүлэх реактор бий болно. Энэ нь 21-р зууны 40-50-аад оны хаа нэгтээ тохиолдох болно. Энэ сэдвээр судалгаа хийж эхэлснээс хойш 100 жилийн дараа гэсэн үг.

KTM хяналтын өрөө / Григорий Беденко

ITER төсөл нь 500 секундын тасралтгүй ажиллагаатай. Импульсийн реактор. Зарчмын хувьд 1000 секунд хүртэл өгдөг. -яаж явах вэ? Бүх технологиудыг сонгож, материал, дизайныг баталсны дараа дараагийн DEMO бий болно. Энэ реакторыг Японд барихаар аль хэдийн шийдсэн.

KTM нэгжүүд / Григорий Беденко

Эрчим хүчний термоядролын реакторын ажиллах зарчим дараах байдалтай байх болно. Плазмын дулааны энергийг шингээх эхний элемент нь дотроо дулаан солилцооны сувгуудыг агуулна. Дараа нь бүх зүйл ердийн цахилгаан станцтай адил байна - хоёрдогч хэлхээний хөргөлтийн шингэнийг халааж, турбиныг эргүүлж, цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг.

KTM реакторын танхимын ерөнхий дүр төрх / Григорий Беденко

ITER-ийн биет нээлт 2025 онд болно. 2028 онд ашиглалтад орно. Ажлын үр дүнд үндэслэн эрлийз реакторуудыг бий болгох хувилбарыг авч үзэж байна - цөмийн түлшийг хуваахад термоядролын нейтрон ашигладаг.

Үүсэхэд шаардлагатай нөхцөл байдалд хүрэхийн тулд. Токамак дахь плазмыг термоядролын урвалд шаардлагатай температурыг тэсвэрлэх чадваргүй камерын хананд биш, харин тусгайлан бүтээсэн хосолсон соронзон орон - плазмаар урсаж буй гүйдлийн тороид гадаад ба полоид талбараар барьдаг. утас. Плазмыг хязгаарлахад соронзон орон ашигладаг бусад суурилуулалттай харьцуулахад цахилгаан гүйдэл ашиглах нь токамакийн гол онцлог юм. Плазм дахь гүйдэл нь плазмыг халаах, вакуум камер дахь плазмын судлын тэнцвэрийг хадгалах боломжийг олгодог. Ийм байдлаар токамак нь ялангуяа гадаад соронзон ороомог ашиглан тороид ба полоид талбарыг бий болгодог өөр төрлийн хорих схемүүдийн нэг болох одны төхөөрөмжөөс ялгаатай юм.

Токамак реакторыг одоогоор олон улсын шинжлэх ухааны ITER төслийн хүрээнд боловсруулж байна.

Өгүүллэг

Төхөөрөмж

Токамак нь тороид соронзон орон үүсгэхийн тулд ороомог ороосон тороид вакуум камер юм. Агаарыг эхлээд вакуум танхимаас шахаж, дараа нь дейтерий, тритий хольцоор дүүргэнэ. Дараа нь ашиглана индукторкамерт эргүүлэгтэй цахилгаан орон үүсдэг. Индуктор нь том трансформаторын анхдагч ороомог бөгөөд токамак камер нь хоёрдогч ороомог юм. Цахилгаан орон нь плазмын камерт гүйдэл гүйж, гал асаахад хүргэдэг.

Плазмаар урсах гүйдэл нь хоёр үүргийг гүйцэтгэдэг.

бусад дамжуулагчтай ижил аргаар плазмыг халаана (ом халаалт);
эргэн тойронд соронзон орон үүсгэдэг. Энэ соронзон орон гэж нэрлэдэг полоид(өөрөөр хэлбэл, дамжин өнгөрөх шугамын дагуу чиглэсэн туйлбөмбөрцөг координатын систем).

Ийм системд плазмыг тогтвортой байлгахын тулд полоид талбар байх шаардлагатай. Энэ нь индуктор дахь гүйдлийг нэмэгдүүлэх замаар үүсдэг бөгөөд энэ нь хязгааргүй байж чадахгүй тул сонгодог токамак дахь плазмын тогтвортой оршин тогтнох хугацаа хэдхэн секундээр хязгаарлагддаг. Энэ хязгаарлалтыг даван туулахын тулд гүйдлийг хадгалах нэмэлт аргуудыг боловсруулсан. Энэ зорилгоор дейтерий, тритий эсвэл богино долгионы цацрагийн түргэвчилсэн төвийг сахисан атомын плазм руу шахаж болно.

Тороид ороомогоос гадна плазмын утсыг хянахын тулд нэмэлт ороомог шаардлагатай. полоид талбайн ороомог. Эдгээр нь токамак тасалгааны босоо тэнхлэгийг тойрсон цагираг юм.

Токамакууд ба тэдгээрийн шинж чанарууд

Дэлхий дээр нийтдээ 300 орчим токамак барьсан. Тэдгээрийн хамгийн том нь доор жагсаав.

ЗХУ ба Орос

Казахстан

Казахстаны Материалын Судалгааны Токамак (KTM) нь ойролцоогоор эрчим хүчний ачааллын горимд материалыг судлах, турших туршилтын термоядролын байгууламж юм.