Az INP "candy" RESIN-et készít

Az INP “candy” RESIN-et készít

Anton Sudnikov
"Tudomány első kéz" №5-6 (76), 2017

Novoszibirszk fizikusai, orosz és külföldi kollégáikkal együtt, a világ első ITER termonukleáris reaktorának megteremtésén dolgoznak, amelynek elindítása a jövő legfontosabb lépése a termonukleáris energia felé. ITER – tokamak, zárt mágneses berendezés a plazma bezárására. Ma a Nukleáris Fizikai Intézetben. Az orosz Tudományos Akadémia szibériai fiókjának GI Budker új formátumot is kifejlesztett a mágneses csapdák – nyílt típus alternatív változatához. A tudósok szerint a spirálszimmetriával rendelkező mágneses mező használata, amely alapot szolgáltatott egy csavaros RESIN csapda létrehozásához, lehetővé teszi, hogy a nyitott csapdák egyenlővé váljanak a felső tokamakokkal a plazma bezárása szempontjából.

A szerzőről

Anton Vyacheslavovich Sudnikov – Fizikai és matematikai tudomány kandidátusa, vezető kutató, Nukleáris Fizikai Intézet. GI Budker SB RAS (Novoszibirszk). 24 tudományos cikk szerzője és társszerzője.

A tudósok komolyan gondolkodnak az ellenőrzött termonukleáris fúzió lehetőségeiről az első hidrogénbombának tesztelése után, és az első feladat ebben az irányban a magas hőmérsékletű plazma "megszépítése" volt.Más szavakkal, a "csillag" anyag hőmérsékletének, sűrűségének és retenciós idejének bizonyos paramétereit kellett elérni.

Hogyan tartsuk meg a plazmát?

Ha a Napon a plazma tartja a gravitációs mezőt, akkor a Földön úgy döntöttek, hogy mágnesesen dolgoznak. Már 1950-ben a szovjet fizikusok, A.D. Szaharov és I.Ye. Tamm a fúziós reaktor létrehozásának ötletét állították fel a mágneses elszigetelés elvén alapulva, és javaslatot tettek egy zárt mágneses csapda fogalmára. Úgy tűnt tokamakon – toroid kamra mágneses tekercsekkel, vagy egyszerűen egy "bagel" árammal. A tokamák létrehozására irányuló munkákat L. A. Artsimovich vezette 1951-től a szabályozott termonukleáris fúziós szovjet program vezetőjeként.

"Tokamak" a "toroidális mágneses kamera" kifejezés rövidítése, amelyet I. V. Kurchatov akadémikus, I. N. Golovin akadémikus hallgatója javasol. Az első toroid rendszer létrehozója, N. A. Yavlinsky javasolta, hogy a hang "g" betűvel helyettesítse a "k" -t. Mint ilyen, ez a szó szerepel a világ minden nyelvén.

A "zárt" csapdák számos konfigurációját fejlesztették ki, de a T-3 tokamakon az első Kurchatov-intézetek Moszkvábanlenyűgöző eredményeket az akkoriban: plazma 10 millió Celsius foknál! Ezeket az eredményeket először az IAEA Plasma Physics és a szabályozott termonukleáris reakciók nemzetközi konferenciáján jelentették be, amely 1968-ban a Novoszibirszk Academgorodokban zajlott, és a tokamák azóta a világ termonukleáris programjának alapjává vált.

Azonban egyértelműen azt mondhatjuk, hogy tokamak "nyert", lehetetlen, amíg nincs egyetlen ipari fúziós állomás. Napjainkban aktívan vizsgálják és indítanak más, összetettebb zárt csapdákat. sztellarátorokatamelyet az amerikai L. Spitzer 1951-ben javasolt, valamint alternatív létesítmények – nyitott típusú csapdák. A nyitott geometria csapdák egyszerű geometriájában a plazmát a "hosszanti" mágneses mező bizonyos térfogatában tartják, és különböző típusú mágneses "dugókat" és speciális bõvítõket használnak annak megakadályozására, hogy az áramvezetékek mentén áramlanak.

