Schaffung eines thermonuklearen Systems basierend auf einer offenen Falle. Stiller thermonuklearer Putsch
Wissenschaftlern am Institut für Kernphysik (INP) ist es gelungen, eine stabile Plasmaerwärmung auf 10 Millionen Grad Celsius zu erreichen, berichtete NSN Stellvertretender INP-Direktor für wissenschaftliche Arbeit Alexander Iwanow. Der Wissenschaftler erläuterte, welche Perspektiven diese Entwicklung eröffnet und warum dadurch die Entstehung radioaktiver Abfälle grundsätzlich vermieden wird.
- BINP begann, Möglichkeiten zur Schaffung eines thermonuklearen Systems auf Basis einer offenen Falle zu prüfen. Was bedeutet das?
Wenn wir von einer Erwärmung des Plasmas um 10 Millionen Grad sprechen, müssen wir bedenken, dass diese Temperatur höher ist als im Zentrum der Sonne. Natürlich kann solch ein heißes Plasma nicht in irgendeinem Gefäß mit Materialwänden enthalten sein – selbst wenn sie sehr dick sind, brennen sie trotzdem. Um dies zu vermeiden, also heißes Plasma zurückzuhalten, gibt es mindestens zwei Möglichkeiten.
Die erste Möglichkeit besteht darin, dass das Plasma in ein starkes toroidales Magnetfeld gebracht wird, das die Flugbahn der Plasmapartikel verändert, woraufhin sie beginnen, sich in Kreisen zu bewegen, die um die Feldlinien gewunden sind Magnetfeld. In diesem Fall bewegt sich das Plasma nicht über das Magnetfeld, wodurch kein Wärmefluss entsteht. Dieses Prinzip ist die Grundlage für Tokamak-Anlagen, die die Form eines „Donuts“ mit einem Magnetfeld im Inneren haben und in unserem Land vorgeschlagen werden, um Plasma für die kontrollierte Kernfusion magnetisch einzuschließen. Im Wettlauf um die Idee, die Sonne auf der Erde zu erschaffen, liegen diese Anlagen nun an der Spitze.
Es gibt ein anderes System. Einfach ausgedrückt handelt es sich dabei um ein langes offenes Fallenrohr mit einem longitudinalen Magnetfeld, in dem das Plasma keinen Kontakt mit der Wand hat, sich aber relativ frei entlang der Endwände ausbreitet und auf diese trifft. Wir haben gelernt, in diesen Fallen dafür zu sorgen, dass der Wärmeverlust entlang des Magnetfelds im Vergleich zur freien Expansion des Plasmas stark reduziert wird.
- Wie weit sind wir von der Schaffung eines thermonuklearen Reaktors entfernt?
Es gibt Reaktoren, deren Funktionsprinzip auf Tokamaks basiert, andere auf offenen Fallen, und es gibt beispielsweise auch gepulste Systeme, bei denen ein Tropfen Tritium-Deuterium-Brennstoff mit einem Laser gezündet wird und dieser in Millionstelsekunden verbrennt. Bereitstellung von Energie.
Was die Tokamaks betrifft, so wird in 10 Jahren in Frankreich der große ITER-Reaktor in Betrieb genommen – eine zyklopische Struktur von großer Komplexität, in der die thermonukleare Plasmaverbrennung demonstriert wird. Darüber hinaus ist die Temperatur dort etwa zehnmal höher als bei uns dieser Moment Wir können jetzt auf offene Fallen zugreifen.
Aber dennoch lassen sich bei einer Temperatur von 10 Millionen Grad sehr nützliche Dinge tun – insbesondere eine sehr leistungsstarke Neutronenquelle, die beispielsweise zum Testen von Materialien eines zukünftigen thermonuklearen Reaktors benötigt wird. (Das heißt, die Wände von Tokamaks werden während der Tests einem sehr starken Neutronenfluss ausgesetzt, und Wissenschaftler können so die Situation vollständig simulieren.) Neutronenquellen können auch als Treiber für unterkritische Spaltreaktoren verwendet werden – sie werden eingebaut innerhalb des Systems eines Kernreaktors, der mit einem Koeffizientengewinn betrieben wird, der kleiner als eins ist. Dadurch wird die Sicherheit des subkritischen Systems erheblich erhöht, wodurch die Möglichkeit von Unfällen wie Tschernobyl grundsätzlich ausgeschlossen ist.
- Mit was für einem Durchbruch ist Ihre Leistung „behaftet“?
Jetzt haben wir russischen Nuklearspezialisten ein Niveau erreicht, auf dem wir mit der Entwicklung von Prototypen solch leistungsstarker Neutronenquellen beginnen können. Wenn wir längerfristig blicken, sehe ich keine Einschränkungen darin, die Plasmaerwärmungstemperatur nicht auf 10 Millionen, sondern beispielsweise auf 300 Millionen Grad zu erhöhen.
Ausgehend von dieser Prämisse erwägen wir am BINP die Möglichkeiten zur Schaffung der nächsten Generation von Fallen, deren Parameter deutlich erhöht werden. Und wir werden ernsthaft über die Schaffung eines alternativen ITER-Reaktors nachdenken. Wenn das alles klappt, könnte unser thermonuklearer Reaktor auf Basis einer offenen Falle sogar kommerziell viel attraktiver sein als einer auf Tokamak-Basis, und die in Frankreich entstehende Struktur kann in puncto technischer Einfachheit nicht mit ihm mithalten.
Wir haben jetzt ein Niveau erreicht, auf dem wir mit der Entwicklung von Prototypen solch leistungsstarker Neutronenquellen beginnen können. Wenn wir längerfristig blicken, sehe ich keine Einschränkungen darin, die Plasmaerwärmungstemperatur nicht auf 10 Millionen, sondern beispielsweise auf 300 Millionen Grad zu erhöhen.
Ausgehend von dieser Prämisse erwägen wir am BINP die Möglichkeiten zur Schaffung der nächsten Generation von Fallen, deren Parameter deutlich erhöht werden. Und wir werden ernsthaft über die Schaffung eines alternativen Reaktors nachdenken. Wenn alles klappt, könnte ein Fusionsreaktor auf Basis einer offenen Falle sogar kommerziell attraktiver sein als einer auf Tokamak-Basis.
- Reaktoren, die auf einer offenen Falle basieren ... inwiefern sind sie Tokamaks sonst noch vorzuziehen?
Wir hoffen, dass das Erscheinen von Reaktoren auf Basis offener Fallen, an denen wir derzeit arbeiten, mit einer gewissen Entwicklung möglich sein wird. Sie haben gegenüber Tokamaks gewisse Vorteile. Zu guter Letzt meine ich die Möglichkeit, mit thermonuklearem Brennstoff zu arbeiten, der entweder gar keine oder nur sehr wenige Neutronen produziert, was nicht mit dem Problem der langfristigen Lagerung und Entsorgung radioaktiver Abfälle behaftet ist.
Beachten Sie, dass das Institut für Kernphysik bereits Pläne zur Entwicklung eines alternativen ITER-Reaktors angekündigt hat. Das Institut plant, die technischen und wirtschaftlichen Grundlagen für das Projekt eines Prototyps eines alternativen Reaktors mit dem Codenamen GDML (Gas Dynamic Trap) zu finalisieren.
9. August 2016 um 10.40 Uhr eine Presseansprache mit wichtigen Teilnehmern des 11 Internationale Konferenz an offenen magnetischen Systemen für den Plasmaeinschluss. Sie werden über die neuesten Ergebnisse des Führenden sprechen wissenschaftliche Zentren in diesem Bereich forschend tätig. Wissenschaftler des Instituts für Kernphysik SB RAS haben beispielsweise eine vielversprechende Methode zur Plasmaerzeugung mithilfe leistungsstarker Mikrowellenstrahlung in einer großen offenen Magnetfalle (GDT) entwickelt. Diese Methode ermöglichte erfolgreiche Experimente zur Verbesserung des Plasmaeinschlusses mit Parametern im thermonuklearen Bereich. Darüber hinaus wurde am Standort des Instituts für Kernphysik SB RAS die Ausbreitung von Spritzern flüssigen Wolframs in thermonuklearen Reaktoren der Zukunft untersucht.
Teilnehmer des Pressegesprächs:
1. Alexander Alexandrowitsch IWANOW, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, stellvertretender Direktor des Instituts für Kernphysik SB RAS für wissenschaftliche Arbeiten.
2. Alexander Gennadijewitsch SCHALASCHOV, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Leiter des Bereichs Mikrowellenmethoden zur Plasmaerwärmung am Institut für Angewandte Physik der Russischen Akademie der Wissenschaften (Nischni Nowgorod).
3.Yosuke NAKASHIMA , Professor, Zentrum für Plasmaforschung, Universität Tsukuba, Japan. (Prof. Nakashima Yousuke, Plasmaforschungszentrum, Universität Tsukuba, Japan)
4. Taehyup Oh, Professor, Nationalinstitut thermonukleare Forschung, Daejeon, Korea. (Prof. Lho Taihyeop, National Fusion Research Institute, Daejeong, Korea).
Die Konferenz findet alle zwei Jahre abwechselnd an den Standorten wissenschaftlicher Zentren in Russland (Nowosibirsk, BINP SB RAS), Japan und Korea statt. Die Hauptbereiche, die vorgestellt werden, sind die Physik des Plasmaeinschlusses in offenen Fallen, Heizsysteme für offene Fallen, Plasmadiagnostik und die Wechselwirkung von Plasma mit einer Oberfläche.
Es gibt mehrere Optionen, auf deren Grundlage in Zukunft ein thermonuklearer Reaktor gebaut werden kann – Tokamak, Stellarator, offene Fallen, umgekehrte Feldkonfiguration und andere. Heutzutage sind Tokamaks das am weitesten entwickelte Gebiet, aber alternative Systeme haben auch eine Reihe von Vorteilen: Sie sind technisch einfacher und können als Reaktor wirtschaftlich attraktiver sein. Vielleicht wird der Tokamak in Zukunft ersetzt oder beginnt mit anderen Arten von Fallen zu koexistieren. BINP SB RAS arbeitet an einer alternativen Richtung – offenen Fallen für den Plasmaeinschluss.
Früher glaubte man, dass diese Art von Installation eher als Werkzeug zur Untersuchung der grundlegenden Eigenschaften von Plasma sowie als Ständer für unterstützende Experimente für den ersten experimentellen thermonuklearen Reaktor ITER angesehen werden könnte.
Jüngste Ergebnisse – das Erhitzen des Plasmas auf eine Temperatur von 10 Millionen Grad in einer offenen GDT-Falle (BINP SB RAS, Russland) und der Nachweis des quasistationären Zustands des Plasmas an der S-2-Anlage (Tri Alpha Energy, USA) – habe das gezeigt alternative Systeme Es können wesentlich höhere Plasmaparameter erreicht werden als bisher angenommen.
Die größten offenen Fallen gibt es in Russland, Japan, China, Südkorea und die USA.
Kontakte zur Akkreditierung:
Alla Skovorodina,
PR-Spezialist, BINP SB RAS,
r.t.+7 383 329-47-55, m.t.+7 913 9354687, E-Mail:
Kurze Informationen zu den Arten von Fusionsreaktormodellen
Tokamak(kurz für „toroidale magnetische Kammer“), eine geschlossene Magnetfalle in Form eines Torus, die dazu bestimmt ist, Hochtemperaturplasma zu erzeugen und einzudämmen. Tokamak wurde entworfen und geschaffen, um das Problem der kontrollierten thermonuklearen Fusion zu lösen und einen thermonuklearen Reaktor zu schaffen.
Offene Fallen- eine Art Magnetfalle, um thermonukleares Plasma in einem bestimmten Raumvolumen einzuschließen, das in der Richtung entlang des Magnetfelds begrenzt ist. Im Gegensatz zu geschlossenen Fallen (Tokamaks, Stellaratoren), die die Form eines Toroids haben, zeichnen sich offene Fallen durch eine lineare Geometrie aus, bei der Magnetfeldlinien die Endflächen des Plasmas schneiden. Offene Fallen haben gegenüber geschlossenen Fallen eine Reihe potenzieller Vorteile. Sie sind einfacher in der Technik, sie nutzen die Energie des das Plasma einschließenden Magnetfelds effizienter, das Problem der Entfernung schwerer Verunreinigungen und thermonuklearer Reaktionsprodukte aus dem Plasma ist einfacher zu lösen und viele Arten offener Fallen können im stationären Modus arbeiten . Die Möglichkeit, diese Vorteile in einem Fusionsreaktor auf Basis offener Fallen zu realisieren, bedarf jedoch experimenteller Beweise.
Basierend auf Materialien von D. D. Ryutov, Open traps, UFN 154, S. 565.
Es gibt wohl kein Feld menschlichen Handelns, das so voller Enttäuschungen und abgelehnter Helden ist wie der Schöpfungsversuch thermonukleare Energie. Hunderte von Reaktorkonzepten, Dutzende von Teams, die immer wieder zu den Favoriten der Öffentlichkeit und der Staatshaushalte wurden, und schließlich schien es mit den Tokamaks einen Gewinner zu geben. Und hier noch einmal: Die Errungenschaften der Nowosibirsker Wissenschaftler wecken weltweit das Interesse an einem Konzept, das in den 80er Jahren grausam mit Füßen getreten wurde. Und nun weitere Details.
Eine offene GDL-Falle, die beeindruckende Ergebnisse lieferte
Unter den zahlreichen Vorschlägen zur Gewinnung von Energie aus der Kernfusion zielen sie am meisten auf den stationären Einschluss eines relativ lockeren thermonuklearen Plasmas ab. Beispielsweise stammen das ITER-Projekt und darüber hinaus Tokamak-Toroidfallen und Stellaratoren von hier. Sie sind ringförmig, weil Einfachste Form ein geschlossenes Gefäß aus Magnetfeldern (aufgrund des Igelkämmtheorems wird es nicht möglich sein, ein kugelförmiges Gefäß herzustellen). Zu Beginn der Forschung auf dem Gebiet der kontrollierten Kernfusion waren jedoch nicht Fallen mit komplexer dreidimensionaler Geometrie die Favoriten, sondern Versuche, Plasma in sogenannten offenen Fallen einzudämmen. Hierbei handelt es sich in der Regel ebenfalls um zylindrische Magnetgefäße, in denen das Plasma in radialer Richtung gut zurückgehalten wird und an beiden Enden ausströmt. Die Idee der Erfinder hier ist einfach: Wenn die Erwärmung eines neuen Plasmas durch eine thermonukleare Reaktion schneller voranschreitet als der Verbrauch von Wärme, die an den Enden austritt, dann wird Gott segne ihn, mit der Offenheit unseres Gefäßes wird Energie erzeugt , aber es kommt immer noch zu einer Leckage in den Vakuumbehälter und der Brennstoff läuft durch den Reaktor, bis er ausbrennt.
Die Idee einer offenen Falle ist ein Magnetzylinder mit Stopfen/Spiegeln an den Enden und Expandern dahinter.
Darüber hinaus wird in allen offenen Fallen die eine oder andere Methode verwendet, um zu verhindern, dass das Plasma durch die Enden entweicht – und die einfachste besteht darin, das Magnetfeld an den Enden stark zu erhöhen (in russischer Terminologie magnetische „Stecker“ oder „Spiegel“ einzubauen). ” in westlicher Terminologie), während eintreffende geladene Teilchen tatsächlich von den Spiegelstopfen zurückspringen und nur ein kleiner Teil des Plasmas durch sie hindurchtritt und in spezielle Expander gelangt.
Und ein etwas weniger schematisches Bild der Heldin von heute – eine Vakuumkammer, in der Plasma fliegt, und alle möglichen Geräte sind hinzugefügt.
Das erste Experiment mit einer „Spiegel“- oder „offenen“ Falle, der Q-Gurke, wurde 1955 am amerikanischen Lawrence Livermore National Laboratory durchgeführt. Dieses Labor ist seit vielen Jahren führend in der Entwicklung des CTS-Konzepts auf Basis offener Fallen (OT).
Das weltweit erste Experiment – eine offene Falle mit Magnetspiegeln Q-Gurke
Zu den Vorteilen von OL im Vergleich zu geschlossenen Wettbewerbern zählen die wesentlich einfachere Geometrie des Reaktors und seines Magnetsystems und damit die geringen Kosten. So erhielten offene Fallen nach dem Fall des ersten Favoriten der CTS – Z-Pinch-Reaktoren – Anfang der 60er Jahre höchste Priorität und Förderung, da sie eine schnelle Lösung für wenig Geld versprachen.
Anfang der 60er Jahre, Tischfalle
Es war jedoch kein Zufall, dass derselbe Z-Pinch in den Ruhestand ging. Seine Beerdigung war mit einer Manifestation der Natur des Plasmas verbunden – Instabilitäten, die Plasmaformationen zerstörten, wenn versucht wurde, das Plasma mit einem Magnetfeld zu komprimieren. Und genau dieses vor 50 Jahren kaum untersuchte Merkmal begann sofort, Experimentatoren mit offenen Fallen zu irritieren. Flöteninstabilitäten zwingen uns dazu, das Magnetsystem zu komplizieren, indem wir zusätzlich zu einfachen runden Magnetspulen „Ioffe-Stöcke“, „Baseballfallen“ und „Yin-Yang-Spulen“ einführen und das Verhältnis von Magnetfelddruck zu Plasmadruck (Parameter β) verringern. .
„Baseball“ supraleitende Magnetfalle Baseball II, Mitte der 70er Jahre
Darüber hinaus erfolgt der Plasmaaustritt bei Partikeln mit unterschiedlichen Energien unterschiedlich, was zu einem Plasma-Ungleichgewicht (d. h. einem nicht-Maxwellschen Spektrum der Partikelgeschwindigkeiten) führt, was eine Reihe anderer unangenehmer Instabilitäten verursacht. Diese Instabilitäten wiederum „schaukeln“ das Plasma und beschleunigen seinen Austritt durch die Endspiegelzellen in den späten 60er Jahren einfache Optionen Offene Fallen erreichten die Grenze der Temperatur und Dichte des eingeschlossenen Plasmas, und diese Werte lagen um viel Größenordnungen unter den für eine thermonukleare Reaktion erforderlichen Werten. Das Problem war vor allem die schnelle Längsabkühlung der Elektronen, die dann dazu führte, dass die Ionen Energie verloren. Neue Ideen waren gefragt.
Die erfolgreichste Ambipolarfalle TMX-U
Physiker schlagen neue Lösungen vor, die sich hauptsächlich auf die Verbesserung des longitudinalen Plasmaeinschlusses beziehen: ambipolarer Einschluss, gewellte Fallen und gasdynamische Fallen.
- Der ambipolare Einschluss basiert auf der Tatsache, dass Elektronen 28-mal schneller aus einer offenen Falle „fließen“ als Deuterium- und Tritiumionen und an den Enden der Falle eine Potentialdifferenz entsteht – positiv von den Ionen im Inneren und negativ von außen. Wenn die Felder mit dichtem Plasma an den Enden der Anlage verstärkt werden, verhindert das ambipolare Potenzial im dichten Plasma, dass die inneren, weniger dichten Inhalte zerstreut werden.
- Gewellte Fallen erzeugen am Ende ein „geripptes“ Magnetfeld, in dem die Ausbreitung schwerer Ionen aufgrund der „Reibung“ gegen das in den „Hohlräumen“ eingeschlossene Fallenfeld verlangsamt wird.
- Schließlich erzeugen gasdynamische Fallen mit einem Magnetfeld ein Analogon eines Gefäßes mit einem kleinen Loch, aus dem Plasma mit geringerer Geschwindigkeit fließt als bei „Spiegelsteckern“.
Das Diagramm des Magnetsystems und der Plasmaerwärmung von Gamma-10 zeigt deutlich, wie weit wir davon entfernt sind einfache Lösungen OL in den 80ern.
Gleichzeitig erreichten amerikanische Forscher 1975 an der 2X-IIB-Falle als erste weltweit eine symbolische Ionentemperatur von 10 keV – optimal für die thermonukleare Verbrennung von Deuterium und Tritium. Es ist anzumerken, dass sie in den 60er und 70er Jahren von dem Streben nach der gewünschten Temperatur in irgendeiner Weise geprägt waren, denn... Die Temperatur bestimmt, ob der Reaktor überhaupt funktioniert, während zwei weitere Parameter – Dichte und die Rate des Energieaustritts aus dem Plasma (oder häufiger als „Haltezeit“ bezeichnet) durch eine Vergrößerung des Reaktors ausgeglichen werden können. Doch trotz der symbolischen Errungenschaft war 2X-IIB weit davon entfernt, als Reaktor bezeichnet zu werden – die theoretische Leistungsabgabe hätte 0,1 % der für Plasmaeinschluss und -heizung aufgewendeten Leistung betragen. Bleibt ein ernstes Problem niedrige Temperatur Elektronen - etwa 90 eV vor dem Hintergrund von 10 keV-Ionen, aufgrund der Tatsache, dass die Elektronen auf die eine oder andere Weise an den Wänden der Vakuumkammer, in der sich die Falle befindet, gekühlt wurden.
Elemente der inzwischen nicht mehr existierenden ambipolaren Falle AMBAL-M
Der Beginn der 80er Jahre markierte den Höhepunkt der Entwicklung dieses CTS-Zweigs. Der Höhepunkt der Entwicklung ist das amerikanische MFTF-Projekt im Wert von 372 Millionen US-Dollar (oder 820 Millionen US-Dollar in heutigen Preisen, was das Projekt kostenmäßig näher an eine Maschine wie die Wendelstein 7-X oder den K-STAR-Tokamak bringt).
Supraleitende Magnetmodule MFTF…
Und der Körper seines 400 Tonnen schweren supraleitenden Endmagneten
Es handelte sich um eine ambipolare Falle mit supraleitenden Magneten, inkl. Meisterstück des Terminals „Yin-Yang“, zahlreiche Systeme und Heizung der Plasmadiagnostik, ein Rekord in jeder Hinsicht. Geplant war, Q=0,5 zu erreichen, d.h. Der Energieausstoß einer thermonuklearen Reaktion ist nur zweimal geringer als die Kosten für die Aufrechterhaltung des Reaktorbetriebs. Welche Ergebnisse hat dieses Programm erzielt? Es wurde durch eine politische Entscheidung in einem Staat abgeschlossen, der kurz vor der Startreife stand.
Beenden Sie „Yin-Yang“ MFTF während der Installation in einer 10-Meter-Vakuumkammer der Installation. Seine Länge sollte 60 Meter erreichen.
Auch wenn diese von allen Seiten schockierende Entscheidung sehr schwer zu erklären ist, werde ich es versuchen.
Als MFTF 1986 startbereit war, leuchtete ein weiterer beliebter Stern am Horizont der TCB-Konzepte auf. Eine einfache und kostengünstige Alternative zu den offenen „Bronze“-Fallen, die vor dem Hintergrund des ursprünglichen Konzepts der frühen 60er Jahre zu komplex und teuer geworden waren. All diese supraleitenden Magnete mit rätselhaften Konfigurationen, schnellen Neutralinjektoren und leistungsstarker Hochfrequenz Plasmaheizsysteme, rätselhafte Instabilitätsunterdrückungsschaltungen – es schien, dass solche komplexen Anlagen niemals zum Prototyp eines thermonuklearen Kraftwerks werden würden.
JET in Originalbegrenzerkonfiguration und Kupferspulen.
Also Tokamaks. In den frühen 80er Jahren erreichten diese Maschinen Plasmaparameter, die ausreichten, um eine thermonukleare Reaktion auszulösen. 1984 wurde der europäische JET-Tokamak auf den Markt gebracht, der Q=1 zeigen sollte und einfache Kupfermagnete verwendet, seine Kosten betragen nur 180 Millionen Dollar. In der UdSSR und in Frankreich werden supraleitende Tokamaks entwickelt, die beim Betrieb des Magnetsystems nahezu keine Energie verschwenden. Gleichzeitig konnten Physiker, die seit Jahren an offenen Fallen arbeiten, keine Fortschritte bei der Erhöhung der Plasmastabilität und der Elektronentemperatur erzielen, und die Versprechen für MFTF-Erfolge werden immer vager. Die nächsten Jahrzehnte werden übrigens zeigen, dass sich die Wette auf Tokamaks als relativ berechtigt erwiesen hat – es waren diese Fallen, die das Leistungs- und Q-Niveau erreichten, das für Energieingenieure von Interesse war.
Erfolge von offenen Fallen und Tokamaks zu Beginn der 80er Jahre auf der „Triple-Parameter“-Karte. JET wird 1997 einen Wert leicht über „TFTR 1983“ erreichen.
Die Entscheidung über MFTF untergräbt endgültig die Position dieser Richtung. Obwohl die Experimente am Nowosibirsk Nuclear Physics Institute und an der japanischen Gamma-10-Anlage fortgesetzt werden, werden in den USA auch die recht erfolgreichen Programme ihrer Vorgänger TMX und 2X-IIB eingestellt.
Ende der Geschichte? Nein. Buchstäblich vor unseren Augen findet im Jahr 2015 eine erstaunliche stille Revolution statt. Forscher des nach ihm benannten Instituts für Kernphysik. Budkera in Nowosibirsk, der die GDL-Falle konsequent verbessert hat (übrigens ist zu beachten, dass im Westen eher ambipolare als gasdynamische Fallen vorherrschten), erreichen plötzlich Plasmaparameter, die in den 80er Jahren von Skeptikern als „unmöglich“ vorhergesagt wurden.
Noch einmal GDL. Die in verschiedene Richtungen hervorstehenden grünen Zylinder sind die neutralen Einspritzdüsen, die weiter unten besprochen werden.
Die drei Hauptprobleme, die offene Fallen vergraben haben, sind die MHD-Stabilität in einer achsensymmetrischen Konfiguration (erfordert komplex geformte Magnete), das Ungleichgewicht der Ionenverteilungsfunktion (Mikroinstabilität) und die niedrige Elektronentemperatur. Im Jahr 2015 erreichte die GDL mit einem Beta-Wert von 0,6 eine Elektronentemperatur von 1 keV. Wie ist das passiert?
Die Abkehr von der axialen (zylindrischen) Symmetrie in den 60er Jahren bei Versuchen, Flöten- und andere MHD-Plasmainstabilitäten zu überwinden, führte zusätzlich zu Komplikationen magnetische Systeme auch zu einem Anstieg des Wärmeverlustes aus dem Plasma in radialer Richtung. Eine Gruppe von Wissenschaftlern, die mit GDL zusammenarbeiteten, nutzte eine Idee aus den 80er Jahren, um ein radiales elektrisches Feld anzulegen, das ein Wirbelplasma erzeugt. Dieser Ansatz führte zu einem glänzenden Sieg – mit Beta 0,6 (ich möchte Sie daran erinnern, dass dieses Verhältnis von Plasmadruck zu Magnetfelddruck ein sehr wichtiger Parameter bei der Konstruktion jedes thermonuklearen Reaktors ist – da die Geschwindigkeit und Dichte der Energiefreisetzung durch bestimmt werden Der Plasmadruck und die Kosten des Reaktors werden durch die Leistung seiner Magnete bestimmt. Im Vergleich zum Tokamak ist das Plasma 0,05–0,1 stabil.
Neue „diagnostische“ Messgeräte ermöglichen es uns, die Physik des Plasmas in der GDT besser zu verstehen
Das zweite Problem mit Mikroinstabilitäten, das durch einen Mangel an Niedertemperaturionen (die durch ein ambipolares Potential von den Enden der Falle angezogen werden) verursacht wird, wurde durch die Neigung der Neutralstrahlinjektoren in einem Winkel gelöst. Diese Anordnung erzeugt Ionendichtespitzen entlang der Plasmafalle, die „warme“ Ionen am Entweichen hindern. Eine relativ einfache Lösung führt zur vollständigen Unterdrückung von Mikroinstabilitäten und zu einer deutlichen Verbesserung der Plasmaeinschlussparameter.
Neutronenfluss aus der thermonuklearen Verbrennung von Deuterium in einer GDL-Falle. Schwarze Punkte sind Messwerte, Linien verschiedene berechnete Werte für unterschiedliche Grade von Mikroinstabilitäten. Rote Linie – Mikroinstabilitäten werden unterdrückt.
Der wichtigste „Totengräber“ ist schließlich die niedrige Elektronentemperatur. Obwohl für Ionen in Fallen thermonukleare Parameter erreicht wurden, ist eine hohe Elektronentemperatur der Schlüssel, um zu verhindern, dass heiße Ionen abkühlen, und damit auch hochwertig F. Der Grund für die niedrige Temperatur ist die hohe Wärmeleitfähigkeit „entlang“ und das ambipolare Potential, das „kalte“ Elektronen aus den Expandern hinter den Enden der Falle in das magnetische System saugt. Bis 2014 überschritt die Elektronentemperatur in offenen Fallen 300 eV nicht und im GDT wurde der psychologisch wichtige Wert von 1 keV erreicht. Es wurde durch subtile Arbeit mit der Physik der Wechselwirkung von Elektronen in Endexpandern mit Neutralgas- und Plasmaabsorbern erreicht.
Das stellt die Situation auf den Kopf. Jetzt bedrohen einfache Fallen erneut den Vorrang von Tokamaks, die ungeheure Größen und Komplexität erreicht haben (GDML-U, das die Ideen und Errungenschaften von GDT und eine Methode zur Verbesserung der Längsretention von GOL kombiniert. Obwohl unter dem Einfluss neuer Ergebnisse das Bild von GDML verändert sich, es bleibt die Hauptidee im Bereich der offenen Fallen.
Wo stehen aktuelle und zukünftige Entwicklungen im Vergleich zum Wettbewerb? Tokamaks haben, wie wir wissen, den Wert Q=1 erreicht, viele technische Probleme gelöst, werden zum Bau nuklearer statt elektrischer Anlagen übergehen und bewegen sich zuversichtlich auf den Prototyp eines Leistungsreaktors mit Q=10 und a zu thermonukleare Leistung von bis zu 700 MW (ITER). Stellaratoren, die ein paar Schritte zurückliegen, bewegen sich vom Studium der Grundlagenphysik zur Lösung technischer Probleme bei Q = 0,1, wagen aber noch nicht das Risiko, in den Bereich echter Kernanlagen mit thermonuklearer Verbrennung von Tritium vorzudringen. GDML-U könnte hinsichtlich der Plasmaparameter dem W-7X-Stellarator ähneln (allerdings handelt es sich um eine gepulste Anlage mit einer Entladungsdauer von mehreren Sekunden im Vergleich zum halbstündigen Langzeitbetrieb des W-7X). Aufgrund seiner einfachen Geometrie könnten seine Kosten um ein Vielfaches höher sein als die des deutschen Stellarators.
BINP-Bewertung.
Es gibt Möglichkeiten, GDML als Einrichtung zur Untersuchung der Wechselwirkung von Plasma und Materialien (allerdings gibt es weltweit eine ganze Reihe solcher Einrichtungen) und als thermonukleare Neutronenquelle für verschiedene Zwecke zu nutzen.
Extrapolation der Abmessungen des HDML je nach gewünschtem Q und möglichen Anwendungen.
Wenn die offenen Fallen morgen erneut zu den Favoriten im Rennen um CTS werden, könnte man erwarten, dass sie aufgrund geringerer Kapitalinvestitionen in jeder Stufe bis 2050 die Tokamaks einholen und überholen und zum Herzstück der ersten thermonuklearen Kraftwerke werden. Es sei denn, das Plasma bringt neue unangenehme Überraschungen ...
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Um thermonukleares Plasma in einem bestimmten Raumvolumen zu halten, begrenzt in der Richtung entlang des Feldes. Im Gegensatz zu geschlossenen Fallen (Tokamaks, Stellaratoren), die die Form eines Toroids haben, ist für O. l. gekennzeichnet durch lineare Geometrie und magnetische Feldlinien. Die Felder schneiden die Endflächen des Plasmas (der Ursprung des Begriffs „O.L.“ hängt mit dem letztgenannten Umstand zusammen – sie sind an den Enden „offen“).
O. l. haben eine Reihe von Potenzialen. Vorteile gegenüber geschlossenen: Sie sind technisch einfacher, sie nutzen die Energie des plasmahaltigen Magneten effizienter. Felder ist das Problem der Entfernung schwerer Verunreinigungen und thermonuklearer Reaktionsprodukte aus Plasma einfacher zu lösen, viele andere. Sorten von O. l. kann im völlig stationären Modus arbeiten. Die Möglichkeit, diese Vorteile in einem thermonuklearen Reaktor auf Basis von O.L. zu realisieren, besteht jedoch nicht. erfordert mehr Experimente. Beweis.
Schneckenkammer - max. häufige Art von O. l. (Abb. 1, A). Zu Beginn vorgeschlagen 1950er Jahre unabhängig von G.I. Budker und R. Post. Bereiche mit starker magnetischer Wirkung Die Felder an den Enden dieser Falle halten das Plasma, weshalb sie so genannt werden. Mag. Staus
Reis. 1. Verschiedene Arten offene Magnetfallen (Punkte zeigen Plasma an): A- Korkflasche; B- ambipolare Falle ( UM- lange zentrale Kerzenkammer, 1 - kurze Spiegelzellen); V- Anti-Corktron (0 - Magnetfeldkern, A- axialer Spalt, IN- ringförmiger Schlitz); G- Mehrfachkorkenfalle.
Die Partikelretention in der Spiegelzelle ist auf adiabatische Prozesse zurückzuführen. die Invarianz seines Magneten. Moment, das unter Bedingungen auftritt, bei denen der Larmorradius des Teilchens im Vergleich zum Ausmaß der Änderung des Magnetfelds klein ist. Felder (vgl Adiabatische Invarianten).In der nichtrelativistischen Näherung der Magnet. Teilchenmoment 
Wo N- magnetische Spannung Felder und T und - Masse und senkrechte Mag. Feldkomponente der Teilchengeschwindigkeit. Von adiabatisch Daraus folgt die Invarianz und das Gesetz der Erhaltung der Teilchenenergie, vorausgesetzt 
(Wo N max - max. Magnetischer Wert Felder in Staus), wird das Teilchen von Staus reflektiert und führt in der Falle eine endliche Bewegung aus.
Wenn wir mit dem Index „0“ die Werte aller Größen in der minimalen Mag. bezeichnen. Felder, dann die Bedingung 
kann in das Formular geschrieben werden
Größe R angerufen „Kork-Haltung“. Aus Bedingung (1) folgt dies für ein gegebenes Feldverhältnis N max und N 0 werden nur die Teilchen in der Falle festgehalten, deren Geschwindigkeitsvektor im Geschwindigkeitsraum außerhalb des „Verlustkegels“ [einem Kegel mit einer Achse parallel zum Magnetfeld] liegt. Feld und mit Scheitelwinkel =
In einer achsensymmetrischen Spiegelzelle unterliegt das Plasma üblicherweise Rilleninstabilität, was zu einem Plasmaaustritt über das Magnetfeld führt. Felder in Form schmaler Zungen. Instabilität entsteht, weil in einer solchen Spiegelzelle das Modul magnetisch ist. Das Feld nimmt in radialer Richtung ab und es ist energetisch günstig für das Plasma, in den Bereich eines schwachen Nullpunkts zu gelangen. Um die Instabilität der Flöte zu stabilisieren, werden nicht-axialsymmetrische Magnete verwendet. Felder mit abs. Minimum N im Bereich der Retention.
Spiegelzellen werden durch Einspritzen schneller Wasserstoffatome mit heißem Plasma gefüllt. Durchdringt den Magneten. Felder in das Plasma ein, werden dort durch Ionisation und Ladungsaustausch eingefangen und sorgen für den Material- und Energieerhalt. Plasmagleichgewicht. Mit dieser Methode wurde 1976 in der 2KhPV-Spiegelzelle am Livermore Laboratory (USA) ein quasistationäres Plasma mit einer Dichte von ~10 14 cm -3 und einer Ionentemperatur erhalten T i 10 8 K.
Elastische Kollisionen von Plasmaionen untereinander führen zu ihrer Streuung, fallen in den Verlustkegel und verlassen die Spiegelzelle. Berechnungen zeigen, dass die durch diesen Prozess bestimmte Plasmalebensdauer in der Spiegelzelle anhand der folgenden Formel abgeschätzt werden kann:
wo ist die Zeit der Ionenstreuung durch einen Winkel in der Größenordnung von Eins? Diese Schätzung gilt unter Bedingungen, bei denen die Länge der Spiegelzelle im Vergleich zur mittleren freien Weglänge der Ionen klein ist
Die Elektronenstreuzeit ist im Vergleich zu sehr kurz und daher liegt die Elektronenverteilungsfunktion nahe an der Maxwellschen Funktion. Insbesondere ist es isotrop, d. h. es bedeutet. Einige Elektronen befinden sich im Verlustkegel und könnten durch die Stopfen aus der Falle entweichen. Unter solchen Bedingungen wird die Quasineutralität des Plasmas durch die in ihm entstehende ambipolare elektrische Energie gewährleistet. ein Feld, das den Verlust von Elektronen verhindert. Verteilung des ambipolaren Potentials entlang einer bestimmten Magnetfeldlinie. Felder erhalten f-loy
Wo T e- Temp-Pa der Elektronen, P- lokale Plasmadichte. Ambipolare Elektrik Das Feld führt zu einer gewissen Verschlechterung der Ionenretention.
Zur tollen Ergänzung. Eine Verringerung der Lebensdauer von Ionen wird durch ihre Streuung an suprathermischen elektrischen Fluktuationen verursacht. Felder, die aufgrund der Anisotropie der Ionenverteilungsfunktion entstehen können (Anisotropie ist mit der Abwesenheit von Ionen im Verlustkegel verbunden). Aufgrund der relativ kurzen Lebensdauer einer Spiegelzelle sind die Aussichten für den Einsatz solcher Systeme als thermonukleare Reaktoren nicht sehr günstig. Diesbezüglich in andere Zeit wurde mehrfach vorgeschlagen. verbesserte Arten von O. l., basierend auf der Idee einer Spiegelkammer.
Ambipolare Falle. Eine der Möglichkeiten zur Erhöhung der Ionenretentionszeit ist mit der Verwendung ambipolarer Elektrizität verbunden. Felder. Zur langen Korkflasche UM(Abb. 1, B) mit Plasma mittlerer Dichte ist auf jeder Seite eine kurze Spiegelzelle angeschlossen 1
, bei dem mit Hilfe einer intensiven Injektion hohe Energie entsteht. neutralen Atomen bleibt eine hohe Plasmadichte erhalten. Dann entsteht gemäß (3) eine Potentialdifferenz zwischen der zentralen und der äußeren Spiegelzelle gleich ( T e / e)1п( n 1 / n 0) und für Ionen das Zentrum. In der Kerzenkammer tritt elektrostatische Aufladung auf. Potenzial Grube. Bei einem ausreichend großen Dichteunterschied wird die Tiefe der Mulde so groß, dass der Verlust von Ionen aus dem Zentrum erfolgt. die Spiegelzelle wird vernachlässigbar. Natürlich erfordert die Aufrechterhaltung einer hohen Plasmadichte in den Endspiegelzellen eine gewisse Entschlossenheit. energisch Kosten, diese Kosten hängen jedoch nicht von der Länge des Zentrums ab. Stopfenkammer. Und da die Kraft der darin freigesetzten thermonuklearen Energie proportional ist. seine Länge, dann die Mitte bilden. Die Korkkammer ist lang genug, um das Platzieren zu gewährleisten. energisch Gleichgewicht des Systems als Ganzes.
Reis. 2. Schema der TMH-Ambipolarfalle: 1 - axialasymmetrische Wicklung der Endspiegelzelle, die ein minimales Magnetfeld gewährleistet N auf der Achse; 2 - Wicklungen des Zentralmagneten; 3 - Übergangswicklungen; 4 - Plasma; 5 - Injektoren neutraler Atome. Die charakteristische „Fächerform“ des Plasmas in der Nähe der Enden der Anlage ist auf die Eigenschaften des Magnetfelds der Anlage zurückzuführen. Im Zentralsolenoid ist der Plasmaquerschnitt kreisförmig.
In Experimenten zu einer Reihe ambipolarer Fallen in con. 70er Jahre - früh 80er Jahre Es hat sich gezeigt, dass das Ionenretentionszentrum ambipolar ist. Den Korkdetektor gibt es tatsächlich. Bei der Erzeugung der gewünschten Dichteverteilung steht die Lebensdauer der Ionen im Mittelpunkt. Die Anzahl der Staus ist im Vergleich zur Schätzung (2) um das Zehnfache gestiegen. Zentrum für Plasmaparameter. die Spiegelzellen waren recht moderat (in der TMH-Installation ist das Diagramm in Abb. 2 dargestellt, T i~ 100 eV, n i~10 13 cm 3).
Die Schwierigkeiten bei der Erhöhung der Plasmaparameter in ambipolaren Fallen werden mit Kap. arr. mit der Möglichkeit einer verstärkten Streuung von Endspiegelzellionen durch suprathermische Fluktuationen.
Nicht achsensymmetrischer Magnet Felder, die zur Stabilisierung der Flöteninstabilität verwendet werden, können eine Quelle für einen verstärkten transversalen Plasmatransfer sein, der an die Neoklassik erinnert Transfer in geschlossenen Fallen. Daher ist es notwendig, topologisch einfache rotationssymmetrische Magnete zu finden. Konfigurationen, in denen das Plasma gegenüber Strömungsstörungen stabil wäre.
T.n. Anti-Corktron, das auftritt, wenn zwei koaxiale Magnete gegensätzlich eingeschaltet werden. Spulen (Abb. 1, V), ist eine der Konfigurationen mit dieser Eigenschaft.
Magnetmodul Die Felder in dieser Falle haben Bauchmuskeln. Minimum in der Mitte des Systems, aber dieses Minimum ist Null. Dementsprechend wird nahe der Mitte des Anti-Sluggers die Adiabatie verletzt. Invarianz und Plasma aus dieser Region gehen entlang der Feldlinien schnell verloren. Um diese Verluste zu beseitigen, können Sie Axial verwenden A und Kreisverkehr IN Anti-Kork-Risse, Spezialsystem. Elektroden, die den Verlust von Elektronen verhindern. Die Rückhaltung der Ionen wird dann von selbst gewährleistet. ambipolares Plasmapotential. Technik. Einschränkungen machen es schwierig, dieses Schema auf Plasmareaktorparameter zu übertragen. Vielleicht werden Anti-Slug-Trons als stabilisierendes Element in ambipolaren Fallen Anwendung finden.
Mit dem Übergang zu O. l. sind noch ganz andere Möglichkeiten zur Erhöhung der Retentionszeit verbunden. mit Länge L, die die mittlere freie Weglänge der Ionen überschreitet. Ein Beispiel für Systeme dieser Art ist die eingangs vorgeschlagene Multimirror-Trap (MTL). 70er Jahre Die Installation hat die Form einer Kette miteinander verbundener Spiegelzellen (Abb. 1, d) und ist jeweils kürzer. In solch einem O. l. Die Plasmalebensdauer erhöht sich im Vergleich zur Schätzung (2) um den Faktor 10.
DR. Die zu dieser Klasse gehörende Installation ist die sogenannte. Gasdynamik Falle (GDT), eine Spiegelkammer mit einem großen Spiegelverhältnis ( R= 50 - 100) und mit Länge L>/R. Plasmalebensdauer in GDL in LR/ mal mehr als die Schätzung (2). Die Besonderheit des GDL besteht darin, dass die darin enthaltene Welleninstabilität selbst in einer einfachen achsensymmetrischen magnetischen Konfiguration unterdrückt werden kann. Felder.
Der Vorteil von O. l. Mit L>IR(MPL, GDL) besteht darin, dass die longitudinalen Plasmaverluste von ihnen nicht von Mikroschwankungen abhängen, der Nachteil besteht darin, dass die Länge solcher Anlagen (in der Reaktorversion) relativ lang ist.
Zündete.: Chuyanov V.A., Adiabatische Magnetfallen, im Buch: Ergebnisse von Wissenschaft und Technologie. Ser. Physics of Plasma, Bd. 1, Teil 1, M., 1980; Chirikov B.V., Dynamik von Teilchen in magnetischen Fallen, in: Probleme der Plasmatheorie, v. 13, M., 1984; Ryutov D. D., Stupakov G. V., Transferprozesse in axial asymmetrischen offenen Fallen, ebenda; Pastukhov V.P., Klassische longitudinale Plasmaverluste in offenen adiabatischen Fallen, ibid.; Ryutov D.D., Offene Fallen, UFN, 1988, Bd. 154. 565.
D. D. Rjutow.
Mehr als ein halbes Jahrhundert ist vergangen, seit weltweit mit der Arbeit an der kontrollierten Kernfusion begonnen wurde. Die Lösung dieses Problems sollte der Menschheit eine nahezu unbegrenzte Energiequelle zur Verfügung stellen.
Zunächst schien es, dass das Problem der friedlichen Nutzung der Fusion leichter Kerne zur Energiegewinnung recht schnell gelöst werden könnte, zumal es beim ersten Test ein Beispiel in der Nähe gab Atombombe Bis zur Errichtung des ersten Atomkraftwerks in der Sowjetunion vergingen weniger als vier Jahre. Aber mit kontrollierbar thermonukleare Fusion Es stellte sich heraus, dass alles viel komplizierter war und der Weg bis zur Umsetzung viel länger war, als es zunächst schien.
Um dieses Problem zu lösen, war es notwendig, ein dichtes Hochtemperaturplasma zu erzeugen, es über einen langen Zeitraum zu halten und die Energie der darin ablaufenden Kernreaktionen zu nutzen. Es wurde vorgeschlagen, ein starkes Magnetfeld zu verwenden, um das Plasma einzuschließen. Allerdings wurde bereits in den ersten Experimenten festgestellt, dass sich Plasma in einem Magnetfeld unvorhersehbar verhält und schnell aus der Falle verloren geht. Es hat viel Zeit gekostet, die komplexen Prozesse im Plasma zu verstehen und sich auf die Entwicklung eines thermonuklearen Reaktors vorzubereiten.
| Multispiegelfalle GOL-3 - Vorbereitung für Das Experiment ist in vollem Gange. |
Bisher wurden bei Experimenten mit toroidförmigen (Donut-förmigen – Ed.) Anlagen vom Tokamak-Typ erhebliche Fortschritte bei den Parametern des heißen Plasmas erzielt, was es ermöglichte, direkt mit der Aufgabe des Baus der ITER-Anlage fortzufahren Die thermonukleare Plasmaverbrennung wird über einen langen Zeitraum auf einem Leistungsniveau von 500 MW aufrechterhalten. Das ITER-Projekt ist natürlich für die gesamte Menschheit von enormer Bedeutung. Sein Umfang ist so groß, dass seine Umsetzung nur auf der Grundlage einer breiten internationalen Zusammenarbeit möglich war.
Gleichzeitig bedeutet selbst die erfolgreiche Demonstration der thermonuklearen Plasmaverbrennung bei ITER keineswegs, dass künftige thermonukleare Reaktoren auf der Basis von Tokamaks gebaut werden. Parallel dazu wurde in Studien zur Physik von Hochtemperaturplasma vorgeschlagen, zu seiner Eindämmung offene Fallen mit magnetischen Spiegeln zu verwenden, die sich topologisch von Tokamaks unterscheiden. Diese Fallen haben im Vergleich zu Tokamaks eine Reihe grundlegender Vorteile. Insbesondere sind sie einfacher aufgebaut, was in Zukunft ein wesentliches Argument für ihren Einsatz als Fusionsreaktor sein könnte. Allerdings muss sich in der Praxis noch zeigen, dass in diesen Fallen hohe Plasmaparameter erreicht werden können, die immer noch deutlich unter den Anforderungen liegen. In dieser Richtung wurden erhebliche Fortschritte erzielt letzten Jahren An moderne Installationen dieser Art mit verbessertem Plasmaeinschluss am Institut für Kernphysik SB RAS, das auf diesem Forschungsgebiet weltweit führend war und ist.
| GOL-3-Bedienfeld. |
Eine dieser Anlagen ist die Multispiegelfalle GOL-3, in der Experimente mit dichtem (bis zu 1023 m -3) Plasma durchgeführt werden. Mit dieser Installation wurden eine Reihe einzigartiger Ergebnisse erzielt. Insbesondere wurde der Effekt der Unterdrückung der thermischen Längsleitfähigkeit von Elektronen um drei Größenordnungen aufgrund der Entwicklung von Mikroturbulenzen im Plasma beim Durchgang eines relativistischen Elektronenstrahls entdeckt, wodurch eine Elektronentemperatur von 4 keV erreicht werden konnte die Falle. In einer magnetischen Konfiguration mit mehreren Spiegeln wurde der Effekt entdeckt und erklärt schnelles Aufheizen Ionen bis zu einer Temperatur von 2 keV bei einer Plasmadichte von 1021 m -3. Die erreichten Parameter ermöglichen die Simulation physikalischer Prozesse in einem thermonuklearen Multispiegelreaktor. Darüber hinaus ermöglicht die Anlage die Untersuchung der Auswirkungen der Wechselwirkung von elektronenheißem Plasma mit der Oberfläche in Tokamaks mit thermonuklearem Plasma.
| Gasdynamische Falle GDL – Prototyp leistungsstarke Neutronenquelle. |
Das Institut schlug ein weiteres Schema moderner offener Fallen vor und implementierte es schnell – die sogenannte gasdynamische Plasmafalle (GPL). Die Länge der GDL und die Stärke des Magnetfelds in der Mitte und an den Enden werden so gewählt, dass die effektive mittlere freie Weglänge der Ionen kleiner ist als die Länge der Installation. Unter solchen Bedingungen wird die Plasmalebensdauer auf die gleiche Weise bestimmt wie bei der Berechnung der Verluste von gewöhnlichem Gas durch eine Öffnung in einem Gefäß, womit der Name der Anlage verbunden ist. Die Plasmalebensdauer in einem GDT ist unempfindlich gegenüber der Möglichkeit der Anregung von Mikrofluktuationen darin, und dies macht die Vorhersage experimenteller Ergebnisse und ihre Extrapolation auf Reaktorbedingungen zuverlässig. Ein weiterer Vorteil von GDL ist die Fähigkeit, die hydrodynamische Stabilität des Plasmas innerhalb einer achsensymmetrischen Konfiguration sicherzustellen. Diese theoretischen Schlussfolgerungen wurden bereits experimentell bestätigt. Die gasdynamische Falle hat sowohl rein reaktortechnisch als auch als Grundlage für die Schaffung einer materialwissenschaftlichen Quelle thermonuklearer Neutronen Perspektiven.
| Junge Mitarbeiter der GDL-Gruppe. |
Bei der GDL-Anlage ermöglicht die Injektion von Deuterium-Atomstrahlen mit einer Gesamtleistung von etwa 4 MW, den Plasmadruck in der Falle auf fast die Hälfte des Drucks des einschließenden Magnetfelds zu erhöhen. Die dabei beobachtete Neutronenstrahlung konzentriert sich hauptsächlich an den Stopppunkten schneller Deuteronen, die in einem Winkel von 45 Grad in die Falle eingeschossen werden. Es wird daran gearbeitet, die Leistung und Dauer der Injektion weiter zu erhöhen, um im Experiment die Bedingungen zu reproduzieren, die im Deuterium-Tritium-Plasma einer Neutronenquelle mit einer Flussdichte von 14 MeV Neutronen von 0,5 MW/m 2 herrschen werden. Eine weitere Erhöhung der Injektion dürfte die Neutronenflussdichte auf 2 MW/m 2 erhöhen, was für die Prüfung der Materialien des künftigen thermonuklearen Tokamak-Reaktors bei Höchstlasten erforderlich ist.
Foto von V. Novikov
A. Ivanov, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, BINP
