إنشاء نظام نووي حراري يعتمد على فخ مفتوح. انقلاب نووي حراري صامت

أفادت شبكة NSN أن العلماء في معهد الفيزياء النووية (INP) حققوا تسخينًا مستقرًا للبلازما إلى 10 ملايين درجة مئوية. نائب مدير INP لـ عمل علميالكسندر ايفانوف. وأوضح العالم ما هي الآفاق التي يفتحها هذا التطور ولماذا، من حيث المبدأ، يلغي خلق النفايات المشعة.

- بدأ BINP في النظر في خيارات إنشاء نظام نووي حراري يعتمد على فخ مفتوح. ماذا يعني هذا؟

إذا كنا نتحدث عن تسخين البلازما بمقدار 10 ملايين درجة، فيجب أن نتذكر أن درجة الحرارة هذه أعلى مما هي عليه في مركز الشمس. وبطبيعة الحال، لا يمكن احتواء مثل هذه البلازما الساخنة في نوع ما من الأوعية ذات الجدران المادية - حتى لو كانت سميكة للغاية، فإنها ستظل تحترق. لتجنب ذلك، أي الاحتفاظ بالبلازما الساخنة، هناك طريقتان على الأقل.

الأول هو عندما يتم وضع البلازما في مجال مغناطيسي حلقي قوي، مما يغير مسار جزيئات البلازما، وبعد ذلك تبدأ في التحرك في دوائر ملتفة حول خطوط المجال. حقل مغناطيسي. في هذه الحالة، لا تتحرك البلازما عبر المجال المغناطيسي، مما لا يؤدي إلى تدفق الحرارة. هذا المبدأ هو الأساس لمنشآت توكاماك، التي لها شكل "دونات" بداخلها مجال مغناطيسي، والمقترحة في بلدنا لحصر البلازما مغناطيسيًا من أجل الاندماج النووي الحراري المتحكم فيه. في سباق الأفكار حول كيفية إنشاء الشمس على الأرض، تتصدر هذه المنشآت الآن.

هناك نظام آخر. ببساطة، هذا عبارة عن أنبوب مصيدة طويل مفتوح مع مجال مغناطيسي طولي، حيث يتم منع البلازما من ملامسة الجدار، ولكنها تنتشر بحرية نسبيًا على طول وتضرب الجدران النهائية. في هذه المصائد، تعلمنا كيفية صنعها بحيث يتم تقليل فقدان الحرارة على طول المجال المغناطيسي بشكل كبير مقارنة بالتمدد الحر للبلازما.

- إلى أي مدى نحن بعيدون عن إنشاء مفاعل نووي حراري؟

هناك مفاعلات يعتمد مبدأ تشغيلها على التوكاماك، وأخرى على المصائد المفتوحة، وهناك أيضًا على سبيل المثال الأنظمة النبضية، عندما يتم إشعال قطرة من وقود التريتيوم-الديوتيريوم بالليزر، وتحترق في أجزاء من المليون من الثانية، توفير الطاقة.

أما بالنسبة للتوكاماك، ففي غضون 10 سنوات، سيتم إطلاق مفاعل ITER الكبير في فرنسا - وهو هيكل سيكلوب شديد التعقيد، حيث سيتم عرض احتراق البلازما النووية الحرارية. علاوة على ذلك، فإن درجة الحرارة هناك أعلى بحوالي 10 مرات مما كانت عليه في هذه اللحظةيمكننا الآن الوصول إلى الفخاخ المفتوحة.

ولكن، مع ذلك، عند درجة حرارة 10 ملايين درجة، من الممكن القيام بأشياء مفيدة للغاية - على وجه الخصوص، مصدر قوي للغاية للنيوترونات، وهو أمر ضروري، على سبيل المثال، لاختبار مواد مفاعل نووي حراري مستقبلي. (أي أن جدران التوكاماك أثناء الاختبار ستتعرض لتدفق قوي جدًا من النيوترونات، وبالتالي سيتمكن العلماء من محاكاة الوضع بشكل كامل.) يمكن أيضًا استخدام مصادر النيوترونات كمحركات لمفاعلات الانشطار دون الحرجة - حيث يتم إدخالها داخل نظام مفاعل نووي يعمل بمعامل كسب أقل من الوحدة. وهذا يزيد بشكل كبير من سلامة النظام دون الحرج، والذي يلغي من حيث المبدأ احتمال وقوع حوادث من نوع تشيرنوبيل.

- ما هو نوع الاختراق الذي يعتبر إنجازك "محفوفًا به"؟

والآن وصلنا نحن المتخصصين النوويين الروس إلى المستوى الذي يمكننا من خلاله البدء في تصميم نماذج أولية لمثل هذه المصادر النيوترونية القوية. إذا نظرنا إلى المدى الطويل، فلا أرى أي قيود على عدم زيادة درجة حرارة تسخين البلازما إلى 10 ملايين، ولكن، على سبيل المثال، إلى 300 مليون درجة.

بناءً على هذه الفرضية، نحن في BINP ندرس إمكانيات إنشاء الجيل التالي من المصائد، والتي سيتم زيادة معلماتها بشكل كبير. وسوف نفكر جديًا في إنشاء مفاعل ITER بديل. وإذا نجح كل هذا، فإن مفاعلنا النووي الحراري القائم على المصيدة المفتوحة قد يكون أكثر جاذبية تجارياً من المفاعل القائم على التوكاماك، ولا يمكن للبنية التي يجري إنشاؤها في فرنسا أن تنافسه من حيث البساطة التقنية.

لقد وصلنا الآن إلى المستوى الذي يمكننا عنده البدء في تصميم نماذج أولية لمثل هذه المصادر النيوترونية القوية. إذا نظرنا إلى المدى الطويل، فلا أرى أي قيود على عدم زيادة درجة حرارة تسخين البلازما إلى 10 ملايين، ولكن، على سبيل المثال، إلى 300 مليون درجة.

بناءً على هذه الفرضية، نحن في BINP ندرس إمكانيات إنشاء الجيل التالي من المصائد، والتي سيتم زيادة معلماتها بشكل كبير. وسوف نفكر بجدية في إنشاء مفاعل بديل. وإذا سارت الأمور على ما يرام، فقد يكون مفاعل الاندماج النووي المعتمد على المصيدة المفتوحة أكثر جاذبية تجاريًا من المفاعل المعتمد على التوكاماك.

- المفاعلات المعتمدة على المصيدة المفتوحة... ما هي النواحي الأخرى التي تفضلها على التوكاماك؟

ونأمل أن يكون ظهور المفاعلات المعتمدة على المصائد المفتوحة، والذي نعمل عليه حالياً، ممكناً مع بعض التطوير. لديهم مزايا معينة مقارنة بالتوكاماك. وأخيرًا وليس آخرًا، أقصد إمكانية العمل على الوقود النووي الحراري، الذي إما لا ينتج النيوترونات على الإطلاق أو ينتج القليل جدًا منها، وهو ما لا ينطوي على مشكلة تخزين النفايات المشعة والتخلص منها على المدى الطويل.