A nyílt mágneses csapda fogalmát 1953-ban függetlenül két tudós (GI Budker, USSR) és R. Post (USA) javasolta. Hat évvel később, az ötlet érvényességét megerősítették a S. N. kísérletbenRodionov, az újonnan létrehozott Novosibirski Nukleáris Fizikai Intézet munkatársa a Szovjetunió Tudományos Akadémiája szibériai részlegének. Azóta az INP vezető szerepet tölt be a nyílt típusú csapdák tervezésében, kivitelezésében és kísérletezésében.

A Budker-Post tükörcellában a mágneses mező speciális konfigurációját használják a plazma korlátozására. A tükörcső vázlatán (a tetején) a befogott részecske pályájának egy részét mutatja. By: (Shoshin, 2007)

Természetesen Novoszibirszk tudósainak modern felszerelése kísérleti, és ezért kicsi, pulzáló. De elméletileg ez a típusú mágneses csapda ígéretes az ipari termonukleáris reaktorokban való felhasználásra, mivel számos potenciális előnye van a zárt rendszerekhez képest: egyszerűbb mérnöki megoldással, nagyobb hatékonysággal használják a mágneses mező energiáját, vagyis a nagyobb hatékonyságot. Ráadásul ezeknek az eszközöknek a működése álló helyzetben, ellentétben a tokamakokkal, nem okoz problémát.

Napjainkban az INP plazma laboratóriumaiból álló fizikusok egy új ötleten dolgoznak: egy spirális szimmetriával rendelkező mágneses mezőt használnak a nyitott csapdába eső hosszanti plazma veszteségek elnyomásáért,lehetővé téve a plazma forgásának szabályozását. E koncepció tesztelésére egy kísérleti RESIN egységet fejlesztettek ki és építettek (Spirál mágneses nyitott csapda).

"Mincer" a plazmához

Mi az új nyitott csapda, és hogyan különbözik a "progenitoroktól"?

Az összes nyitott csapdák fő jellemzője, hogy a mágneses mező vonalak nem záródnak, és a plazmát a közepén tartják. És a növények végein, az erők mentén, a plazma áramlik, és feladata az áramlás csökkentése. A veszteségek csökkentése az ilyen csapdák végein mágneses dugók, azaz élesen növeli a mágneses tér erősségét. az gáz dinamikus csapda (GDL), így nagyon szűkíthető a palack nyaka, ahonnan a plazma áramlik, de lehetetlen elkerülni a veszteségeket.

az hullámcsapda (GOL) mindkét oldalán nincs egy mágnescső, mint a GDL, de több a konfigurációtól függően. Például a GOL-3 telepítésében 52 volt, és a GOL-NB-14 mindkét végén. Ennek a kialakításnak köszönhetően a plazma nem csak átáramlik egy sima csőben, hanem olyan módon, ahogyan a mágneses mező "hullámossága" ellen dörzsöl. A súrlódási erő miatt az áramlás sebessége alacsonyabb, mint a hang, ami kevesebb veszteséget eredményez.Mivel a dugók közötti távolság mereven van beállítva, lehetetlen végtelenül zárni őket, de növelheti ezeknek a többcsatlakozó szakaszoknak a hosszát.

GOL-NB telepítés az INP SB RAS-on, GOL-3 hullámos mágneses csapda alapján. Az intézet ezen és más nyílt csapdái kísérleteket végeznek a plazmafizika tanulmányozására.

A plazmaáram sebességének csökkentése érdekében a többmagos szekvenciák elméletileg szó szerint a berendezés középpontjába kerülnének. Ebben az esetben maga a plazma "állni", és mentén "keresztülmegy" a mágneses dugókon, súrlódási erőt hozva és az anyagot húzva. A forgalmi dugók mozgatásának eszméje ugyanakkor egy több kimeneti csapda ötletével jött létre, de abban a pillanatban a feladat megvalósíthatatlannak és veszteségnek tekinthető: egy ilyen "futó" mező létrehozásához hihetetlen erő szükséges.

