Токамаки - лидер в решении проблемы управляемого синтеза
Первый период термоядерных исследований в СССР
К первому периоду исследований по управляемому термоядерному синтезу (УТС) можно отнести 1951 - 1975 гг. К концу этого периода лидирующими установками магнитного удержания плазмы становятся системы с тороидальным электрическим током и сильным магнитным полем -токамаки. В связи с развитием термоядерного оружия эти исследования в начальный период носили сверхсекретный характер, что наложило отпечаток на историю их развития. Можно упомянуть, например, что принятию официальных программ по термоядерному синтезу в США и СССР способствовало заявление Президента Аргентины о якобы успешном проведении управляемой реакции синтеза в этой стране.
Термоядерные исследования начались в середине XX века, прежде всего в странах, разрабатывавших термоядерное оружие. Причина этого проста: именно в этих странах были накоплены знания и опыт осуществления дорогостоящих проектов, необходимых для таких исследований. Невероятные же по интенсивности темпы организации необходимых работ объясняются следующими двумя обстоятельствами.
1). Первоначальной целью создания термоядерных реакторов с дейтериевой плазмой было, прежде всего, производство ядерных материалов (зарядов) для термоядерного оружия. Стремление не отстать от соперника в оснащенности мощнейшим оружием было главным стимулом для принятия решений о проведении исследований по УТС как в СССР, так и в США [4].
2). Успех в создании ядерного оружия вселял уверенность в столь же быстром решении и проблемы создания термоядерного реактора. Эта надежда не оправдалась, но переориентировка программы на производство электроэнергии с использованием неисчерпаемого и экологичного источника реакций синтеза стала важнейшим стимулом для решения проблемы УТС во всем мире.
Следует отметить, что еще в 1955 г. на открытии Первой международной конференции по мирному использованию атомной энергии председательствующий X. Баба (Н. Ваhbа) высказал предположение, что "метод управляемого высвобождения энергии ядерного синтеза будет найден в предстоящие 20 лет", т.е. к 1975 г. [4]. В некотором смысле это предсказание действительно сбылось. К этому времени на токамаке Т-3 и его модификации Т-4 была продемонстрирована плазма с температурой масштаба 1 кэВ (1968-1969 гг.). В начале семидесятых годов происходит решительный переход на токамаки во многих лабораториях, связанных с магнитным удержанием плазмы. В Курчатовском институте 1975-й год завершается вводом в строй достаточно большого по тем временам токамака Т-10 (работа на нем продолжается и в наши дни). А на токамаке РLТ этого же поколения (введен в строй в том же году в Принстоне, США) с помощью инжекции пучка быстрых атомов дейтерия несколько позже (в 1978 г.) удалось получить плазму с температурой ионов 7 - 8 кэВ [4].
Рассматриваемый период связан в основном, с именем первого руководителя государственной программы исследований по УТС Л.А. Арцимовича, скончавшегося в 1973 г. На ранней стадии термоядерные исследования были строго засекречены даже после перемены их цели с поддержки военных программ на мирное использование ядерной энергии. Внутри Лаборатории измерительных приборов Академии наук (ЛИПАН - кодовое название будущего Курчатовского института) никто, кроме небольшой группы исследователей, не знал, что делается в новом здании Бюро электрических приборов (БЭП), стоящем недалеко от здания Отдела электроаппаратуры (ОЭА), где под руководством Л.А. Арцимовича разрабатывались методы электромагнитного разделения изотопов для наработки материала для атомных бомб. Даже в самых секретных отчетах одно время использовались загадочные слова: "гуща" (для обозначения плазмы), "высота" (температура), "струя" (магнитное поле). Так что, например, фраза "высокотемпературная плазма в магнитном поле" кодировалась странным выражением "высокая высота гущи в струе" [4].
Любопытно, что каждая из первых трех стран - участниц исследований по УТС на основе замкнутых тороидальных систем - открыла определенное направление магнитного удержания плазмы. Эксперименты с тороидальным газовым разрядом в Великобритании создали направление "тороидальные пинчи с обращенным тороидальным магнитным полем", сокращенно RFP (Reversed Field Pinch). В настоящее время соответствующие крупные установки имеются: одна — в Падуе (Италия), другая — в Бостоне (США). Предложение А.Д. Сахарова и И.Е. Тамма о "Магнитном термоядерном реакторе" привело к системам "токамак", занявшим лидерство в мировой программе исследований по УТС. Изобретение Л. Спитцером замкнутой системы магнитного удержания с вложенными магнитными поверхностями плазмы, на которых каждая магнитная силовая линия, проходя вдоль системы (топологического тора) с проворотом на некоторый угол ("вращательное преобразование"), плотно покрывает замкнутую тороидальную поверхность, породило фундаментальное научное направление стационарных "стеллараторных", или "винтовых систем" магнитного удержания плазмы. Эти системы задержались в своем развитии из-за их большей сложности и неудачных экспериментов первого периода их истории. В настоящее время они приобрели "второе дыхание" и наряду с традиционным подходом, самым большим их современным представителем является крупнейшая винтовая система LHD (Large Неliса1 Device) в Японии, а также развиваются усовершенствованные "advanced helical systems " (продвинутые винтовые системы), "живым" представителем которых является крупный стелларатор WVII-Х, строящийся в Грайфсвальде (Германия). В Принстонской лаборатории физики плазмы, начинавшей стеллараторные исследования, в настоящее время реализуются проекты компактного токамака и инновационного "квазисимметричного" стелларатора NCSX с самогенерирующимся "бутстрэп-током" (ток, связанный со спецификой дрейфовых траекторий в торе), что помогает улучшить параметры плазмы [4].
Другие статьи по теме
Расчёт теплотехнической эффективности замены барабанного холодильника на колосниковый на Паранайском цементном заводе
Наиболее
распространёнными холодильниками клинкера являются рекуператорные
(планетарные), колосниковые и барабанные (трубные). Известны и другие виды
холодильников, но масштабы их применения в промышленности менее значитель ...
Кулисный механизм. Практическое применение
УЛИСА (франц . coulisse), звено кулисного механизма,
вращающееся вокруг неподвижной оси и образующее с другим подвижным звеном
(ползуном) поступательную пару. По виду движения различают кулисы вращающиеся,
качающиеся, прямолинейн ...