Презентація "ТОКАМАК"

ТОКАМАК (ТОроїдальна КАмера з МАгнітними Котушками).

Схема майбутньої установки «токамак» була модернізована в 50-х роках ХХ сторіччя радянськими фізиками Ігорем Євгеновичем Таммом та Андрієм Дмитровичем Сахаровим, які розробили теоретичну основу термоядерного реактора, в якому плазма набуває тороїдальної форми та утримується магнітним полем.

Перший токамак під назвою Т-1 споруджено у 1955році в Радянському Союзі в Інституті атомної енергії ім. І. В. Курчатова. Авторами основних фізико-технічних ідей установки були вчені Н. А. Явлінський, І. М. Головін, Л. А. Арцимович.

Багаторічні дослідження утримання плазми в ТОКАМАКах показали, що процеси перенесення енергії та частинок перпендикулярно магнітному полю визначаються складними турбулентними процесами в плазмі. І хоча плазмові нестійкості, які відповідальні за аномальні втрати плазми вже визначені, теоретичне розуміння нелінійних процесів ще недостатнє для того, щоб, описати час життя плазми. 

Для екстраполяції часу життя плазми, отриманого в сучасних установках, до масштабів ТОКАМАКа-ITER, на даний момент, використовуються емпіричні закономірності - скейлінги. Один з таких скейлінгів (ITER-97 (y)), отриманий за допомогою статистичної обробки експериментальної бази даних з різних ТОКАМАКів, показує, що час життя зростає з ростом розміру плазми R, плазмового струму Iр, витягнутості перетину плазми k=b/а=4 і падає з ростом потужності нагріву плазми, Р:τE ~ R2 k0.9 Iр0.9 / P0.66 Залежність енергетичного часу життя від інших плазмових параметрів досить слабка. 

Принцип роботи ТОКАМАКа. Класичний ТОКАМАК представляє собою тороїдальну камеру, яка являється вторинною обмоткою трансформатора Камера наповнена газовою сумішшю D-T. Коли на індуктор, який являться первинною обмоткою трансформатора, подається потужний імпульс (сотні кілоампер), в камері виникає електричне поле, яке викликає індукційний струм, що іонізує і розігріває газ, перетворюючи його на плазму.

Магнітне поле струму стискає плазму в круговий шнур, відірваний від стінок і висячий на магнітних силових лініях. Струм в плазмі виконує й іншу суттєву роль - він здійснює початковий омічний нагрів плазми, як будь-якого провідника. Цей спосіб нагріву плазми дозволяє підняти її температуру до 20-25 млн градусів. Подальший нагрів плазми відбувається системою додаткового нагріву плазми. При досягненні високої температури в плазмі починаються термоядерні реакції синтезу, темп яких повинен бути достатньо високий для того, щоб весь процес був енергетично вигідним: вони повинні не тільки заповнювати втрати енергії на створення плазми, але і не давати їй швидко охолонути.

Основне магнітне поле в тороїдальній камері, яка містить гарячу плазму, створюється тороїдальними магнітними котушками. Істотну роль в рівновазі плазми грає плазмовий струм, який протікає вздовж тороїдального плазмового шнура і створює полоїдальне магнітне поле Вр, спрямоване уздовж малого обходу тора.  Таким чином, силові лінії магнітного поля утворюють в ТОКАМАці замкнуті, вкладені одна в одну тороїдальні магнітні поверхні. 

Принцип магнітного утримання і стабілізація плазми в ТОКАМАці полягає у використанні сильного магнітного поля для ізоляції гарячої суміші від першої стінки реактора. При тій температурі, яка потрібна для термоядерної реакції, суміш, яка реагує, повністю іонізована і складається з заряджених частинок іонів та електронів, які рухаються незалежно один від одного з відносно рідкими зіткненнями між собою

Токамаки сьогодніПерше десятиліття 21 сторіччя можна охарактеризувати як завершальний етап доби експериментальних токамаків перед появою промислових термоядерних реакторів. Найбільші з існуючих установок містять в собі майже усі функціональні та технологічні системи майбутнього реактора.

Перспективи. У наш час установка типу «токамак» вважається найперспективнішим пристроєм для здійснення керованого термоядерного синтезу. Саме тому в якості наступного етапу розвитку технології планується насамперед створення наступного покоління токамаків, у яких можна досягти синтезу, що самопідтримується.

Дякую за увагу!