Az ötlet, hogy "megtévessze" az anyagot, hogy létrehozzon egy ilyen mágneses mezőt, úgyhogy a plazma "úgy tűnt" mozogjon a központ felé, 2012 végén jelent meg. Mint tudják, a plazma nyitott csapdában mindig forog, és vannak olyan feladatok, amikor forgatni kell . A kérdés egyszerű volt: ez a forgatás használható-e valami másra?

Az ötlet egy mágneses mező létrehozása volt.Képzeljünk el egy húsdaráló csavart, amely a darált húst a megfelelő irányba fordítja. Hasonlóképpen, a központi rekesz mindkét oldalán egy plazmával, a mező egy spirális vágása jön létre, de ugyanakkor más is – a jobb és bal csavarokkal. Egyrészt a mágneses mező a plazmát balra húzza, másrészt jobbra. Így mindkét végrész szivattyúzza a plazmát. Természetesen lehetetlen teljesen megszabadulni a veszteségektől: amikor a plazma áramlás gyengül, a részecskék nem ütköznek össze egymással. De ha sikerült olyan ritka az áramlás, akkor azt jelenti, hogy a plazma behatárolási paraméterek tekintetében kétszeresére nyerünk.

A spirális mágneses csapda belsejében a plazma mozgás rendszere optimális üzemmódban. Szerző: (Beklemishev, 2015)

Az új koncepció lehetővé teszi, hogy létrehozzon egy olyan rendszert, amely jellemzőihez hasonlítható a legjobb tokamakokhoz. Az egyetlen nehézség, hogy most ez az elmélet elméleti. 2017 novemberében fizikailag elindítottuk a PIT telepítését, és új színpadra költöztünk – a kísérleti programban.

Egyedülálló kísérletünkre nem annyira szükségünk van: egy csavaros mágneses cső, a csomópont, ahol a plazmát létrehozzák, valamint annak vevőjét, valamint a bővítőt, amely az anyagot mágneses mezőbe húzza.Most, miután elkezdtük a telepítést, elkezdtük "érezni" a plazmát és látni, hogyan változik a jellemzője a különböző üzemmódokban. Az elméleti számítások megerősítéséhez a plazma teljesítményének folyamatos javulást kell mutatnia egy spirális mágneses csatlakozóval ellátott készülékben, összehasonlítva egy hagyományos módszerrel.

Az INP SB RAS-ban létrehozott RESIN kísérleti nyitott csavaros mágneses csapda diagramja

Úgy tűnhet, hogy a nyitott csapdák konfigurációjának javítására tett lépés lépésről lépésre van, mert az egész világ ma zárt konfigurációjú csapdákkal dolgozik. De reméljük, hogy kísérletileg bemutatjuk a nyílt formák előnyeit. És ha bebizonyosodik, hogy a technikai nehézségek ellenére a nyitott mágneses csapó csavaros formája jelentősen megnöveli a plazma bezáródást, akkor az INP-ben tervezett, következő generációs eszközöket csavaros szakaszokkal látják el. Már látjuk az elérni kívánt utat és technikánk gyakorlati alkalmazását.

A csavaros csapdák neutronforrásként használhatók a plazmával érintkező anyagok viselkedésének tanulmányozásához szubkritikus (képtelen önállóan fenntartani a nukleáris reakciót), de elsősorban a "hagyományos" atomerőművek létrehozására. Egyes csavarfogók konfigurációi növelik a plazma áramlási sebességét 100 km / s-ra, ami előfeltétele az olyan űrhajó-motoroknak, amelyek műholdakat szállítanak egy geoszinkron pályáról, például a hold pályára.