دعونا نلاحظ أن معهد الفيزياء النووية قد أعلن بالفعل عن خطط لتطوير مفاعل ITER بديل. ويخطط المعهد لوضع اللمسات الأخيرة على الأساس الفني والاقتصادي لمشروع نموذج أولي لمفاعل بديل يحمل الاسم الرمزي GDML (مصيدة الغاز الديناميكية).

9 أغسطس 2016 الساعة 10.40نهج صحفي مع المشاركين الرئيسيين في الحادي عشر المؤتمر الدوليعلى الأنظمة المغناطيسية المفتوحة لحبس البلازما. سيتحدثون عن أحدث نتائج الرائدة المراكز العلميةتشارك في البحوث في هذا المجال. على سبيل المثال، طور العلماء في معهد الفيزياء النووية SB RAS طريقة واعدة لتوليد البلازما باستخدام إشعاع الموجات الدقيقة عالي الطاقة في مصيدة مغناطيسية مفتوحة واسعة النطاق (GDT). سمحت هذه الطريقة بإجراء تجارب ناجحة لتحسين حبس البلازما مع المعلمات الموجودة في النطاق النووي الحراري. بالإضافة إلى ذلك، في تركيب معهد الفيزياء النووية SB RAS، تمت دراسة تشتت بقع التنغستن السائل في المفاعلات النووية الحرارية في المستقبل.

المشاركون في المقاربة الصحفية:

1. الكسندر الكسندروفيتش ايفانوف، دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية، نائب مدير معهد الفيزياء النووية SB RAS للعمل العلمي.

2. الكسندر جيناديفيتش شالاشوف، دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية، رئيس قطاع طرق الموجات الدقيقة لتسخين البلازما في معهد الفيزياء التطبيقية التابع لأكاديمية العلوم الروسية (نيجني نوفغورود).

3.يوسوكي ناكاشيما , أستاذ بمركز أبحاث البلازما بجامعة تسوكوبا باليابان. (البروفيسور ناكاشيما يوسوكي، مركز أبحاث البلازما، جامعة تسوكوبا، اليابان)

4. تايهوب أوه، أستاذ بالمعهد الوطني البحوث النووية الحرارية، دايجون، كوريا. (البروفيسور لو تايهيوب، المعهد الوطني لأبحاث الاندماج، دايجيونغ، كوريا).

ويعقد المؤتمر كل عامين، بالتناوب في مواقع المراكز العلمية في روسيا (نوفوسيبيرسك، BINP SB RAS)، واليابان وكوريا. المجالات الرئيسية التي سيتم تقديمها هي فيزياء حبس البلازما في المصائد المفتوحة، وأنظمة التدفئة للمصائد المفتوحة، وتشخيص البلازما، وتفاعل البلازما مع السطح.

هناك العديد من الخيارات التي على أساسها سيكون من الممكن في المستقبل بناء مفاعل نووي حراري - توكاماك، ستيلاريتور، الفخاخ المفتوحة، التكوين الميداني المعكوس وغيرها. في الوقت الحاضر، تعد منطقة توكاماك هي المنطقة الأكثر تطورًا، لكن الأنظمة البديلة تتمتع أيضًا بعدد من المزايا: فهي أبسط من الناحية الفنية ويمكن أن تكون أكثر جاذبية من الناحية الاقتصادية كمفاعل. ربما سيتم استبدال التوكاماك في المستقبل أو سيبدأ في التعايش مع أنواع أخرى من الفخاخ. يعمل BINP SB RAS على اتجاه بديل - الفخاخ المفتوحة لحبس البلازما.

في السابق، كان يُعتقد أن هذا النوع من التثبيت يمكن اعتباره أداة لدراسة الخصائص الأساسية للبلازما، فضلاً عن كونه بمثابة دعم للتجارب الخاصة بالمفاعل النووي الحراري التجريبي الأول ITER.

ومع ذلك، فإن النتائج الأخيرة - تسخين البلازما إلى درجة حرارة 10 مليون درجة في مصيدة GDT المفتوحة (BINP SB RAS، روسيا) وإظهار الحالة شبه الثابتة للبلازما في منشأة S-2 (Tri Alpha Energy، الولايات المتحدة الأمريكية) - وقد بينت ذلك في أنظمة بديلةمن الممكن تحقيق معلمات بلازما أعلى بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.

أكبر المصائد المفتوحة تعمل في روسيا، اليابان، الصين، كوريا الجنوبيةوالولايات المتحدة الأمريكية.

جهات الاتصال للاعتماد:

علاء سكوفورودينا،
أخصائي العلاقات العامة، BINP SB RAS،
ر.ت+7 383 329-47-55، ر.ت+7 913 9354687، البريد الإلكتروني:

معلومات موجزة عن أنواع نماذج مفاعل الاندماج

توكاماك(اختصار لـ "الغرفة المغناطيسية الحلقية")، وهي مصيدة مغناطيسية مغلقة على شكل طارة ومصممة لتكوين واحتواء البلازما ذات درجة الحرارة العالية. تم تصميم وإنشاء توكاماك لحل مشكلة الاندماج النووي الحراري المتحكم فيه وإنشاء مفاعل نووي حراري.

فتح الفخاخ- نوع من المصيدة المغناطيسية لحصر البلازما النووية الحرارية في مساحة معينة من الفضاء، محدودة في الاتجاه على طول المجال المغناطيسي. على عكس المصائد المغلقة (توكاماك، النجوم)، التي لها شكل حلقي، تتميز المصائد المفتوحة بهندسة خطية، مع خطوط المجال المغناطيسي التي تتقاطع مع الأسطح النهائية للبلازما. تتمتع المصائد المفتوحة بعدد من المزايا المحتملة مقارنة بالمصائد المغلقة. إنها أبسط من الناحية الهندسية، فهي تستخدم طاقة المجال المغناطيسي الذي يحصر البلازما بشكل أكثر كفاءة، ومن الأسهل حل مشكلة إزالة الشوائب الثقيلة ومنتجات التفاعل النووي الحراري من البلازما، ويمكن أن تعمل العديد من أنواع المصائد المفتوحة في مكان ثابت وضع. ومع ذلك، فإن إمكانية تحقيق هذه المزايا في مفاعل الاندماج القائم على المصائد المفتوحة تتطلب أدلة تجريبية.

استنادًا إلى مواد من D. D. Ryutov، Open traps، UFN 1988، المجلد 154، الصفحة 565.

ربما لا يوجد مجال للنشاط البشري مليء بخيبات الأمل والأبطال المرفوضين مثل محاولات الإبداع الطاقة النووية الحرارية. المئات من مفاهيم المفاعلات، وعشرات الفرق التي أصبحت دائمًا المفضلة لدى ميزانيات الجمهور والدولة، وأخيرًا بدا أن هناك فائزًا في شكل التوكاماك. وهنا مرة أخرى - تعمل إنجازات علماء نوفوسيبيرسك على إحياء الاهتمام في جميع أنحاء العالم بمفهوم تم الدوس عليه بقسوة في الثمانينيات. والآن مزيد من التفاصيل.

مصيدة GDL المفتوحة التي أسفرت عن نتائج مبهرة

من بين مجموعة متنوعة من المقترحات حول كيفية استخراج الطاقة من الاندماج النووي الحراري، فهي أكثر توجهاً نحو الحبس الثابت للبلازما النووية الحرارية السائبة نسبيًا. على سبيل المثال، مشروع ITER وعلى نطاق أوسع - مصائد توكاماك الحلقية والنجوم - يأتي من هنا. هم حلقية لأن ابسط شكلوعاء مغلق مصنوع من المجالات المغناطيسية (بسبب نظرية تمشيط القنفذ، لن يكون من الممكن صنع وعاء كروي). ومع ذلك، في فجر البحث في مجال الاندماج النووي الحراري الخاضع للرقابة، لم تكن المفضلة هي الفخاخ ذات الهندسة المعقدة ثلاثية الأبعاد، ولكن محاولات احتواء البلازما في ما يسمى الفخاخ المفتوحة. وعادة ما تكون هذه أيضًا أوعية مغناطيسية أسطوانية يتم فيها الاحتفاظ بالبلازما جيدًا في الاتجاه الشعاعي وتتدفق من كلا الطرفين. فكرة المخترعين هنا بسيطة - إذا كان تسخين بلازما جديدة عن طريق تفاعل نووي حراري أسرع من استهلاك الحرارة المتسربة من الأطراف - فبارك الله فيه، مع انفتاح وعاءنا، سيتم توليد الطاقة ، لكن التسرب سيستمر في حدوثه في وعاء التفريغ وسيبقى الوقود في المفاعل حتى يحترق.

فكرة المصيدة المفتوحة هي عبارة عن أسطوانة مغناطيسية ذات سدادات/مرايا في الأطراف وموسعات خلفها.

بالإضافة إلى ذلك، في جميع المصائد المفتوحة، يتم استخدام طريقة أو أخرى لمنع البلازما من الهروب عبر النهايات - والأبسط هنا هو زيادة المجال المغناطيسي بشكل حاد في النهايات (تثبيت "المقابس" المغناطيسية في المصطلحات الروسية أو "المرايا" "في المصطلحات الغربية)، في حين أن الجسيمات المشحونة الواردة سوف ترتد في الواقع من سدادات المرآة ولن يمر عبرها سوى جزء صغير من البلازما ويدخل في موسعات خاصة.

وصورة أقل تخطيطية قليلاً لبطلة اليوم - تتم إضافة غرفة مفرغة تطير فيها البلازما وجميع أنواع المعدات.

تم إجراء أول تجربة باستخدام المصيدة "المرآة" أو "المفتوحة"، وهي مصيدة خيار Q، في عام 1955 في مختبر لورانس ليفرمور الوطني الأمريكي. لسنوات عديدة، أصبح هذا المختبر رائدًا في تطوير مفهوم CTS استنادًا إلى المصائد المفتوحة (OT).

أول تجربة في العالم - فخ مفتوح بمرايا مغناطيسية - خيار

بالمقارنة مع المنافسين المغلقين، تشمل مزايا OL الهندسة الأبسط بكثير للمفاعل ونظامه المغناطيسي، وبالتالي تكلفته المنخفضة. وهكذا، بعد سقوط المفاعل الأول المفضل لدى CTS - مفاعلات Z-pinch، حصلت المصائد المفتوحة على أقصى قدر من الأولوية والتمويل في أوائل الستينيات، حيث وعدت بحل سريع مقابل القليل من المال.

أوائل الستينيات، فخ الطاولة

ومع ذلك، لم يكن من قبيل المصادفة أن نفس Z-pinch تقاعد. ارتبطت جنازته بمظهر من مظاهر طبيعة البلازما - عدم الاستقرار الذي دمر تكوينات البلازما عند محاولة ضغط البلازما بمجال مغناطيسي. وهذه الميزة بالتحديد، التي لم تتم دراستها بشكل جيد منذ 50 عامًا، هي التي بدأت على الفور في إثارة غضب المجربين باستخدام الفخاخ المفتوحة. تجبرنا عدم استقرار الفلوت على تعقيد النظام المغناطيسي، حيث نقدم، بالإضافة إلى الملفات اللولبية المستديرة البسيطة، "عصي Ioffe" و"فخاخ البيسبول" و"ملفات yin-yang" وتقليل نسبة ضغط المجال المغناطيسي إلى ضغط البلازما (المعلمة β) .

"مصيدة البيسبول" ذات المغناطيس فائق التوصيل، لعبة البيسبول II، منتصف السبعينيات

بالإضافة إلى ذلك، يحدث تسرب البلازما بشكل مختلف بالنسبة للجسيمات ذات الطاقات المختلفة، مما يؤدي إلى عدم توازن البلازما (أي طيف غير ماكسويلي لسرعات الجسيمات)، مما يسبب عددًا من حالات عدم الاستقرار الأخرى غير السارة. تؤدي حالات عدم الاستقرار هذه، بدورها، إلى "اهتزاز" البلازما، وتسريع خروجها عبر الخلايا المرآة النهائية. خيارات بسيطةوصلت المصائد المفتوحة إلى الحد الأقصى لدرجة حرارة وكثافة البلازما المحصورة، وكانت هذه الأرقام أقل بكثير من تلك اللازمة للتفاعل النووي الحراري. كانت المشكلة بشكل رئيسي هي التبريد الطولي السريع للإلكترونات، مما أدى بعد ذلك إلى فقدان الأيونات للطاقة. وكانت هناك حاجة لأفكار جديدة.

أنجح مصيدة القطبين TMX-U

يقترح الفيزيائيون حلولًا جديدة تتعلق في المقام الأول بتحسين الحبس الطولي للبلازما: الحبس القطبي، والفخاخ المموجة، والفخاخ الديناميكية للغاز.

• يعتمد الحبس القطبي على حقيقة أن الإلكترونات "تتدفق" من مصيدة مفتوحة أسرع بـ 28 مرة من أيونات الديوتيريوم والتريتيوم، وينشأ فرق محتمل في نهايات المصيدة - موجب من الأيونات الداخلية وسالبة من الخارج. إذا تم تضخيم الحقول ذات البلازما الكثيفة في نهايات التثبيت، فإن الإمكانات القطبية في البلازما الكثيفة سوف تمنع المحتويات الداخلية الأقل كثافة من التشتت.
• تخلق المصائد المموجة مجالًا مغناطيسيًا "مضلعًا" في النهاية، حيث يتم إبطاء تمدد الأيونات الثقيلة بسبب "الاحتكاك" بحقل المصيدة المحبوس في "التجاويف".
• أخيرًا، تخلق المصائد الديناميكية الغازية باستخدام مجال مغناطيسي تماثلًا لوعاء به ثقب صغير، تتدفق منه البلازما بسرعة أقل مما هي عليه في حالة "سدادات المرآة".

ومن المثير للاهتمام أن كل هذه المفاهيم التي بنيت على أساسها المنشآت التجريبية كانت تتطلب المزيد من التعقيد في هندسة المصائد المفتوحة. بادئ ذي بدء، هنا، لأول مرة، تظهر مسرعات معقدة من الحزم المحايدة في CTS، والتي تسخن البلازما (في المنشآت الأولى، تم تحقيق التسخين عن طريق التفريغ الكهربائي التقليدي) وتعديل كثافتها في التثبيت. تتم أيضًا إضافة تسخين الترددات الراديوية، والذي ظهر لأول مرة في مطلع الستينيات والسبعينيات في التوكاماك. ويجري بناء منشآت كبيرة ومكلفة: Gamma-10 في اليابان، وTMX في الولايات المتحدة الأمريكية، وAMBAL-M، وGOL، وGDL في معهد نوفوسيبيرسك للفيزياء النووية.

يوضح الرسم التخطيطي للنظام المغناطيسي وتسخين البلازما لجاما-10 بوضوح مدى التقدم الذي أحرزناه حلول بسيطة OL بحلول الثمانينات.

في الوقت نفسه، في عام 1975، في مصيدة 2X-IIB، كان الباحثون الأمريكيون هم الأوائل في العالم الذين حققوا درجة حرارة أيونية رمزية تبلغ 10 كيلو فولت - وهي الأمثل للحرق النووي الحراري للديوتيريوم والتريتيوم. تجدر الإشارة إلى أنه في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، تميزوا بالسعي وراء درجة الحرارة المطلوبة بأي شكل من الأشكال، لأن... تحدد درجة الحرارة ما إذا كان المفاعل سيعمل على الإطلاق، في حين يمكن تعويض معلمتين أخريين - الكثافة ومعدل تسرب الطاقة من البلازما (أو ما يسمى "زمن الانتظار") عن طريق زيادة حجم المفاعل. ومع ذلك، على الرغم من الإنجاز الرمزي، كان 2X-IIB بعيدًا جدًا عن أن يسمى مفاعلًا - كان إنتاج الطاقة النظري 0.1٪ من تلك التي تم إنفاقها على حبس البلازما والتدفئة. ظلت مشكلة خطيرة درجة حرارة منخفضةالإلكترونات - حوالي 90 فولت على خلفية 10 كيلو فولت من الأيونات، وذلك بسبب حقيقة أن الإلكترونات تم تبريدها بطريقة أو بأخرى على جدران الحجرة المفرغة التي يوجد بها المصيدة.

عناصر المصيدة القطبية البائدة الآن AMBAL-M

كانت بداية الثمانينيات بمثابة ذروة تطور هذا الفرع من CTS. ذروة التطوير هي مشروع MFTF الأمريكي بقيمة 372 مليون دولار (أو 820 مليون دولار بأسعار اليوم، مما يجعل المشروع أقرب من حيث التكلفة إلى آلة مثل Wendelstein 7-X أو K-STAR tokamak).

الوحدات المغناطيسية فائقة التوصيل MFTF…

وينتهي جسمه بمغناطيس فائق التوصيل يزن 400 طن

لقد كان فخًا ثنائي القطب مزودًا بمغناطيسات فائقة التوصيل، بما في ذلك. تحفة محطة "يين يانغ" والعديد من أنظمة تشخيص البلازما وتسخينها، وهو رقم قياسي من جميع النواحي. تم التخطيط لتحقيق Q = 0.5، أي. إن إنتاج الطاقة للتفاعل النووي الحراري أقل مرتين فقط من تكلفة صيانة تشغيل المفاعل. ما هي النتائج التي حققها هذا البرنامج؟ وتم إغلاقه بقرار سياسي في دولة قريبة من الاستعداد للانطلاق.

قم بإنهاء MFTF "Yin-Yang" أثناء التثبيت في غرفة مفرغة بطول 10 أمتار للتركيب. وكان من المفترض أن يصل طوله إلى 60 مترا.

على الرغم من صعوبة تفسير هذا القرار الصادم من جميع الجهات، إلا أنني سأحاول.
وبحلول عام 1986، عندما كان فريق MFTF جاهزًا للانطلاق، أضاء نجم مفضل آخر في أفق مفاهيم إدارة التعاون الفني. بديل بسيط ورخيص للمصائد المفتوحة "البرونزية"، والتي أصبحت في ذلك الوقت معقدة للغاية ومكلفة على خلفية المفهوم الأصلي في أوائل الستينيات، كل هذه المغناطيسات فائقة التوصيل ذات التكوينات المحيرة، والحاقن المحايدة السريعة، وترددات الراديو القوية أنظمة تسخين البلازما، ودوائر قمع عدم الاستقرار المحيرة - يبدو أن مثل هذه المنشآت المعقدة لن تصبح أبدًا النموذج الأولي لمحطة الطاقة النووية الحرارية.

JET في تكوين المحدد الأصلي وملفات النحاس.

لذلك توكاماك. في أوائل الثمانينات، وصلت هذه الآلات إلى معلمات البلازما الكافية لحرق تفاعل نووي حراري. وفي عام 1984، تم إطلاق طائرة JET tokamak الأوروبية، والتي يجب أن تظهر Q=1، وتستخدم مغناطيسات نحاسية بسيطة، وتبلغ تكلفتها 180 مليون دولار فقط. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وفرنسا، تم تصميم توكاماك فائقة التوصيل، والتي لا تهدر أي طاقة تقريبًا في تشغيل النظام المغناطيسي. وفي الوقت نفسه، لم يتمكن الفيزيائيون الذين يعملون على المصائد المفتوحة لسنوات من إحراز تقدم في زيادة استقرار البلازما ودرجة حرارة الإلكترون، وأصبحت الوعود بإنجازات MFTF غامضة بشكل متزايد. بالمناسبة ، ستظهر العقود القادمة أن الرهان على التوكاماك كان مبررًا نسبيًا - كانت هذه الفخاخ هي التي وصلت إلى مستوى القوة و Q التي كانت محل اهتمام مهندسي الطاقة.

نجاحات المصائد المفتوحة والتوكاماك في بداية الثمانينات على خريطة "المعلمة الثلاثية". سوف تصل JET إلى نقطة أعلى قليلاً من "TFTR 1983" في عام 1997.

إن القرار بشأن القوة المتعددة الجنسيات يقوض أخيرًا موقف هذا الاتجاه. على الرغم من استمرار التجارب في معهد نوفوسيبيرسك للفيزياء النووية وفي منشأة جاما-10 اليابانية، إلا أن البرامج الناجحة إلى حد ما لسابقيها TMX و2X-IIB تم إغلاقها أيضًا في الولايات المتحدة.
نهاية القصة؟ لا. حرفيا أمام أعيننا، في عام 2015، تحدث ثورة هادئة مذهلة. باحثون من معهد الفيزياء النووية سمي بهذا الاسم. Budkera في نوفوسيبيرسك، الذي قام باستمرار بتحسين مصيدة GDL (بالمناسبة، تجدر الإشارة إلى أنه في الغرب، سادت المصائد القطبية بدلاً من المصائد الديناميكية الغازية) وصل فجأة إلى معلمات البلازما التي تنبأ بها المتشككون على أنها "مستحيلة" في الثمانينيات.

مرة أخرى جي دي إل. الأسطوانات الخضراء البارزة في اتجاهات مختلفة هي الحاقنات المحايدة، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

المشاكل الرئيسية الثلاثة التي دفنت الفخاخ المفتوحة هي استقرار MHD في تكوين متماثل المحور (يتطلب مغناطيسات معقدة الشكل)، وعدم توازن وظيفة توزيع الأيونات (الاستقرار الجزئي)، وانخفاض درجة حرارة الإلكترون. في عام 2015، وصلت قيمة GDL، بقيمة بيتا 0.6، إلى درجة حرارة إلكترون قدرها 1 كيلو إلكترون فولت. كيف حدث هذا؟
أدى الابتعاد عن التماثل المحوري (الأسطواني) في الستينيات في محاولات التغلب على عدم استقرار الفلوت وغيره من حالات عدم الاستقرار في بلازما MHD، بالإضافة إلى المضاعفات الأنظمة المغناطيسيةأيضا إلى زيادة فقدان الحرارة من البلازما في الاتجاه الشعاعي. استخدمت مجموعة من العلماء الذين يعملون مع GDL فكرة من الثمانينات لتطبيق مجال كهربائي شعاعي يخلق بلازما دوامية. أدى هذا النهج إلى نصر رائع - مع بيتا 0.6 (دعني أذكرك أن هذه النسبة من ضغط البلازما إلى ضغط المجال المغناطيسي هي معلمة مهمة جدًا في تصميم أي مفاعل نووي حراري - حيث يتم تحديد معدل وكثافة إطلاق الطاقة بواسطة ضغط البلازما، وتكلفة المفاعل تحدد قوة مغناطيساته)، مقارنة ببلازما توكاماك 0.05-0.1 مستقرة.

تسمح لنا أدوات القياس "التشخيصية" الجديدة بفهم فيزياء البلازما بشكل أفضل في GDT

المشكلة الثانية المتعلقة بعدم الاستقرار الجزئي، الناجمة عن نقص الأيونات ذات درجة الحرارة المنخفضة (التي يتم سحبها من نهايات المصيدة بواسطة جهد ثنائي القطب) تم حلها عن طريق إمالة محاقن الشعاع المحايد بزاوية. يؤدي هذا الترتيب إلى إنشاء قمم لكثافة الأيونات على طول مصيدة البلازما، والتي تمنع الأيونات "الساخنة" من الهروب. يؤدي الحل البسيط نسبيًا إلى قمع كامل لعدم الاستقرار الجزئي وإلى تحسن كبير في معلمات حبس البلازما.

تدفق النيوترونات من الاحتراق النووي الحراري للديوتيريوم في مصيدة GDL. النقاط السوداء هي قياسات، والخطوط هي قيم محسوبة مختلفة لمستويات مختلفة من عدم الاستقرار الجزئي. الخط الأحمر - يتم قمع عدم الاستقرار الجزئي.

وأخيرًا، فإن "حفار القبر" الرئيسي هو انخفاض درجة حرارة الإلكترون. على الرغم من تحقيق المعلمات النووية الحرارية للأيونات الموجودة في المصائد، إلا أن درجة حرارة الإلكترون المرتفعة هي المفتاح لمنع الأيونات الساخنة من التبريد، وبالتالي قيمة عاليةس: سبب انخفاض درجة الحرارة هو الموصلية الحرارية العالية "على طول" والجهد ثنائي القطب، الذي يمتص الإلكترونات "الباردة" من الموسعات الموجودة خلف أطراف المصيدة إلى النظام المغناطيسي. حتى عام 2014، لم تتجاوز درجة حرارة الإلكترون في المصائد المفتوحة 300 فولت، وتم الحصول على القيمة ذات الأهمية النفسية البالغة 1 كيلو فولت في GDL. تم الحصول عليه من خلال العمل الدقيق مع فيزياء تفاعل الإلكترونات في الموسعات الطرفية مع الغاز المحايد وامتصاص البلازما.
وهذا يقلب الوضع رأسا على عقب. الآن تهدد الفخاخ البسيطة مرة أخرى أولوية التوكاماك التي وصلت إلى أحجام وتعقيدات هائلة (GDML-U، التي تجمع بين أفكار وإنجازات GDT وطريقة لتحسين الاحتفاظ الطولي بـ GOL. على الرغم من أنها تحت تأثير النتائج الجديدة فإن صورة GDML تتغير، وتبقى الفكرة الرئيسية في مجال المصائد المفتوحة.

أين تقف التطورات الحالية والمستقبلية مقارنة بالمنافسين؟ التوكاماك، كما نعلم، وصلت إلى قيمة Q=1، وحلت العديد من المشاكل الهندسية، وسوف تنتقل إلى بناء المنشآت النووية بدلاً من المنشآت الكهربائية، وتتحرك بثقة نحو النموذج الأولي لمفاعل الطاقة مع Q=10 وa طاقة نووية حرارية تصل إلى 700 ميجاوات (ITER). تنتقل Stellarators ، التي تتخلف عن خطوتين ، من دراسة الفيزياء الأساسية وحل المشكلات الهندسية عند Q = 0.1 ، لكنها لا تخاطر بعد بدخول مجال المنشآت النووية الحقيقية بالاحتراق النووي الحراري للتريتيوم. يمكن أن يكون GDML-U مشابهًا لـ W-7X stellarator من حيث معلمات البلازما (ومع ذلك، فهو تركيب نبضي مع مدة تفريغ تصل إلى عدة ثوانٍ مقابل تشغيل W-7X على المدى الطويل لمدة نصف ساعة)، ومع ذلك، نظرًا لهندستها البسيطة، قد تكون تكلفتها أصغر عدة مرات من تكلفة النجم الألماني.

تقييم بينب.

هناك خيارات لاستخدام GDML كأداة لدراسة تفاعل البلازما والمواد (ومع ذلك، هناك الكثير من هذه المرافق في العالم) وكمصدر نيوتروني حراري لأغراض مختلفة.

استقراء أبعاد HDML حسب Q المطلوب والتطبيقات الممكنة.

إذا أصبحت الفخاخ المفتوحة غدًا هي المفضلة مرة أخرى في السباق نحو CTS، فيمكن للمرء أن يتوقع أنه بسبب انخفاض استثمارات رأس المال في كل مرحلة، بحلول عام 2050، فإنها ستلحق بركب التوكاماك وتتفوق عليها، لتصبح قلب محطات الطاقة النووية الحرارية الأولى. ما لم تجلب البلازما مفاجآت جديدة غير سارة...

العلامات: إضافة العلامات

لاحتواء البلازما النووية الحرارية في حجم معين من الفضاء، محدود في الاتجاه على طول المجال. على النقيض من الفخاخ المغلقة (Tokamaks، Stellarators)، والتي لها شكل حلقي، بالنسبة لـ O. l. وتتميز بالهندسة الخطية، وخطوط المجال المغناطيسي. تتقاطع الحقول مع الأسطح النهائية للبلازما (أصل المصطلح "O.L" مرتبط بالظروف الأخيرة - فهي "مفتوحة" في الأطراف).
يا ل. لديها عدد من الإمكانات. المزايا مقارنة بالمغلقة: فهي أبسط من الناحية الهندسية، وتستخدم طاقة المغناطيس المحتوي على البلازما بشكل أكثر كفاءة. الحقول، فإن مشكلة إزالة الشوائب الثقيلة ومنتجات التفاعل النووي الحراري من البلازما أسهل في حلها، والعديد من المشاكل الأخرى. أصناف O. l. يمكن أن تعمل في وضع ثابت تماما. ومع ذلك، فإن إمكانية تحقيق هذه المزايا في مفاعل نووي حراري يعتمد على O.L. يتطلب المزيد من التجارب. شهادة.
غرفة سبيكة - الحد الأقصى. النوع الشائع من O. l. (رسم بياني 1، أ). المقترح في البداية الخمسينيات بشكل مستقل بواسطة G. I. Budker و R. Post. مناطق مغناطيسية قوية الحقول الموجودة في نهايات هذا المصيدة تحتوي على البلازما، ولهذا تسمى. ماج. زحمة السير

أرز. 1. أنواع مختلفةالمصائد المغناطيسية المفتوحة (النقاط تشير إلى البلازما): أ- زجاجة الفلين. ب- مصيدة القطبين ( عن- غرفة توصيل مركزية طويلة، 1 - خلايا مرآة ذات نهاية قصيرة)؛ الخامس- مضاد كوركترون (0 - قلب المجال المغناطيسي، أ- الفجوة المحورية، في- فتحة حلقية)؛ ز- مصيدة متعددة الفلين.

احتباس الجسيمات في الخلية المرآة يرجع إلى الحرارة الأديبية. ثبات مغناطيسها. اللحظة التي تحدث في ظل ظروف يكون فيها نصف قطر لارمور للجسيم صغيرًا مقارنة بمقياس التغير في المجال المغناطيسي. الحقول (انظر الثوابت الأديباتية).في التقريب غير النسبي، المغناطيس. لحظة الجسيمات أين ن- التوتر المغناطيسي الحقول، و تو - الكتلة والماج العمودي. المكون الميداني لسرعة الجسيمات. من أداباتيك الثبات وقانون الحفاظ على طاقة الجسيمات يتبع ذلك بشرط (أين نالحد الأقصى - الحد الأقصى. القيمة المغناطيسية الحقول في الاختناقات المرورية)، ينعكس الجسيم من الاختناقات المرورية ويقوم بحركة محدودة داخل المصيدة.
إذا أشرنا بالمؤشر "0" إلى قيم جميع الكميات في الحد الأدنى من mag. الحقول، ثم الشرط يمكن كتابتها في النموذج

مقاس رمُسَمًّى "موقف الفلين". من الشرط (1) يتبع ذلك بالنسبة لنسبة مجال معينة نماكس و ن 0، فقط تلك الجسيمات التي يتم احتجازها في المصيدة التي يقع متجه سرعتها في مساحة السرعة خارج "مخروط الخسارة" [مخروط له محور موازٍ للمجال المغناطيسي. المجال، وبزاوية الرأس =
في الخلية المرآة المتماثلة المحور، تخضع البلازما عادةً لـ عدم استقرار الأخدودمما يؤدي إلى تسرب البلازما عبر المجال المغناطيسي. الحقول على شكل ألسنة ضيقة. ينشأ عدم الاستقرار لأنه في مثل هذه الخلية المرآة تكون الوحدة مغناطيسية. يتناقص المجال في الاتجاه الشعاعي، ويكون من المناسب بقوة أن تتحرك البلازما إلى منطقة الصفر الضعيف. لتحقيق استقرار عدم استقرار الفلوت، يتم استخدام مغناطيسات غير متماثلة المحور. الحقول التي لها القيمة المطلقة. الحد الأدنى نفي منطقة الاحتفاظ.
تمتلئ الخلايا المرآة بالبلازما الساخنة عن طريق حقن ذرات الهيدروجين السريعة. اختراق عبر المغناطيس. الحقول في البلازما، يتم التقاطها هناك عن طريق التأين وتبادل الشحنات وضمان الحفاظ على المواد والطاقة. توازن البلازما. باستخدام هذه الطريقة، تم الحصول على بلازما شبه ثابتة بكثافة ~10 14 سم -3 ودرجة حرارة الأيون في الخلية المرآة 2KhPV في مختبر ليفرمور (الولايات المتحدة الأمريكية) في عام 1976 تي ط 10 8 ك.
تؤدي الاصطدامات المرنة لأيونات البلازما مع بعضها البعض إلى تشتتها وسقوطها في مخروط الفقد وترك الخلية المرآة. تظهر الحسابات أن عمر البلازما الذي تحدده هذه العملية في الخلية المرآة يمكن تقديره من الصيغة التالية:

أين هو زمن تشتت الأيونات بزاوية مرتبة من رتبة الوحدة. يكون هذا التقدير صالحًا في ظل الظروف التي يكون فيها طول الخلية المرآة صغيرًا مقارنة بمتوسط ​​المسار الحر للأيونات
زمن تشتت الإلكترون قصير جدًا مقارنة بـ وبالتالي فإن دالة توزيع الإلكترون قريبة من ماكسويليان. على وجه الخصوص، فمن الخواص، أي يعني. توجد بعض الإلكترونات في مخروط الفقد ويمكنها الهروب من المصيدة عبر المقابس. في ظل هذه الظروف، يتم ضمان شبه الحياد للبلازما من خلال الطاقة الكهربائية القطبية التي تنشأ فيها. مجال يمنع فقدان الإلكترون. توزيع الإمكانات القطبية على طول خط مجال مغناطيسي معين. يتم إعطاء الحقول f-loy

أين تي ه- درجة الحرارة باسكال من الإلكترونات، ص- كثافة البلازما المحلية. كهربائي ثنائي القطب يؤدي الحقل إلى تدهور معين في الاحتفاظ بالأيونات.
إلى الإضافة الرائعة. يحدث الانخفاض في عمر الأيونات بسبب تناثرها على التقلبات الكهربائية فوق الحرارية. الحقول التي يمكن أن تنشأ بسبب تباين وظيفة توزيع الأيونات (يرتبط تباين الخواص بغياب الأيونات في مخروط الخسارة). إن العمر القصير نسبيًا في الخلية المرآة يجعل احتمالات استخدام أنظمة مثل المفاعلات النووية الحرارية غير مواتية للغاية. وفي هذا الصدد، في وقت مختلفتم اقتراحه عدة مرات. أنواع محسنة من O. l.، بناء على فكرة غرفة المرآة.

فخ ثنائي القطب. يرتبط أحد احتمالات زيادة وقت الاحتفاظ بالأيونات باستخدام الكهرباء القطبية. مجالات. إلى زجاجة الفلين الطويلة عن(رسم بياني 1، ب) مع بلازما ذات كثافة متوسطة، يتم توصيل خلية مرآة قصيرة على كل جانب 1 حيث يتم بمساعدة الحقن المكثف الحصول على طاقة عالية. ذرات محايدة، يتم الحفاظ على كثافة البلازما عالية. ثم طبقاً للرقم (3) ينشأ فرق جهد بين خلايا المرآة المركزية والخارجية يساوي ( تي ه /ه)1ف( ن 1 / ن 0)، وللأيونات المركز. يظهر الكهرباء الساكنة في حجرة التوصيل. محتمل حفرة. مع اختلاف كثافة كبير بما فيه الكفاية، سيكون عمق البئر كبيرا لدرجة أن فقدان الأيونات من المركز. سوف تصبح خلية المرآة ضئيلة. وبطبيعة الحال، فإن الحفاظ على كثافة بلازما عالية في الخلايا المرآة النهائية يتطلب تحديدًا معينًا. نشيط التكاليف، ولكن هذه التكاليف لا تعتمد على طول المركز. غرفة المكونات. وبما أن قوة إطلاق الطاقة النووية الحرارية فيها متناسبة. طوله، ثم عمل المركز. غرفة الفلين طويلة بما يكفي لضمان وضعها. نشيط توازن النظام ككل.

أرز. 2. مخطط المصيدة ثنائية القطب TMH: 1 - اللف غير المتماثل محوريًا لخلية المرآة النهائية، مما يضمن الحد الأدنى من المجال المغناطيسي نعلى المحور 2 - اللفات من الملف اللولبي المركزي. 3 - اللفات الانتقالية. 4 - البلازما 5 - محاقن الذرات المحايدة. يعود شكل "المروحة" المميز للبلازما بالقرب من أطراف التركيب إلى خصائص المجال المغناطيسي للتركيب. في الملف اللولبي المركزي يكون المقطع العرضي للبلازما دائريًا.

في تجارب على عدد من الفخاخ القطبية في يخدع. السبعينيات - مبكرًا الثمانينيات وقد تبين أن مركز الاحتفاظ بالأيونات القطبية. كاشف الفلين موجود بالفعل. عند إنشاء توزيع الكثافة المرغوبة، يكون عمر الأيونات هو المركز. زادت الاختناقات المرورية ~ 10 مرات مقارنة بالتقدير (2). مركز معلمات البلازما. كانت الخلايا المرآة معتدلة تمامًا (في تركيب TMH، يظهر الرسم التخطيطي في الشكل 2، تي ط~ 100 فولت، ن ط~10 13 سم 3).
ترتبط صعوبات زيادة معلمات البلازما في المصائد القطبية بـ Ch. وصول. مع إمكانية تعزيز تشتت أيونات الخلايا المرآة النهائية عن طريق التقلبات فوق الحرارية.
مغناطيسية غير متناظرة قد تكون الحقول المستخدمة لتثبيت عدم استقرار الفلوت مصدرًا لتعزيز نقل البلازما المستعرض، مما يذكرنا بالكلاسيكية الجديدة نقل في الفخاخ المغلقة. ولذلك، فمن الضروري العثور على مغناطيسات متماثلة المحور بسيطة طوبولوجياً. التكوينات التي تكون فيها البلازما مستقرة فيما يتعلق باضطرابات الفلوت.
ت.ن. مضاد الكوركترون، والذي يحدث عندما يتم تشغيل مغناطيسين متحدين في الاتجاه المعاكس. لفائف (الشكل 1، الخامس)، هو أحد التكوينات التي تحتوي على هذه الخاصية.
وحدة المغناطيس الحقول الموجودة في هذا الفخ لها عضلات بطن. الحد الأدنى في مركز النظام، ولكن هذا الحد الأدنى هو صفر. وبناء على ذلك، بالقرب من مركز مكافحة الضارب، يتم انتهاك الحرارة الأدياباتيكية. يتم فقدان الثبات والبلازما من هذه المنطقة بسرعة على طول خطوط المجال. للقضاء على هذه الخسائر، يمكنك استخدام المحوري أوالدوار فيالشقوق المضادة للفلين، نظام خاص. الأقطاب الكهربائية التي تمنع فقدان الإلكترون. سيتم بعد ذلك ضمان الاحتفاظ بالأيونات من تلقاء نفسها. إمكانات البلازما القطبية. تقنية. القيود تجعل من الصعب استقراء هذا المخطط لمعلمات مفاعل البلازما. ربما تجد الترونات المضادة للبزاقات تطبيقًا كعنصر استقرار في المصائد ثنائية القطب.
ترتبط الاحتمالات الأخرى تمامًا لزيادة وقت الاحتفاظ بالانتقال إلى O. l. مع الطول ل، يتجاوز متوسط ​​المسار الحر للأيونات. مثال على الأنظمة من هذا النوع هو مصيدة المرايا المتعددة (MTL)، التي تم اقتراحها في البداية. السبعينيات التثبيت له شكل سلسلة من الخلايا المرآة المترابطة (الشكل 1، د)، وطول كل منها أقصر. في مثل هذا O. l. يزداد عمر البلازما بعامل 10 بالنسبة للتقدير (2).
دكتور. التثبيت الذي ينتمي إلى هذه الفئة هو ما يسمى. ديناميكية الغاز المصيدة (GDT) وهي عبارة عن حجرة مرآة ذات نسبة مرآة كبيرة ( ص = 50 - 100) وبطول ل>/ر. عمر البلازما في GDL في إل آر/ مرات أكثر من التقدير (2). خصوصية GDL هي أنه يمكن قمع عدم استقرار الفلوت فيه حتى في تكوين مغناطيسي بسيط متماثل المحور. مجالات.
ميزة O. l. مع ل> الأشعة تحت الحمراء(MPL، GDL) هو أن خسائر البلازما الطولية منها لا تعتمد على التقلبات الدقيقة، والعيب هو أن طول هذه المنشآت (في نسخة المفاعل) طويل نسبيًا.

أشعل.: Chuyanov V.A.، المصائد المغناطيسية الأديباتية، في كتاب: نتائج العلوم والتكنولوجيا. سر. فيزياء البلازما، المجلد الأول، الجزء الأول، م، 1980؛ Chirikov B.V.، ديناميات الجسيمات في المصائد المغناطيسية، في: مشاكل نظرية البلازما، v. 13، م، 1984؛ Ryutov D. D.، Stupakov G. V.، عمليات النقل في المصائد المفتوحة غير المتماثلة محوريًا، المرجع نفسه؛ Pastukhov V.P.، خسائر البلازما الطولية الكلاسيكية في المصائد الكاظمية المفتوحة، المرجع نفسه؛ د.ريوتوف، الفخاخ المفتوحة، UFN، 1988، المجلد 154، ص. 565.

د. د.ريوتوف.

لقد مر أكثر من نصف قرن منذ أن بدأ العمل على الاندماج النووي الحراري الخاضع للرقابة في العالم. يجب أن يوفر حل هذه المشكلة للبشرية مصدرًا لا حدود له تقريبًا للطاقة.

في البداية بدا أن مشكلة الاستخدام السلمي لاندماج النوى الخفيفة لإنتاج الطاقة يمكن حلها بسرعة كبيرة، خاصة وأن هناك مثال قريب متى من الاختبار الأول قنبلة ذريةمرت أقل من أربع سنوات قبل إنشاء أول محطة للطاقة النووية في الاتحاد السوفيتي. ولكن مع السيطرة عليها الاندماج النووي الحراريتبين أن كل شيء أكثر تعقيدًا، وكان الطريق إلى تنفيذه أطول بكثير مما بدا في البداية.

ولحل هذه المشكلة، كان من الضروري إنشاء بلازما كثيفة ذات درجة حرارة عالية، والاحتفاظ بها لفترة طويلة واستخدام طاقة التفاعلات النووية التي تحدث فيها. تم اقتراح استخدام مجال مغناطيسي قوي لحصر البلازما. ومع ذلك، في التجارب الأولى، تم اكتشاف أن البلازما في المجال المغناطيسي تتصرف بشكل غير متوقع وتضيع بسرعة من الفخ. لقد استغرق الأمر الكثير من الوقت لفهم العمليات الأكثر تعقيدًا التي تحدث في البلازما والتقدم نحو إنشاء مفاعل نووي حراري.

مصيدة متعددة المرايا GOL-3 - التحضير ل التجربة على قدم وساق.

حتى الآن، في التجارب على التركيبات الحلقية (على شكل كعكة - محرر) من نوع توكاماك، تم إحراز تقدم كبير في معلمات البلازما الساخنة، مما جعل من الممكن الانتقال مباشرة إلى مهمة إنشاء تركيب ITER، في والتي سيتم الحفاظ على احتراق البلازما النووية الحرارية لفترة طويلة عند مستوى طاقة يبلغ 500 ميجاوات. إن مشروع ITER، بطبيعة الحال، له أهمية كبيرة للبشرية جمعاء. وحجمها كبير إلى حد أن تنفيذها لم يصبح ممكناً إلا على أساس تعاون دولي واسع النطاق.

في الوقت نفسه، حتى العرض الناجح لاحتراق البلازما النووية الحرارية في ITER لا يعني على الإطلاق أنه سيتم بناء المفاعلات النووية الحرارية المستقبلية على أساس التوكاماك. بالتوازي، في الدراسات التي أجريت على فيزياء البلازما ذات درجة الحرارة المرتفعة، تم اقتراح استخدام مصائد مفتوحة ذات مرايا مغناطيسية، تختلف طوبولوجيًا عن التوكاماك، لاحتوائها. تتمتع هذه المصائد بعدد من المزايا الأساسية مقارنةً بالتوكاماك. وعلى وجه الخصوص، فهي أبسط في التصميم، الأمر الذي قد يكون في المستقبل حجة مهمة لصالح استخدامها كمفاعل اندماجي. ومع ذلك، يبقى أن نثبت في الممارسة العملية أنه من الممكن تحقيق معلمات بلازما عالية في هذه المصائد، والتي لا تزال أقل بشكل ملحوظ من المطلوب. وقد تم تحقيق تقدم كبير في هذا الاتجاه السنوات الاخيرةعلى المنشآت الحديثةمن هذا النوع مع تحسين حبس البلازما في معهد الفيزياء النووية SB RAS، الذي كان ولا يزال أحد رواد العالم في هذا المجال من البحث.

لوحة التحكم جول-3.

إحدى هذه المنشآت هي مصيدة المرايا المتعددة GOL-3، حيث يتم إجراء تجارب على البلازما الكثيفة (حتى 1023 م -3). تم الحصول على عدد من النتائج الفريدة من خلال هذا التثبيت. على وجه الخصوص، تم اكتشاف تأثير قمع التوصيل الحراري للإلكترون الطولي بثلاثة أوامر من حيث الحجم بسبب تطور الاضطراب الدقيق في البلازما أثناء مرور شعاع الإلكترون النسبي، مما جعل من الممكن الحصول على درجة حرارة إلكترون تبلغ 4 كيلو فولت في الفخ. في التكوين المغناطيسي متعدد المرايا، تم اكتشاف التأثير وشرحه تسخين سريعأيونات تصل إلى درجة حرارة 2 كيلو فولت عند كثافة بلازما تبلغ 1021 م -3. تتيح المعلمات التي تم تحقيقها محاكاة العمليات الفيزيائية في مفاعل نووي حراري متعدد المرايا. بالإضافة إلى ذلك، يتيح التثبيت دراسة آثار تفاعل البلازما الساخنة الإلكترونية مع سطح التوكاماك مع البلازما النووية الحرارية.

مصيدة الغاز الديناميكية GDL - نموذج أولي مصدر نيوتروني قوي.

اقترح المعهد ونفذ بسرعة مخططًا آخر للمصائد المفتوحة الحديثة - ما يسمى بمصيدة البلازما الديناميكية الغازية (GPL). يتم اختيار طول GDL وحجم المجال المغناطيسي في المركز وفي الأطراف بحيث يكون متوسط ​​المسار الحر الفعال للأيونات أقل من طول التثبيت. في ظل هذه الظروف، يتم تحديد عمر البلازما بنفس الطريقة التي يتم بها حساب فقد الغاز العادي من خلال فتحة في الوعاء، وهو ما يرتبط به اسم التثبيت. إن عمر البلازما في GDT غير حساس لإمكانية إثارة التقلبات الدقيقة فيه، وهذا يجعل التنبؤ بالنتائج التجريبية واستقراءها لظروف المفاعل موثوقًا به. ميزة أخرى لـ GDL هي القدرة على ضمان الاستقرار الهيدروديناميكي للبلازما ضمن تكوين متماثل المحور. وقد تم بالفعل تأكيد هذه الاستنتاجات النظرية تجريبيا. تتمتع المصيدة الديناميكية الغازية بآفاق من حيث المفاعلات البحتة وكأساس لإنشاء مصدر علم المواد للنيوترونات النووية الحرارية.

الموظفون الشباب في مجموعة GDL.

في منشأة GDL، أدى حقن حزم ذرية من الديوتيريوم بقدرة إجمالية تبلغ حوالي 4 ميجاوات إلى زيادة ضغط البلازما في المصيدة إلى ما يقرب من نصف ضغط المجال المغناطيسي المحصور. يتركز الإشعاع النيوتروني الملاحظ في هذه الحالة بشكل رئيسي عند نقاط توقف الديوترونات السريعة المحقونة في المصيدة بزاوية 45 درجة. يجري العمل على زيادة قوة ومدة الحقن من أجل إعادة إنتاج الظروف التي ستوجد في التجربة في بلازما الديوتيريوم والتريتيوم لمصدر نيوتروني بكثافة تدفق تبلغ 14 ميجا فولت نيوترونًا تبلغ 0.5 ميجاوات / م 2. ومن المفترض أن تؤدي الزيادة الإضافية في الحقن إلى زيادة كثافة تدفق النيوترونات إلى 2 ميجاوات/م2، وهو أمر مطلوب لاختبار مواد مفاعل توكاماك النووي الحراري المستقبلي عند الأحمال القصوى.

تصوير ف. نوفيكوف

أ. إيفانوف، دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية، BINP