Стеллараторы

* Heliotron-E, IMS, L-2, Shiela (см. табл.5.3) продолжали работать и после 1988 г.

** За исключением ATF (сейчас закрытого) и W7-X (в процессе создания) все установки работают и по сей день.

*** Ожидается, что W7-X достигнет параметров дейтериевой плазмы полученных в 1990 г. на больших токамаках.

В 1995 г. торсатрон Ураган 2М начал свою работу в Харькове, гелиаки H-1 в Канберре и TJ-II в Мадриде в 1993 и 1999 г. соответственно. Все они оснащены источниками дополнительного нагрева из различной комбинации нейтральной инжекции, ЭЦРН и ИЦРН. Параметры этих установок, за исключением Ураган-3 и Heliotron-E, которые продолжали свою работу, суммируются в таблице 4. Также приведены данные W7-X - новой большой установки, которая находиться в процессе сооружения в Грайсвальде в Германии [1], [10] (рис.16).

Необычное устройство, совмещающее в себе достоинства стеллараторов и токамаков, но без их недостатков, построили Дэвид Андерсон (David Anderson) и его коллеги из университета Висконсина-Мэдисона (University of Wisconsin-Madison). На испытаниях аппарат, потенциально способный стать термоядерным реактором, показал любопытные сочетания параметров, о чём его создатели и поведали в статье в журнале Physical Review Letters. Новый аппарат называется HSX (Helically Symmetric eXperiment) (рис.18). Его проектирование Андерсон сотоварищи начали 17 лет назад. Теперь эта машина заработала, и её создатели полагают, что HSX один из самых совершенных и перспективных стелларатор в мире. HSX — первый в мире стелларатор с так называемым квазисимметричным магнитным полем. Форму его (и поля, и стелларатора) учёные подбирали много лет. Но теперь машина работает и показывает очень обнадёживающие результаты [13].

Рис.17. Внутренний вид японского стелларатора Large Helical Device

Авторы этого небольшого чуда сообщают, что, сохранив прекрасную устойчивость плазмы, свойственную стеллараторам вообще, новый аппарат обладает значительно меньшей потерей энергии при большей электронной температуре, в сравнении со стеллараторами прежних схем. На основании результатов тестирования установки ее создатели утверждают, что по уровню потерь энергии плазмы он ничем не уступает современным токамакам. А ведь возможности конструкции не исчерпаны. Плазма в нем нагревается до температуры почти 20 миллионов градусов — отменный показатель [13]. Сейчас создатели устройства намерены ещё поработать над проектом и поднять параметры плазмы до новых высот.

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. Рис.18. HSX. Среднее расстояние от центра устройства до центра плазменного шнура равно 1,2 метра (фото University of Wisconsin-Madison).

Если продолжающиеся исследования приведут к созданию реактора, отдающего полезную мощность, то как будет выглядеть такое устройство?

Во-первых, стелларатор должен быть очень больших размеров, чтобы производить мощность большую, чем та, которая нужна для поддержания магнитного поля, необходимого для удержания плазмы. Если стелларатор увеличивается в размерах, причем напряженность магнитного поля и все другие его свойства остаются постоянными, то мощность, идущаяна поддержание магнитного поля, увеличивается только пропорционально линейным размерам. С другой стороны, получаемая термоядерная энергия возрастает пропорционально объему газа, т. е. пропорционально кубу линейных размеров. Критическая точка, в которой мощность, затрачиваемая на создание магнитного поля, равна мощности термоядерной реакции, может быть достигнута в установке очень больших размеров - с трубкой диаметром более метра и с аксиальной длиной в сотни метров. Полная мощность, создаваемая такой установкой, будет порядка миллиона киловатт. В качестве топлива для первого дающего полезную мощность стелларатора будет, вероятно, применяться смесь дейтерия и трития, так как синтез (слияние) ядер трития и дейтерия происходит в сто раз быстрее, чем слияние дейтонов между собой. Мощность будет отводиться из камеры реактора через прилегающую к ней оболочку, в которой будет по трубкам циркулировать вода. Содержащийся в воде водород будет получать энергию от нейтронов путем упругих столкновений, и вода, действуя как теплопередатчик, будет переносить тепло из стелларатора к внешним турбогенераторам. Чтобы пополнять расход трития, оболочка должна содержать литий; один из изотопов этого элемента сильно поглощает нейтроны, в результате чего происходит ядерное расщепление и образуются ядро трития и альфа-частица (ядро атома гелия). Оболочку будет окружать огромная катушка, по которой будет проходить электрический ток, создающий постоянное магнитное поле, необходимое для ограничения ионизованного газа.

Другие статьи по теме

Электроснабжение моечно-сушильного цеха фабрики ПОШ
Роль электроэнергетики заключается в обеспечении других отраслей хозяйства и населения. Ее назначение резко возросло в эпоху НТР в связи с развитием электронной промышленности и комплексной автоматизацией производства. Электро ...

Тепло-, гидро- и атомная энергетика в Запорожской области и её влияние на экологию края
Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества. Экологию рассматрив ...