A PITCH telepítése a szerelési szakaszban. Balra ésa csavaros rész jobb oldalán – plazmaforrás és vevő tartályai

Egy vagy két generáció nyitott csapdák után lehetőség nyílik teljes körű termonukleáris reaktorok létrehozására, továbbá a legjobb rízium üzemanyagokra (pl. Deutérium-deutérium vagy proton-bór szintézis reakció alkalmazásával). A Tokamak viszont a deutérium-trícium reakcióval dolgozik, ami a sugárvédelem komoly problémáját okozza. Nem anélkül, hogy az ITER-projektben annyi figyelmet fordítottak az ultra-erős anyagok létrehozására és az erőteljes biológiai védelemre. A két deutériummag fúziós reakciójában működő reaktorban a radioaktív trícium nem oldódik meg a szerkezeteken, ami sokkal egyszerűbbé teszi a biztonsági rendszereit.

A deutérium-trícium szintézis fúziós reakciójának előnye csak abban a tényben van, hogy az emberiség már megkapja a termonukleáris plazmát. Annak érdekében, hogy lehetséges egy másik, kevésbé energikusan elérhető reakció, sokkal többkörülbelülMagasabb hőmérséklet, sűrűség és plazma retenciós idő, de ilyen technológiákat még nem hoztak létre.

A PITCH kísérleti telepítés ünnepélyes ünnepségén. Balról jobbra: Az Atomfizikai Intézet igazgatója SB RAS, akadémikus P. V. Logachev, Novoszibirszk polgármestere A. Lokot, igazgatóhelyettes A Novoszibirszk régió megbízott kormányzója A. K. Sobolev, Oroszország FANO szibériai területi osztályának vezetője A. A. Kolovich, az SB RAS elnöke, V.N. Parmon akadémikus

Azonban a neutronmentes reaktorok távoli jövőjeként való említése szintén nem éri meg. A jobb plazma bezáródású nyitott csapdában elméletileg lehetséges a deutérium-deutérium reakcióhoz szükséges paraméterek elérése, miközben kísérletileg bebizonyosodott, hogy komoly korlátozások vannak ebben a tokamakban.

Természetesen a "csavaros" modellünket még mindig ellenőrizni és optimalizálni kell, ami sok kutatási és fejlesztési munkát igényel.De már világos, hogy ez egy érdekes tudományos történet kezdete, és végül olyan eredményekre várunk, amelyek nagyon fontosak lehetnek a jövő termonukleáris energia szempontjából.

A kiadvány a szerző archívumából származó fényképeket használt.

Ezt a munkát támogatta az Orosz Tudományos Tudományos Alapítvány 14-50-00080 "Az INP SB RAS kutatási és technológiai potenciáljának fejlesztése a gyorsító fizika, az elemi részecskefizika és a szabályozott termonukleáris fúzió területén a tudomány és a társadalom területén".

irodalom
1. Beklemishev A. D. Helicoidal rendszer axiális plazma szivattyúzáshoz lineáris csapdákban // Fusion sci. Technol. 2013. V. 63. N. 1. P. 355-357.
2. Beklemishev A. D. Sugárirányú és tengelyirányú szállítás csőcsonk-csomópontokkal. AIP konferencia-előadások. 2016. DOI: 10.1063 / 1.4964191.
3. Beklemishev A. D. Helikális plazmavezérlő // Phys. Plazmák. 2015. V. 22. N. 10. DOI: 10.1063 / 1.4932075.
4. Budker G.I., Mirnov V.V., Ryutov D.D. Gázkonferencia // Nemzetközi konferencia a plazmaelméletről. Kiev, 1971. Kiadta: ITP AS USSR, 1972, p. 145.
5. Postupaev V.V., Sudnikov A.V., Beklemishev A.D. & Ivanov I.A. Mágneses csapdák. Fusion Eng. Design. 2016. V. 106. o. 29-33.
6. Sudnikov A. V., Beklemishev A. D., Postupaev V. V. és mtsai. SMOLA eszköz a Helical Mirror Concept Explorationhez // Fusion Eng. Design. 2017. V. 122. P. 86-93.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: