खुले जाल पर आधारित थर्मोन्यूक्लियर सिस्टम का निर्माण। मूक थर्मोन्यूक्लियर तख्तापलट
एनएसएन ने बताया कि इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स (आईएनपी) के वैज्ञानिकों ने 10 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक स्थिर प्लाज्मा हीटिंग हासिल कर लिया है। आईएनपी उप निदेशक के लिए वैज्ञानिकों का कामअलेक्जेंडर इवानोव. वैज्ञानिक ने बताया कि यह विकास क्या संभावनाएं खोलता है और यह, सिद्धांत रूप में, रेडियोधर्मी कचरे के निर्माण को क्यों समाप्त करता है।
- बीआईएनपी ने खुले जाल पर आधारित थर्मोन्यूक्लियर सिस्टम बनाने के विकल्पों पर विचार करना शुरू किया। इसका अर्थ क्या है?
यदि हम प्लाज्मा को 10 मिलियन डिग्री तक गर्म करने की बात कर रहे हैं, तो हमें याद रखना चाहिए कि यह तापमान सूर्य के केंद्र से अधिक है। स्वाभाविक रूप से, ऐसे गर्म प्लाज़्मा को भौतिक दीवारों वाले किसी प्रकार के बर्तन में समाहित नहीं किया जा सकता है - भले ही वे बहुत मोटे हों, फिर भी वे जलेंगे। इससे बचने के लिए, यानी प्लाज्मा को गर्म बनाए रखने के लिए, कम से कम दो तरीके हैं।
पहला तब होता है जब प्लाज़्मा को एक मजबूत टॉरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, जो प्लाज़्मा कणों के प्रक्षेप पथ को बदल देता है, जिसके बाद वे क्षेत्र रेखाओं के चारों ओर घूमना शुरू कर देते हैं। चुंबकीय क्षेत्र. इस मामले में, प्लाज्मा चुंबकीय क्षेत्र में नहीं चलता है, जिससे कोई गर्मी प्रवाह नहीं होता है। यह सिद्धांत टोकामक इंस्टॉलेशन का आधार है, जिसके अंदर एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ "डोनट" का आकार होता है, जो नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के लिए प्लाज्मा को चुंबकीय रूप से सीमित करने के लिए हमारे देश में प्रस्तावित है। पृथ्वी पर सूर्य कैसे बनाया जाए, इस पर विचारों की दौड़ में, ये प्रतिष्ठान अब अग्रणी हैं।
एक और व्यवस्था है. सीधे शब्दों में कहें, यह एक अनुदैर्ध्य चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक लंबी खुली जाल ट्यूब है, जहां प्लाज्मा को दीवार के संपर्क से दूर रखा जाता है, लेकिन अपेक्षाकृत स्वतंत्र रूप से फैलता है और अंतिम दीवारों से टकराता है। इन जालों में, हमने इसे बनाना सीखा है ताकि चुंबकीय क्षेत्र के साथ गर्मी का नुकसान प्लाज्मा के मुक्त विस्तार की तुलना में बहुत कम हो जाए।
- हम थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने से कितनी दूर हैं?
ऐसे रिएक्टर हैं जिनका संचालन सिद्धांत टोकामक्स पर आधारित है, अन्य खुले जाल पर, और उदाहरण के लिए, स्पंदित सिस्टम भी हैं, जब ट्रिटियम-ड्यूटेरियम ईंधन की एक बूंद को लेजर से प्रज्वलित किया जाता है, और यह एक सेकंड के लाखोंवें हिस्से में जल जाता है, ऊर्जा प्रदान करना.
टोकामक्स के लिए, 10 वर्षों में फ्रांस में बड़े आईटीईआर रिएक्टर को लॉन्च किया जाएगा - बड़ी जटिलता की एक साइक्लोपियन संरचना, जहां थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा दहन का प्रदर्शन किया जाएगा। इसके अलावा, वहां का तापमान लगभग 10 गुना अधिक है इस पलअब हम खुले जाल में फँस सकते हैं।
लेकिन, फिर भी, 10 मिलियन डिग्री के तापमान पर, बहुत उपयोगी चीजें की जा सकती हैं - विशेष रूप से, न्यूट्रॉन का एक बहुत शक्तिशाली स्रोत, जिसकी आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की सामग्री के परीक्षण के लिए। (अर्थात, परीक्षण के दौरान टोकामक्स की दीवारें न्यूट्रॉन के एक बहुत शक्तिशाली प्रवाह के संपर्क में आ जाएंगी, और वैज्ञानिक इस प्रकार स्थिति का पूरी तरह से अनुकरण करने में सक्षम होंगे।) न्यूट्रॉन स्रोतों का उपयोग सबक्रिटिकल विखंडन रिएक्टरों के लिए ड्राइवर के रूप में भी किया जा सकता है - उन्हें डाला जाता है एक परमाणु रिएक्टर की प्रणाली के अंदर एक गुणांक लाभ पर काम करना इकाई से कम है। इससे सबक्रिटिकल सिस्टम की सुरक्षा काफी बढ़ जाती है, जो सिद्धांत रूप से चेरनोबिल-प्रकार की दुर्घटनाओं की संभावना को समाप्त कर देती है।
- आपकी उपलब्धि किस प्रकार की सफलता से भरी है?
अब हम रूसी परमाणु विशेषज्ञ उस स्तर पर पहुंच गए हैं जहां हम ऐसे शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोतों के प्रोटोटाइप डिजाइन करना शुरू कर सकते हैं। यदि हम दीर्घावधि को देखें, तो मुझे प्लाज्मा हीटिंग तापमान को 10 मिलियन तक नहीं, बल्कि कहें तो 300 मिलियन डिग्री तक न बढ़ाने पर कोई प्रतिबंध नहीं दिखता है।
इस आधार पर, हम बीआईएनपी में अगली पीढ़ी के जाल बनाने की संभावनाओं पर विचार कर रहे हैं, जिनके मापदंडों में काफी वृद्धि होगी। और हम एक वैकल्पिक आईटीईआर रिएक्टर बनाने के बारे में गंभीरता से सोचेंगे। यदि यह सब काम करता है, तो खुले जाल पर आधारित हमारा थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर टोकामक्स पर आधारित रिएक्टर की तुलना में व्यावसायिक रूप से कहीं अधिक आकर्षक हो सकता है, और फ्रांस में बनाई जा रही संरचना तकनीकी सादगी के मामले में इसका मुकाबला नहीं कर सकती है।
अब हम उस स्तर पर पहुंच गए हैं जहां हम ऐसे शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोतों के प्रोटोटाइप डिजाइन करना शुरू कर सकते हैं। यदि हम दीर्घावधि को देखें, तो मुझे प्लाज्मा हीटिंग तापमान को 10 मिलियन तक नहीं, बल्कि कहें तो 300 मिलियन डिग्री तक न बढ़ाने पर कोई प्रतिबंध नहीं दिखता है।
इस आधार पर, हम बीआईएनपी में अगली पीढ़ी के जाल बनाने की संभावनाओं पर विचार कर रहे हैं, जिनके मापदंडों में काफी वृद्धि होगी। और हम एक वैकल्पिक रिएक्टर बनाने के बारे में गंभीरता से सोचेंगे। यदि सब कुछ ठीक रहा, तो खुले जाल पर आधारित फ्यूजन रिएक्टर टोकामक्स पर आधारित फ्यूजन रिएक्टर की तुलना में व्यावसायिक रूप से अधिक आकर्षक हो सकता है।
- खुले जाल पर आधारित रिएक्टर... वे अन्य किन तरीकों से टोकामक्स से बेहतर हैं?
हमें उम्मीद है कि खुले जाल पर आधारित रिएक्टरों का उद्भव, जिस पर हम वर्तमान में काम कर रहे हैं, कुछ विकास के साथ संभव होगा। टोकामक्स की तुलना में उनके कुछ फायदे हैं। अंतिम लेकिन कम से कम, मेरा मतलब थर्मोन्यूक्लियर ईंधन पर काम करने की संभावना से है, जो या तो बिल्कुल न्यूट्रॉन का उत्पादन नहीं करता है या उनमें से बहुत कम उत्पादन करता है, जो रेडियोधर्मी कचरे के दीर्घकालिक भंडारण और निपटान की समस्या से भरा नहीं है।
आइए ध्यान दें कि परमाणु भौतिकी संस्थान ने पहले ही एक वैकल्पिक आईटीईआर रिएक्टर विकसित करने की योजना की घोषणा की है। संस्थान कोड नाम जीडीएमएल (गैस डायनेमिक ट्रैप) के साथ एक वैकल्पिक रिएक्टर के प्रोटोटाइप की परियोजना के लिए तकनीकी और आर्थिक आधार को अंतिम रूप देने की योजना बना रहा है।
9 अगस्त 2016 सुबह 10.40 बजे 11वीं के प्रमुख प्रतिभागियों के साथ एक प्रेस दृष्टिकोण अंतरराष्ट्रीय सम्मेलनप्लाज्मा परिरोध के लिए खुली चुंबकीय प्रणालियों पर। वे अग्रणी के नवीनतम परिणामों के बारे में बात करेंगे वैज्ञानिक केंद्रइस क्षेत्र में अनुसंधान में लगे हुए हैं। उदाहरण के लिए, इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स एसबी आरएएस के वैज्ञानिकों ने बड़े पैमाने पर खुले प्रकार के चुंबकीय जाल (जीडीटी) में उच्च-शक्ति माइक्रोवेव विकिरण का उपयोग करके प्लाज्मा उत्पन्न करने की एक आशाजनक विधि विकसित की है। इस विधि ने थर्मोन्यूक्लियर रेंज में मापदंडों के साथ प्लाज्मा कारावास में सुधार के लिए सफल प्रयोगों की अनुमति दी। इसके अलावा, परमाणु भौतिकी संस्थान एसबी आरएएस की स्थापना में, भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों में तरल टंगस्टन के छींटों के प्रसार का अध्ययन किया गया।
प्रेस दृष्टिकोण के प्रतिभागी:
1. अलेक्जेंडर अलेक्जेंड्रोविच इवानोव, भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर, वैज्ञानिक कार्य के लिए परमाणु भौतिकी संस्थान के उप निदेशक एसबी आरएएस।
2. अलेक्जेंडर गेनाडिविच शालाशोव, भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर, रूसी विज्ञान अकादमी (निज़नी नोवगोरोड) के एप्लाइड फिजिक्स संस्थान में प्लाज्मा हीटिंग के माइक्रोवेव तरीकों के क्षेत्र के प्रमुख।
3.योसुके नकाशिमा , प्रोफेसर, सेंटर फॉर प्लाज्मा रिसर्च, यूनिवर्सिटी ऑफ त्सुकुबा, जापान। (प्रो. नकाशिमा युसुके, प्लाज्मा अनुसंधान केंद्र, सुकुबा विश्वविद्यालय, जापान)
4. ताएहुप ओह, प्रोफेसर, राष्ट्रीय संस्थान थर्मोन्यूक्लियर अनुसंधान, डेजॉन, कोरिया। (प्रो. ल्हो ताइह्योप, नेशनल फ्यूजन रिसर्च इंस्टीट्यूट, डेजॉन्ग, कोरिया)।
सम्मेलन हर दो साल में बारी-बारी से रूस (नोवोसिबिर्स्क, बीआईएनपी एसबी आरएएस), जापान और कोरिया में वैज्ञानिक केंद्रों की साइटों पर आयोजित किया जाता है। प्रस्तुत किए जाने वाले मुख्य क्षेत्र खुले जाल में प्लाज्मा कारावास की भौतिकी, खुले जाल के लिए हीटिंग सिस्टम, प्लाज्मा डायग्नोस्टिक्स, सतह के साथ प्लाज्मा की बातचीत हैं।
ऐसे कई विकल्प हैं जिनके आधार पर भविष्य में थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाना संभव होगा - टोकामक, स्टेलरेटर, ओपन ट्रैप, रिवर्स फील्ड कॉन्फ़िगरेशन और अन्य। आजकल, टोकामक सबसे विकसित क्षेत्र है, लेकिन वैकल्पिक प्रणालियों के भी कई फायदे हैं: वे तकनीकी रूप से सरल हैं और एक रिएक्टर के रूप में आर्थिक रूप से अधिक आकर्षक हो सकते हैं। शायद भविष्य में टोकामक को बदल दिया जाएगा या अन्य प्रकार के जालों के साथ सह-अस्तित्व में आना शुरू हो जाएगा। बीआईएनपी एसबी आरएएस एक वैकल्पिक दिशा - प्लाज्मा कारावास के लिए खुले जाल - पर काम कर रहा है।
पहले, यह माना जाता था कि इस प्रकार की स्थापना को प्लाज्मा के मूलभूत गुणों का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के रूप में माना जा सकता है, साथ ही यह पहले प्रयोगात्मक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर आईटीईआर के लिए प्रयोगों का समर्थन करने के लिए भी माना जा सकता है।
हालाँकि, हाल के परिणाम - एक खुले जीडीटी जाल (बीआईएनपी एसबी आरएएस, रूस) में प्लाज्मा को 10 मिलियन डिग्री के तापमान तक गर्म करना और एस-2 इंस्टॉलेशन (ट्राई अल्फा एनर्जी, यूएसए) में प्लाज्मा की अर्ध-स्थिर स्थिति का प्रदर्शन करना - में दिखाया है वैकल्पिक प्रणालियाँपहले की तुलना में कहीं अधिक उच्च प्लाज्मा पैरामीटर प्राप्त करना संभव है।
सबसे बड़े खुले जाल रूस, जापान, चीन में संचालित होते हैं। दक्षिण कोरियाऔर अमेरिका.
मान्यता के लिए संपर्क:
अल्ला स्कोवोरोडिना,
जनसंपर्क विशेषज्ञ, बीआईएनपी एसबी आरएएस,
आर.टी.+7 383 329-47-55, एम.टी.+7 913 9354687, ई-मेल:
फ्यूजन रिएक्टर मॉडल के प्रकारों पर संक्षिप्त जानकारी
tokamak("टोरॉयडल मैग्नेटिक चैंबर" का संक्षिप्त रूप), एक बंद चुंबकीय जाल जिसका आकार टोरस जैसा होता है और इसे उच्च तापमान वाले प्लाज्मा को बनाने और समाहित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। टोकामक को नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन की समस्या को हल करने और थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने के लिए डिजाइन और बनाया गया था।
खुले जाल- अंतरिक्ष की एक निश्चित मात्रा में थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा को सीमित करने के लिए एक प्रकार का चुंबकीय जाल, चुंबकीय क्षेत्र के साथ दिशा में सीमित। बंद जालों (टोकमाक्स, तारकीय यंत्र) के विपरीत, जिनका आकार टोरॉइड जैसा होता है, खुले जालों की विशेषता रैखिक ज्यामिति होती है, जिसमें चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं प्लाज्मा की अंतिम सतहों को काटती हैं। बंद जालों की तुलना में खुले जालों के कई संभावित फायदे हैं। वे इंजीनियरिंग की दृष्टि से सरल हैं, वे प्लाज्मा को अधिक कुशलता से सीमित करने वाले चुंबकीय क्षेत्र की ऊर्जा का उपयोग करते हैं, प्लाज्मा से भारी अशुद्धियों और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया उत्पादों को हटाने की समस्या को हल करना आसान है, और कई प्रकार के खुले जाल एक स्थिर में काम कर सकते हैं तरीका। हालाँकि, खुले जाल पर आधारित संलयन रिएक्टर में इन लाभों को साकार करने की संभावना के लिए प्रयोगात्मक साक्ष्य की आवश्यकता होती है।
डी. डी. रयुतोव की सामग्री के आधार पर, ओपन ट्रैप्स, यूएफएन 1988, खंड 154, पृष्ठ 565।
संभवतः मानव गतिविधि का कोई भी क्षेत्र निराशाओं और अस्वीकृत नायकों से इतना भरा नहीं है जितना कि सृजन के प्रयास थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा. सैकड़ों रिएक्टर अवधारणाएँ, दर्जनों टीमें जो लगातार जनता और राज्य के बजट की पसंदीदा बनीं, और अंततः टोकामक्स के रूप में एक विजेता प्रतीत हुआ। और यहां फिर से - नोवोसिबिर्स्क वैज्ञानिकों की उपलब्धियां उस अवधारणा में दुनिया भर में रुचि को पुनर्जीवित कर रही हैं जिसे 80 के दशक में क्रूरतापूर्वक कुचल दिया गया था। और अब अधिक विवरण.
एक खुला जीडीएल जाल जिसने प्रभावशाली परिणाम दिए
थर्मोन्यूक्लियर संलयन से ऊर्जा निकालने के विभिन्न प्रस्तावों में से, वे अपेक्षाकृत ढीले थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा के स्थिर कारावास की ओर सबसे अधिक उन्मुख हैं। उदाहरण के लिए, आईटीईआर परियोजना और अधिक व्यापक रूप से - टोकामक टोरॉयडल जाल और तारकीय - यहीं से आते हैं। वे टॉरॉयडल हैं क्योंकि सबसे सरल तरीकाचुंबकीय क्षेत्र से बना एक बंद बर्तन (हेजहोग कॉम्बिंग प्रमेय के कारण, गोलाकार बर्तन बनाना संभव नहीं होगा)। हालाँकि, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के क्षेत्र में अनुसंधान की शुरुआत में, पसंदीदा जटिल त्रि-आयामी ज्यामिति वाले जाल नहीं थे, बल्कि तथाकथित खुले जाल में प्लाज्मा को शामिल करने का प्रयास किया गया था। ये आमतौर पर बेलनाकार चुंबकीय बर्तन भी होते हैं जिनमें प्लाज्मा रेडियल दिशा में अच्छी तरह से बरकरार रहता है और दोनों सिरों से बाहर बहता है। यहां आविष्कारकों का विचार सरल है - यदि थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया द्वारा एक नए प्लाज्मा का ताप सिरों से लीक होने वाली गर्मी की खपत से तेज होता है - तो भगवान उसे आशीर्वाद दें, हमारे बर्तन के खुलेपन से ऊर्जा उत्पन्न होगी , लेकिन रिसाव अभी भी निर्वात पात्र में होगा और ईंधन रिएक्टर में तब तक चलता रहेगा जब तक वह जल न जाए।
खुले जाल का विचार एक चुंबकीय सिलेंडर है जिसके सिरों पर प्लग/दर्पण होते हैं और उनके पीछे विस्तारक होते हैं।
इसके अलावा, सभी खुले जालों में, प्लाज्मा को सिरों से बाहर निकलने से रोकने के लिए एक या दूसरी विधि का उपयोग किया जाता है - और यहां सबसे सरल तरीका सिरों पर चुंबकीय क्षेत्र को तेजी से बढ़ाना है (रूसी शब्दावली में चुंबकीय "प्लग" या "दर्पण" स्थापित करना) "पश्चिमी शब्दावली में), जबकि आने वाले आवेशित कण, वास्तव में, दर्पण प्लग से वापस आएंगे और प्लाज्मा का केवल एक छोटा सा हिस्सा उनके माध्यम से गुजरेगा और विशेष विस्तारकों में प्रवेश करेगा।
और आज की नायिका की थोड़ी कम योजनाबद्ध छवि - एक निर्वात कक्ष जिसमें प्लाज्मा उड़ता है, और सभी प्रकार के उपकरण जोड़े जाते हैं।
"दर्पण" या "खुले" जाल, क्यू-ककड़ी के साथ पहला प्रयोग 1955 में अमेरिकी लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी में किया गया था। कई वर्षों से, यह प्रयोगशाला ओपन ट्रैप (ओटी) पर आधारित सीटीएस की अवधारणा के विकास में अग्रणी बन गई है।
दुनिया का पहला प्रयोग - चुंबकीय दर्पण क्यू-ककड़ी वाला एक खुला जाल
बंद प्रतिस्पर्धियों की तुलना में, ओएल के फायदों में रिएक्टर और इसकी चुंबकीय प्रणाली की बहुत सरल ज्यामिति और इसलिए इसकी कम लागत शामिल है। इस प्रकार, सीटीएस के पहले पसंदीदा - जेड-पिंच रिएक्टरों के पतन के बाद, 60 के दशक की शुरुआत में ओपन ट्रैप को अधिकतम प्राथमिकता और फंडिंग मिली, क्योंकि उन्होंने कम पैसे में त्वरित समाधान का वादा किया था।
60 के दशक की शुरुआत में, टेबल टॉप ट्रैप
हालाँकि, यह कोई संयोग नहीं था कि वही ज़ेड-पिंच सेवानिवृत्त हो गया। उनका अंतिम संस्कार प्लाज्मा की प्रकृति की अभिव्यक्ति से जुड़ा था - अस्थिरता जो चुंबकीय क्षेत्र के साथ प्लाज्मा को संपीड़ित करने का प्रयास करते समय प्लाज्मा संरचनाओं को नष्ट कर देती थी। और यह ठीक यही विशेषता थी, जिसका 50 साल पहले बहुत कम अध्ययन किया गया था, जिसने खुले जाल वाले प्रयोगकर्ताओं को तुरंत परेशान करना शुरू कर दिया। बांसुरी की अस्थिरताएं हमें चुंबकीय प्रणाली को जटिल बनाने के लिए मजबूर करती हैं, सरल गोल सोलनॉइड्स के अलावा, "इओफ़े स्टिक्स", "बेसबॉल ट्रैप" और "यिन-यांग कॉइल्स" का परिचय देती हैं और चुंबकीय क्षेत्र दबाव और प्लाज्मा दबाव (पैरामीटर β) के अनुपात को कम करती हैं। .
"बेसबॉल" सुपरकंडक्टिंग चुंबक जाल बेसबॉल II, 70 के दशक के मध्य में
इसके अलावा, अलग-अलग ऊर्जा वाले कणों के लिए प्लाज्मा रिसाव अलग-अलग तरीके से होता है, जिससे प्लाज्मा में कोई संतुलन नहीं होता (यानी, कण वेग का एक गैर-मैक्सवेलियन स्पेक्ट्रम), जो कई अन्य अप्रिय अस्थिरताओं का कारण बनता है। ये अस्थिरताएं, बदले में, प्लाज्मा को "हिलाती" हैं, 60 के दशक के अंत में अंत दर्पण कोशिकाओं के माध्यम से इसके बाहर निकलने में तेजी लाती हैं सरल विकल्पखुले जाल सीमित प्लाज्मा के तापमान और घनत्व की सीमा तक पहुंच गए, और ये आंकड़े थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक परिमाण से बहुत कम थे। समस्या मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों का तेजी से अनुदैर्ध्य ठंडा होना था, जिसके कारण आयनों की ऊर्जा कम हो गई। नये विचारों की जरूरत थी.
सबसे सफल एम्बिपोलर ट्रैप TMX-U
भौतिक विज्ञानी मुख्य रूप से अनुदैर्ध्य प्लाज्मा कारावास में सुधार से संबंधित नए समाधान प्रस्तावित कर रहे हैं: एंबिपोलर कारावास, नालीदार जाल और गैस-गतिशील जाल।
- एम्बिपोलर कारावास इस तथ्य पर आधारित है कि इलेक्ट्रॉन एक खुले जाल से ड्यूटेरियम और ट्रिटियम आयनों की तुलना में 28 गुना तेजी से "प्रवाह" करते हैं, और जाल के सिरों पर एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है - अंदर के आयनों से सकारात्मक और बाहर से नकारात्मक। यदि सघन प्लाज़्मा वाले क्षेत्रों को संस्थापन के सिरों पर प्रवर्धित किया जाता है, तो सघन प्लाज़्मा में उभयध्रुवीय क्षमता आंतरिक कम सघन सामग्री को बिखरने से बचाएगी।
- नालीदार जाल अंत में एक "रिब्ड" चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं, जिसमें "गुहाओं" में बंद जाल क्षेत्र के खिलाफ "घर्षण" के कारण भारी आयनों का विस्तार धीमा हो जाता है।
- अंत में, गैस-गतिशील जाल एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक छोटे छेद वाले बर्तन का एक एनालॉग बनाते हैं, जिसमें से प्लाज्मा "मिरर प्लग" की तुलना में कम गति से बहता है।
गामा-10 की चुंबकीय प्रणाली और प्लाज्मा हीटिंग का आरेख स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि हम कितनी दूर चले गए हैं सरल उपाय 80 के दशक तक ओएल।
उसी समय, 1975 में, 2X-IIB ट्रैप में, अमेरिकी शोधकर्ता 10 केवी के प्रतीकात्मक आयन तापमान को प्राप्त करने वाले दुनिया के पहले व्यक्ति थे - जो ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के थर्मोन्यूक्लियर जलने के लिए इष्टतम है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 60 और 70 के दशक में उन्हें किसी भी तरह से वांछित तापमान की खोज द्वारा चिह्नित किया गया था, क्योंकि... तापमान निर्धारित करता है कि रिएक्टर बिल्कुल काम करेगा या नहीं, जबकि दो अन्य पैरामीटर - घनत्व और प्लाज्मा से ऊर्जा रिसाव की दर (या जिसे आमतौर पर "होल्डिंग टाइम" कहा जाता है) की भरपाई रिएक्टर के आकार को बढ़ाकर की जा सकती है। हालाँकि, प्रतीकात्मक उपलब्धि के बावजूद, 2X-IIB रिएक्टर कहलाने से बहुत दूर था - सैद्धांतिक बिजली उत्पादन प्लाज्मा कारावास और हीटिंग पर खर्च किए गए का 0.1% होगा। एक गंभीर समस्या बनी हुई है हल्का तापमानइलेक्ट्रॉन - 10 केवी आयनों की पृष्ठभूमि के खिलाफ लगभग 90 ईवी, इस तथ्य के कारण कि किसी तरह इलेक्ट्रॉनों को निर्वात कक्ष की दीवारों के खिलाफ ठंडा किया गया था जिसमें जाल स्थित है।
अब निष्क्रिय हो चुके एंबिपोलर ट्रैप AMBAL-M के तत्व
80 के दशक की शुरुआत सीटीएस की इस शाखा के विकास के चरम पर थी। विकास का शिखर 372 मिलियन डॉलर (या आज की कीमतों में 820 मिलियन डॉलर) की अमेरिकी एमएफटीएफ परियोजना है, जो इस परियोजना को वेंडेलस्टीन 7-एक्स या के-स्टार टोकामक जैसी मशीन के करीब लाती है।
सुपरकंडक्टिंग चुंबकीय मॉड्यूल एमएफटीएफ…
और इसके 400 टन के अंतिम सुपरकंडक्टिंग चुंबक का शरीर
यह अतिचालक चुम्बकों सहित एक द्विध्रुवीय जाल था। मास्टरपीस टर्मिनल "यिन-यांग", प्लाज्मा डायग्नोस्टिक्स की कई प्रणालियाँ और हीटिंग, सभी मामलों में एक रिकॉर्ड। यह Q=0.5 प्राप्त करने की योजना बनाई गई थी, अर्थात। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया का ऊर्जा उत्पादन रिएक्टर के संचालन को बनाए रखने की लागत से केवल दो गुना कम है। इस कार्यक्रम ने क्या परिणाम प्राप्त किये हैं? लॉन्च के लिए तैयारी के करीब एक राज्य में एक राजनीतिक निर्णय द्वारा इसे बंद कर दिया गया था।
संस्थापन के 10-मीटर निर्वात कक्ष में स्थापना के दौरान "यिन-यांग" एमएफटीएफ को समाप्त करें। इसकी लंबाई 60 मीटर तक पहुंचने वाली थी।
इस तथ्य के बावजूद कि हर तरफ से चौंकाने वाले इस फैसले को समझाना बहुत मुश्किल है, मैं कोशिश करूंगा।
1986 तक, जब एमएफटीएफ लॉन्च होने के लिए तैयार था, टीसीबी अवधारणाओं के क्षितिज में एक और पसंदीदा सितारा चमक उठा। "कांस्य" खुले जाल का एक सरल और सस्ता विकल्प, जो इस समय तक 60 के दशक की शुरुआत की मूल अवधारणा की पृष्ठभूमि के मुकाबले बहुत जटिल और महंगा हो गया था, ये सभी गूढ़ विन्यास, तेज़ तटस्थ इंजेक्टर, शक्तिशाली रेडियो आवृत्ति के सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट थे प्लाज्मा हीटिंग सिस्टम, अस्थिरता दमन सर्किट को उलझा देना - ऐसा लग रहा था कि ऐसे जटिल इंस्टॉलेशन कभी भी थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट का प्रोटोटाइप नहीं बनेंगे।
मूल सीमक विन्यास और तांबे के कॉइल में जेट।
तो टोकामक्स. 80 के दशक की शुरुआत में, ये मशीनें थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया को जलाने के लिए पर्याप्त प्लाज्मा मापदंडों तक पहुंच गईं। 1984 में, यूरोपीय JET टोकामक लॉन्च किया गया था, जिसे Q=1 दिखाना चाहिए, और यह साधारण तांबे के मैग्नेट का उपयोग करता है, इसकी लागत केवल $180 मिलियन है। यूएसएसआर और फ्रांस में, सुपरकंडक्टिंग टोकामक डिजाइन किए जा रहे हैं, जो चुंबकीय प्रणाली के संचालन पर लगभग कोई ऊर्जा बर्बाद नहीं करते हैं। इसी समय, वर्षों से खुले जाल पर काम कर रहे भौतिक विज्ञानी प्लाज्मा स्थिरता और इलेक्ट्रॉन तापमान को बढ़ाने में प्रगति करने में असमर्थ रहे हैं, और एमएफटीएफ उपलब्धियों के वादे तेजी से अस्पष्ट होते जा रहे हैं। वैसे, अगले दशक दिखाएंगे कि टोकामक्स पर दांव अपेक्षाकृत उचित साबित हुआ - यह ये जाल थे जो बिजली और क्यू के स्तर तक पहुंच गए थे जो बिजली इंजीनियरों के लिए रुचिकर थे।
"ट्रिपल पैरामीटर" मानचित्र पर 80 के दशक की शुरुआत तक खुले जाल और टोकामक की सफलताएँ। जेट 1997 में "टीएफटीआर 1983" से थोड़ा ऊपर एक बिंदु पर पहुंच जाएगा।
एमएफटीएफ पर निर्णय अंततः इस दिशा की स्थिति को कमजोर करता है। हालाँकि नोवोसिबिर्स्क परमाणु भौतिकी संस्थान और जापानी गामा-10 सुविधा में प्रयोग जारी हैं, उनके पूर्ववर्तियों टीएमएक्स और 2एक्स-आईआईबी के सफल कार्यक्रम भी संयुक्त राज्य अमेरिका में बंद किए जा रहे हैं।
कहानी का अंत? नहीं। वस्तुतः हमारी आंखों के सामने 2015 में एक अद्भुत शांत क्रांति घटित हो रही है। परमाणु भौतिकी संस्थान के शोधकर्ताओं के नाम पर रखा गया। नोवोसिबिर्स्क में बुडकेरा, जिसने लगातार जीडीएल जाल में सुधार किया (वैसे, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पश्चिम में, गैस-गतिशील जाल के बजाय एंबीपोलर प्रचलित थे) अचानक प्लाज्मा मापदंडों तक पहुंच गए जिनकी भविष्यवाणी 80 के दशक में संशयवादियों द्वारा "असंभव" के रूप में की गई थी।
एक बार फिर जी.डी.एल. अलग-अलग दिशाओं में चिपके हुए हरे सिलेंडर तटस्थ इंजेक्टर हैं, जिनकी चर्चा नीचे की गई है।
जिन तीन मुख्य समस्याओं ने खुले जाल बिछा दिए हैं, वे हैं अक्षीय सममितीय विन्यास में एमएचडी स्थिरता (जटिल आकार के चुम्बकों की आवश्यकता), आयन वितरण फ़ंक्शन का कोई संतुलन नहीं (माइक्रोअस्थिरता), और कम इलेक्ट्रॉन तापमान। 2015 में, GDL, 0.6 के बीटा मान के साथ, 1 keV के इलेक्ट्रॉन तापमान तक पहुंच गया। यह कैसे हो गया?
60 के दशक में बांसुरी और अन्य एमएचडी प्लाज्मा अस्थिरताओं को दूर करने के प्रयासों में अक्षीय (बेलनाकार) समरूपता से विचलन, जटिलता के अलावा, चुंबकीय प्रणालीरेडियल दिशा में प्लाज्मा से गर्मी के नुकसान में भी वृद्धि हुई है। जीडीएल के साथ काम करने वाले वैज्ञानिकों के एक समूह ने रेडियल विद्युत क्षेत्र को लागू करने के लिए 80 के दशक के एक विचार का उपयोग किया जो एक भंवर प्लाज्मा बनाता है। इस दृष्टिकोण ने एक शानदार जीत हासिल की - बीटा 0.6 के साथ (मैं आपको याद दिला दूं कि प्लाज्मा दबाव और चुंबकीय क्षेत्र दबाव का यह अनुपात किसी भी थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के डिजाइन में एक बहुत ही महत्वपूर्ण पैरामीटर है - चूंकि ऊर्जा रिलीज की दर और घनत्व किसके द्वारा निर्धारित किया जाता है? प्लाज्मा का दबाव, और रिएक्टर की लागत उसके चुम्बकों की शक्ति से निर्धारित होती है), टोकामक की तुलना में 0.05-0.1 प्लाज्मा स्थिर है।
नए "नैदानिक" माप उपकरण हमें जीडीटी में प्लाज्मा की भौतिकी को बेहतर ढंग से समझने की अनुमति देते हैं
सूक्ष्म-अस्थिरताओं के साथ दूसरी समस्या, जो कम तापमान वाले आयनों (जो एक एंबिपोलर क्षमता द्वारा जाल के सिरों से खींची जाती है) की कमी के कारण होती है, तटस्थ बीम इंजेक्टरों को एक कोण पर झुकाकर हल किया गया था। यह व्यवस्था प्लाज्मा जाल के साथ आयन घनत्व शिखर बनाती है, जो "गर्म" आयनों को बाहर निकलने से रोकती है। एक अपेक्षाकृत सरल समाधान से सूक्ष्म अस्थिरताओं का पूर्ण दमन होता है और प्लाज्मा कारावास मापदंडों में महत्वपूर्ण सुधार होता है।
जीडीएल जाल में ड्यूटेरियम के थर्मोन्यूक्लियर दहन से न्यूट्रॉन प्रवाह। ब्लैक डॉट्स माप हैं, रेखाएं सूक्ष्म-अस्थिरता के विभिन्न स्तरों के लिए विभिन्न गणना मूल्य हैं। लाल रेखा - सूक्ष्म अस्थिरताएं दब जाती हैं।
अंत में, मुख्य "कब्र खोदने वाला" कम इलेक्ट्रॉन तापमान है। यद्यपि जाल में आयनों के लिए थर्मोन्यूक्लियर पैरामीटर हासिल कर लिए गए हैं, उच्च इलेक्ट्रॉन तापमान गर्म आयनों को ठंडा होने से बचाने की कुंजी है, और इसलिए उच्च मूल्यप्र. कम तापमान का कारण उच्च तापीय चालकता "साथ" और उभयध्रुवीय क्षमता है, जो जाल के सिरों के पीछे के विस्तारकों से चुंबकीय प्रणाली में "ठंडे" इलेक्ट्रॉनों को चूसती है। 2014 तक, खुले जाल में इलेक्ट्रॉन तापमान 300 ईवी से अधिक नहीं था, और जीडीएल में 1 केवी का मनोवैज्ञानिक रूप से महत्वपूर्ण मूल्य प्राप्त किया गया था। इसे तटस्थ गैस और प्लाज्मा अवशोषक के साथ अंत विस्तारकों में इलेक्ट्रॉनों की बातचीत के भौतिकी के साथ सूक्ष्म कार्य के माध्यम से प्राप्त किया गया था।
इससे स्थिति उलट जाती है. अब सरल जाल फिर से टोकामकों की प्रधानता को खतरे में डालते हैं जो विशाल आकार और जटिलता (जीडीएमएल-यू) तक पहुंच गए हैं, जो जीडीटी के विचारों और उपलब्धियों और जीओएल के अनुदैर्ध्य प्रतिधारण में सुधार के लिए एक विधि को जोड़ती है। हालांकि नए परिणामों के प्रभाव में छवि जीडीएमएल बदल रहा है, यह खुले जाल के क्षेत्र में मुख्य विचार बना हुआ है।
प्रतिस्पर्धियों की तुलना में वर्तमान और भविष्य के विकास कहाँ खड़े हैं? टोकामक्स, जैसा कि हम जानते हैं, Q=1 के मूल्य तक पहुंच गए हैं, कई इंजीनियरिंग समस्याओं को हल कर लिया है, विद्युत प्रतिष्ठानों के बजाय परमाणु के निर्माण की ओर आगे बढ़ेंगे, और आत्मविश्वास से Q=10 और एक पावर रिएक्टर के प्रोटोटाइप की ओर बढ़ रहे हैं। 700 मेगावाट (आईटीईआर) तक की थर्मोन्यूक्लियर पावर। स्टेलरेटर, जो कुछ कदम पीछे हैं, मौलिक भौतिकी का अध्ययन करने और क्यू = 0.1 पर इंजीनियरिंग समस्याओं को हल करने से आगे बढ़ रहे हैं, लेकिन अभी तक ट्रिटियम के थर्मोन्यूक्लियर दहन के साथ वास्तविक परमाणु प्रतिष्ठानों के क्षेत्र में प्रवेश करने का जोखिम नहीं उठाते हैं। GDML-U प्लाज्मा मापदंडों के संदर्भ में W-7X तारकीय यंत्र के समान हो सकता है (हालाँकि, यह W-7X के आधे घंटे के दीर्घकालिक संचालन के मुकाबले कई सेकंड की डिस्चार्ज अवधि के साथ एक स्पंदित इंस्टॉलेशन है), हालाँकि, इसकी सरल ज्यामिति के कारण इसकी लागत जर्मन तारकीय यंत्र से कई गुना कम हो सकती है।
बीआईएनपी मूल्यांकन।
प्लाज्मा और सामग्रियों की परस्पर क्रिया का अध्ययन करने के लिए एक सुविधा के रूप में जीडीएमएल का उपयोग करने के विकल्प हैं (हालांकि, दुनिया में ऐसी बहुत सारी सुविधाएं हैं) और विभिन्न उद्देश्यों के लिए थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन स्रोत के रूप में।
वांछित क्यू और संभावित अनुप्रयोगों के आधार पर एचडीएमएल के आयामों का एक्सट्रपलेशन।
यदि कल ओपन ट्रैप एक बार फिर सीटीएस की दौड़ में पसंदीदा बन जाते हैं, तो कोई उम्मीद कर सकता है कि, प्रत्येक चरण में कम पूंजी निवेश के कारण, 2050 तक वे टोकामक्स को पकड़ लेंगे और उससे आगे निकल जाएंगे, और पहले थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट का दिल बन जाएंगे। जब तक प्लाज्मा नए अप्रिय आश्चर्य नहीं लाता...
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क्षेत्र के साथ दिशा में सीमित स्थान की एक निश्चित मात्रा में थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा को समाहित करना। बंद जालों (टोकमाक्स, तारकीय यंत्र) के विपरीत, जिनका आकार टोरॉयड जैसा होता है, ओ.एल. के लिए। रैखिक ज्यामिति और चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं द्वारा विशेषता। फ़ील्ड प्लाज़्मा की अंतिम सतहों को काटते हैं ("ओ.एल." शब्द की उत्पत्ति बाद की परिस्थिति से जुड़ी है - वे सिरों पर "खुले" हैं)।
ओ. एल. अनेक सम्भावनाएँ हैं। बंद चुंबकों की तुलना में लाभ: वे इंजीनियरिंग की दृष्टि से सरल हैं, वे प्लाज्मा युक्त चुंबक की ऊर्जा का अधिक कुशलता से उपयोग करते हैं। फ़ील्ड, प्लाज्मा से भारी अशुद्धियों और थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया उत्पादों को हटाने की समस्या को हल करना आसान है, कई अन्य। ओ.एल. की किस्में पूरी तरह से स्थिर मोड में काम कर सकता है। हालाँकि, ओ.एल. पर आधारित थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर में इन लाभों को साकार करने की संभावना। अधिक प्रयोग की आवश्यकता है. प्रमाण।
स्लग चैम्बर - अधिकतम। सामान्य प्रकार का ओ.एल. (चित्र .1, ए). शुरुआत में प्रस्तावित. 1950 के दशक स्वतंत्र रूप से जी.आई. बुडकर और आर. पोस्ट द्वारा। प्रबल चुंबकीय क्षेत्र इस जाल के सिरों पर स्थित क्षेत्र प्लाज़्मा को धारण करते हैं, इसीलिए इन्हें कहा जाता है। मैग. ट्रैफिक जाम
चावल। 1. विभिन्न प्रकार केखुले चुंबकीय जाल (बिंदु प्लाज्मा को दर्शाते हैं): ए- कॉर्क डिटेक्टर; बी- एंबिपोलर ट्रैप ( के बारे में- लंबा केंद्रीय प्लग कक्ष, 1 - लघु अंत दर्पण कोशिकाएं); वी- एंटी-कॉर्कट्रॉन (0 - चुंबकीय क्षेत्र कोर, ए- अक्षीय अंतर, में- कुंडलाकार स्लॉट); जी- मल्टी-कॉर्क ट्रैप।
दर्पण कोशिका में कण प्रतिधारण रुद्धोष्म के कारण होता है। इसके चुंबक की अपरिवर्तनीयता. वह क्षण जो उन परिस्थितियों में घटित होता है जब चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन के पैमाने की तुलना में कण का लार्मोर त्रिज्या छोटा होता है। फ़ील्ड्स (देखें रुद्धोष्म अपरिवर्तनीय.गैर-सापेक्षिक सन्निकटन में, चुंबक। कण क्षण 
कहाँ एन- चुंबकीय तनाव फ़ील्ड, और टीऔर - द्रव्यमान और लंबवत पत्रिका। कण वेग का क्षेत्र घटक। रूद्धोष्म से अपरिवर्तनशीलता और कण ऊर्जा के संरक्षण के नियम का यह पालन करता है, बशर्ते 
(कहाँ एनअधिकतम - अधिकतम। चुंबकीय मूल्य ट्रैफ़िक जाम में फ़ील्ड), कण ट्रैफ़िक जाम से परावर्तित होता है और जाल के अंदर सीमित गति करता है।
यदि हम न्यूनतम पत्रिका में सभी मात्राओं के मूल्यों को सूचकांक "0" द्वारा निरूपित करते हैं। फ़ील्ड, फिर स्थिति 
फॉर्म में लिखा जा सकता है
आकार आरबुलाया "कॉर्क रवैया"। शर्त (1) से यह पता चलता है कि किसी दिए गए फ़ील्ड अनुपात के लिए एनअधिकतम और एन 0, केवल उन्हीं कणों को जाल में रखा जाता है जिनका वेग वेक्टर "हानि शंकु" के बाहर वेग स्थान में स्थित होता है [चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर अक्ष वाला एक शंकु। फ़ील्ड, और शीर्ष कोण के साथ =
एक अक्षसममितीय दर्पण कोशिका में, प्लाज्मा आमतौर पर इसके अधीन होता है नाली अस्थिरता, जिससे चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा का रिसाव हो रहा है। संकीर्ण जीभ के रूप में फ़ील्ड। अस्थिरता उत्पन्न होती है क्योंकि ऐसे दर्पण सेल में मॉड्यूल चुंबकीय होता है। क्षेत्र रेडियल दिशा में घटता है, और यह प्लाज्मा के लिए कमजोर शून्य के क्षेत्र में जाने के लिए ऊर्जावान रूप से अनुकूल है। बांसुरी की अस्थिरता को स्थिर करने के लिए, गैर-अक्षीय सममित चुम्बकों का उपयोग किया जाता है। पेट वाले क्षेत्र। न्यूनतम एनप्रतिधारण के क्षेत्र में.
तीव्र हाइड्रोजन परमाणुओं को इंजेक्ट करके दर्पण कोशिकाओं को गर्म प्लाज्मा से भर दिया जाता है। चुम्बक के आर-पार प्रवेश करना। प्लाज्मा में फ़ील्ड, वे आयनीकरण और चार्ज एक्सचेंज के कारण वहां कैप्चर किए जाते हैं और सामग्री और ऊर्जा के रखरखाव को सुनिश्चित करते हैं। प्लाज्मा संतुलन. 1976 में, लिवरमोर प्रयोगशाला (यूएसए) में 2KhPV दर्पण सेल में इस विधि का उपयोग करके, ~10 14 सेमी -3 के घनत्व और एक आयन तापमान के साथ एक अर्ध-स्थिर प्लाज्मा टी मैं 10 8 के.
प्लाज़्मा आयनों के एक दूसरे के साथ लोचदार टकराव से उनका बिखराव होता है, हानि शंकु में गिरता है और दर्पण कोशिका से बाहर निकल जाता है। गणना से पता चलता है कि दर्पण कोशिका में इस प्रक्रिया द्वारा निर्धारित प्लाज्मा जीवनकाल का अनुमान निम्न सूत्र से लगाया जा सकता है:
एकता के क्रम के कोण से आयन के प्रकीर्णन का समय कहाँ है? यह अनुमान उन परिस्थितियों में मान्य है जहां दर्पण सेल की लंबाई आयनों के औसत मुक्त पथ की तुलना में छोटी है
इसकी तुलना में इलेक्ट्रॉन बिखरने का समय बहुत कम है और इसलिए इलेक्ट्रॉन वितरण फ़ंक्शन मैक्सवेलियन के करीब है। विशेष रूप से, यह आइसोट्रोपिक है, यानी इसका मतलब है। कुछ इलेक्ट्रॉन हानि शंकु में हैं और प्लग के माध्यम से जाल से बच सकते हैं। ऐसी परिस्थितियों में, प्लाज्मा की अर्ध-तटस्थता उसमें उत्पन्न होने वाली उभयध्रुवीय विद्युत ऊर्जा द्वारा सुनिश्चित की जाती है। एक क्षेत्र जो इलेक्ट्रॉन हानि को रोकता है। एक निश्चित चुंबकीय क्षेत्र रेखा के साथ उभयध्रुवीय क्षमता का वितरण। फ़ील्ड्स को एफ-लॉय दिया गया है
कहाँ टी ई- इलेक्ट्रॉनों का तापमान-पीए, पी- स्थानीय प्लाज्मा घनत्व. उभयध्रुवीय विद्युत क्षेत्र आयन प्रतिधारण में एक निश्चित गिरावट की ओर ले जाता है।
महान जोड़ के लिए. आयनों के जीवनकाल में कमी सुपरथर्मल विद्युत उतार-चढ़ाव पर उनके बिखरने के कारण होती है। क्षेत्र, जो आयन वितरण फ़ंक्शन की अनिसोट्रॉपी के कारण उत्पन्न हो सकते हैं (एनिसोट्रॉपी हानि शंकु में आयनों की अनुपस्थिति से जुड़ी है)। मिरर सेल में अपेक्षाकृत कम जीवनकाल थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर जैसी प्रणालियों के उपयोग की संभावनाओं को बहुत अनुकूल नहीं बनाता है। इस संबंध में, में अलग समयकई बार प्रस्तावित किया गया था. दर्पण कक्ष के विचार के आधार पर ओ.एल. के उन्नत प्रकार।
उभयध्रुवीय जाल. आयन प्रतिधारण समय को बढ़ाने की संभावनाओं में से एक एंबिपोलर इलेक्ट्रिक के उपयोग से जुड़ी है। खेत। लंबी कॉर्क बोतल तक के बारे में(चित्र .1, बी) मध्यम घनत्व के प्लाज्मा के साथ, प्रत्येक तरफ एक छोटा दर्पण सेल जुड़ा होता है 1
, जिसमें गहन इंजेक्शन की मदद से उच्च-ऊर्जा होती है। तटस्थ परमाणु, उच्च प्लाज्मा घनत्व बनाए रखा जाता है। फिर, (3) के अनुसार, केंद्रीय और बाहरी दर्पण कोशिकाओं के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है ( टी ई /ई)1पी( एन 1 / एन 0), और आयनों के लिए केंद्र। एल-स्टैटिक प्लग चैम्बर में दिखाई देता है। संभावना गड्ढा। पर्याप्त रूप से बड़े घनत्व अंतर के साथ, कुएं की गहराई इतनी अधिक होगी कि केंद्र से आयनों का नुकसान होगा। दर्पण कक्ष नगण्य हो जायेगा। बेशक, अंत दर्पण कोशिकाओं में उच्च प्लाज्मा घनत्व बनाए रखने के लिए एक निश्चित दृढ़ संकल्प की आवश्यकता होती है। शक्तिशाली लागत, लेकिन ये लागत केंद्र की लंबाई पर निर्भर नहीं करती है। प्लग चैम्बर. और चूंकि इसमें थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा रिलीज की शक्ति आनुपातिक है। इसकी लंबाई, फिर केंद्र बनाना। कॉर्क चैम्बर इतना लंबा है कि यह सुनिश्चित हो सके कि इसे रखा गया है। शक्तिशाली समग्र रूप से सिस्टम का संतुलन।
चावल। 2. टीएमएच एम्बिपोलर ट्रैप की योजना: 1 - अंतिम दर्पण सेल की अक्षीय रूप से असममित घुमावदार, न्यूनतम चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करती है एनअक्ष पर; 2 - केंद्रीय सोलनॉइड की वाइंडिंग; 3 - संक्रमण वाइंडिंग्स; 4 - प्लाज्मा; 5 - तटस्थ परमाणुओं के इंजेक्टर। संस्थापन के सिरों के पास प्लाज़्मा का विशिष्ट "प्रशंसक" आकार संस्थापन के चुंबकीय क्षेत्र के गुणों के कारण होता है। केंद्रीय सोलनॉइड में प्लाज्मा क्रॉस-सेक्शन गोलाकार होता है।
कोन में कई उभयध्रुवीय जालों पर प्रयोगों में। 70 के दशक - जल्दी 80 के दशक यह दिखाया गया है कि उभयध्रुवीय आयन प्रतिधारण केंद्र। वहाँ वास्तव में एक ट्रैफिक जाम चैम्बर है। वांछित घनत्व वितरण बनाते समय, आयनों का जीवनकाल केंद्र में होता है। अनुमान (2) की तुलना में ट्रैफिक जाम ~10 गुना बढ़ गया। प्लाज्मा पैरामीटर केंद्र। दर्पण कोशिकाएँ काफी मध्यम थीं (टीएमएच स्थापना में, चित्र 2 में दिखाया गया है, टी मैं~ 100 ईवी, एन मैं~10 13 सेमी 3).
एम्बिपोलर ट्रैप में प्लाज्मा मापदंडों को बढ़ाने की कठिनाइयाँ चैप से जुड़ी हैं। गिरफ्तार. सुपरथर्मल उतार-चढ़ाव द्वारा अंत दर्पण सेल आयनों के बढ़े हुए बिखरने की संभावना के साथ।
गैर अक्ष सममितीय चुंबकीय बांसुरी की अस्थिरता को स्थिर करने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्षेत्र उन्नत अनुप्रस्थ प्लाज्मा स्थानांतरण का एक स्रोत हो सकते हैं, जो नियोक्लासिकल की याद दिलाता है बंद जाल में स्थानांतरण. इसलिए, स्थलाकृतिक रूप से सरल अक्षसममितीय चुम्बकों को खोजना आवश्यक है। विन्यास जिसमें प्लाज्मा बांसुरी की गड़बड़ी के संबंध में स्थिर होगा।
टी.एन. एंटी-कॉर्कट्रॉन, जो तब होता है जब दो समाक्षीय चुम्बकों को विपरीत दिशा में चालू किया जाता है। कुंडलियाँ (चित्र 1, वी), इस संपत्ति के साथ कॉन्फ़िगरेशन में से एक है।
चुंबकीय मॉड्यूल इस ट्रैप में फ़ील्ड्स में एब्स हैं। सिस्टम के केंद्र में न्यूनतम, लेकिन यह न्यूनतम शून्य है। तदनुसार, एंटी-स्लगर के केंद्र के पास रुद्धोष्म का उल्लंघन होता है। इस क्षेत्र से अपरिवर्तनशीलता और प्लाज्मा क्षेत्र रेखाओं के साथ तेजी से नष्ट हो जाते हैं। इन नुकसानों को खत्म करने के लिए आप अक्षीय का उपयोग कर सकते हैं एऔर गोल चक्कर मेंएंटी-कॉर्क दरारें, विशेष प्रणाली। इलेक्ट्रोड जो इलेक्ट्रॉन हानि को रोकते हैं। फिर आयनों का प्रतिधारण अपने आप सुनिश्चित हो जाएगा। उभयध्रुवीय प्लाज्मा क्षमता। टेक. सीमाएं इस योजना को प्लाज्मा रिएक्टर मापदंडों तक विस्तारित करना मुश्किल बनाती हैं। शायद एंटी-स्लग ट्रॉन को एंबिपोलर ट्रैप में एक स्थिर तत्व के रूप में उपयोग किया जाएगा।
अवधारण समय को बढ़ाने की अन्य संभावनाएं O. l में संक्रमण के साथ जुड़ी हुई हैं। लंबाई के साथ एल, आयनों के माध्य मुक्त पथ से अधिक। इस प्रकार की प्रणालियों का एक उदाहरण मल्टीमिरर ट्रैप (एमटीएल) है, जिसे शुरुआत में प्रस्तावित किया गया था। 70 के दशक इंस्टॉलेशन में परस्पर जुड़े दर्पण कोशिकाओं (चित्र 1, डी) की एक श्रृंखला का रूप है, और प्रत्येक की लंबाई कम है। ऐसे में ओ.एल. अनुमान (2) के सापेक्ष प्लाज्मा जीवनकाल 10 गुना बढ़ जाता है।
डॉ। इस वर्ग से संबंधित स्थापना तथाकथित है। गैस गतिशील ट्रैप (जीडीटी), जो बड़े दर्पण अनुपात वाला एक दर्पण कक्ष है ( आर= 50 - 100) और लंबाई के साथ एल>/आर. जीडीएल में प्लाज्मा जीवनकाल एलआर/ अनुमान से कई गुना ज्यादा (2). जीडीएल की ख़ासियत यह है कि इसमें बांसुरी की अस्थिरता को एक साधारण अक्षीय चुंबकीय विन्यास में भी दबाया जा सकता है। खेत।
ओ.एल. का लाभ. साथ एल>आईआर(एमपीएल, जीडीएल) यह है कि उनसे अनुदैर्ध्य प्लाज्मा हानि माइक्रोफ्लक्चुएशन पर निर्भर नहीं होती है, नुकसान यह है कि ऐसी स्थापनाओं की लंबाई (रिएक्टर संस्करण में) अपेक्षाकृत लंबी है।
लिट.:चुयानोव वी.ए., एडियाबैटिक चुंबकीय जाल, पुस्तक में: विज्ञान और प्रौद्योगिकी के परिणाम। सेर. प्लाज़्मा का भौतिकी, खंड 1, भाग 1, एम., 1980; चिरिकोव बी.वी., चुंबकीय जाल में कणों की गतिशीलता, में: प्लाज्मा सिद्धांत की समस्याएं, वी। 13, एम., 1984; रयुतोव डी. डी., स्टुपकोव जी. वी., अक्षीय रूप से असममित खुले जाल में स्थानांतरण प्रक्रियाएं, ibid.; पास्तुखोव वी.पी., खुले रुद्धोष्म जाल में शास्त्रीय अनुदैर्ध्य प्लाज्मा हानि, ibid.; रयुतोव डी.डी., ओपन ट्रैप्स, यूएफएन, 1988, खंड 154, पृ. 565.
डी. डी. रयुतोव.
दुनिया में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर काम शुरू हुए आधी सदी से ज्यादा समय बीत चुका है। इस समस्या का समाधान मानवता को ऊर्जा का लगभग असीमित स्रोत प्रदान करना चाहिए।
पहले तो ऐसा लगा कि ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए प्रकाश नाभिक के संलयन के शांतिपूर्ण उपयोग की समस्या को बहुत जल्दी हल किया जा सकता है, खासकर जब पहले परीक्षण से ही पास में एक उदाहरण था परमाणु बमसोवियत संघ में पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण में चार साल से भी कम समय लगा। लेकिन नियंत्रणीय के साथ थर्मोन्यूक्लियर संलयनसब कुछ बहुत अधिक जटिल हो गया, और इसके कार्यान्वयन का मार्ग पहले की तुलना में कहीं अधिक लंबा हो गया।
इस समस्या को हल करने के लिए उच्च तापमान वाला सघन प्लाज़्मा बनाना, उसे लंबे समय तक रखना और उसमें होने वाली परमाणु प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा का उपयोग करना आवश्यक था। प्लाज्मा को सीमित करने के लिए एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करने का प्रस्ताव किया गया था। हालाँकि, पहले प्रयोगों में ही यह पता चल गया था कि चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा अप्रत्याशित रूप से व्यवहार करता है और जल्दी से जाल से गायब हो जाता है। प्लाज्मा में होने वाली सबसे जटिल प्रक्रियाओं को समझने और थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के निर्माण की दिशा में आगे बढ़ने में बहुत समय लगा।
| मल्टी-मिरर ट्रैप GOL-3 - के लिए तैयारी प्रयोग जोरों पर है. |
आज तक, टोरॉयडल (डोनट-आकार - एड.) टोकामक-प्रकार की स्थापनाओं पर प्रयोगों में, गर्म प्लाज्मा के मापदंडों में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, जिससे आईटीईआर स्थापना के निर्माण के कार्य में सीधे आगे बढ़ना संभव हो गया है। जो थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा दहन 500 मेगावाट के बिजली स्तर पर लंबे समय तक बनाए रखा जाएगा। निस्संदेह, आईटीईआर परियोजना पूरी मानवता के लिए अत्यधिक महत्वपूर्ण है। इसका पैमाना इतना बड़ा है कि इसका कार्यान्वयन व्यापक अंतरराष्ट्रीय सहयोग के आधार पर ही संभव हो सका।
साथ ही, आईटीईआर में थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा दहन के सफल प्रदर्शन का मतलब यह बिल्कुल भी नहीं है कि भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर टोकामक्स के आधार पर बनाए जाएंगे। समानांतर में, उच्च तापमान प्लाज्मा के भौतिकी पर अध्ययन में, इसे रोकने के लिए चुंबकीय दर्पण के साथ खुले जाल का उपयोग करने का प्रस्ताव किया गया था, जो टोकामक्स से टोपोलॉजिकल रूप से भिन्न था। टोकामक्स की तुलना में इन जालों में कई बुनियादी फायदे हैं। विशेष रूप से, वे डिजाइन में सरल हैं, जो भविष्य में फ्यूजन रिएक्टर के रूप में उनके उपयोग के पक्ष में एक महत्वपूर्ण तर्क हो सकता है। हालाँकि, व्यवहार में यह प्रदर्शित किया जाना बाकी है कि इन जालों में उच्च प्लाज्मा मापदंडों को प्राप्त करना संभव है, जो अभी भी आवश्यकता से काफी कम हैं। इस दिशा में उल्लेखनीय प्रगति हुई है पिछले साल कापर आधुनिक स्थापनाएँपरमाणु भौतिकी संस्थान एसबी आरएएस में बेहतर प्लाज्मा कारावास के साथ इस प्रकार का, जो अनुसंधान के इस क्षेत्र में विश्व के नेताओं में से एक था और बना हुआ है।
| GOL-3 नियंत्रण कक्ष। |
ऐसे प्रतिष्ठानों में से एक जीओएल-3 मल्टीमिरर ट्रैप है, जहां घने (1023 मीटर -3 तक) प्लाज्मा के साथ प्रयोग किए जाते हैं। इस स्थापना से कई अनूठे परिणाम प्राप्त हुए। विशेष रूप से, सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉन किरण के पारित होने के दौरान प्लाज्मा में सूक्ष्म अशांति के विकास के कारण परिमाण के तीन आदेशों द्वारा अनुदैर्ध्य इलेक्ट्रॉन तापीय चालकता के दमन का प्रभाव खोजा गया, जिससे 4 केवी का इलेक्ट्रॉन तापमान प्राप्त करना संभव हो गया। जाल। बहु-दर्पण चुंबकीय विन्यास में, प्रभाव की खोज की गई और उसे समझाया गया तेजी से गरम करना 1021 मीटर -3 के प्लाज्मा घनत्व पर 2 केवी के तापमान तक आयन। प्राप्त पैरामीटर मल्टीमिरर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर में भौतिक प्रक्रियाओं का अनुकरण करना संभव बनाते हैं। इसके अलावा, इंस्टॉलेशन थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा के साथ टोकामक्स में सतह के साथ इलेक्ट्रॉन-गर्म प्लाज्मा की बातचीत के प्रभावों का अध्ययन करना संभव बनाता है।
| गैस-गतिशील जाल जीडीएल - प्रोटोटाइप शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोत। |
संस्थान ने आधुनिक खुले जालों की एक और योजना प्रस्तावित की और शीघ्रता से कार्यान्वित की - तथाकथित गैस-गतिशील प्लाज्मा जाल (जीपीएल)। जीडीएल की लंबाई और केंद्र और सिरों पर चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण इस तरह चुना जाता है कि आयनों का प्रभावी माध्य मुक्त पथ स्थापना की लंबाई से कम हो। ऐसी स्थितियों के तहत, प्लाज्मा जीवनकाल उसी तरह निर्धारित किया जाता है जैसे किसी बर्तन में एक उद्घाटन के माध्यम से साधारण गैस के नुकसान की गणना करते समय किया जाता है, जिसके साथ स्थापना का नाम जुड़ा हुआ है। जीडीटी में प्लाज्मा जीवनकाल इसमें सूक्ष्म उतार-चढ़ाव की उत्तेजना की संभावना के प्रति असंवेदनशील है, और यह प्रयोगात्मक परिणामों की भविष्यवाणी और रिएक्टर स्थितियों के लिए इसके एक्सट्रपलेशन को विश्वसनीय बनाता है। जीडीएल का एक अन्य लाभ एक अक्षीय विन्यास के भीतर प्लाज्मा की हाइड्रोडायनामिक स्थिरता सुनिश्चित करने की क्षमता है। इन सैद्धांतिक निष्कर्षों की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि पहले ही की जा चुकी है। गैस-गतिशील जाल में विशुद्ध रूप से रिएक्टर के संदर्भ में और थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन के सामग्री विज्ञान स्रोत बनाने के आधार के रूप में संभावनाएं हैं।
| जीडीएल समूह के युवा कर्मचारी। |
जीडीएल स्थापना में, लगभग 4 मेगावाट की कुल शक्ति के साथ ड्यूटेरियम के परमाणु बीम के इंजेक्शन से जाल में प्लाज्मा दबाव को सीमित चुंबकीय क्षेत्र के दबाव के लगभग आधे तक बढ़ाना संभव हो जाता है। इस मामले में देखा गया न्यूट्रॉन विकिरण मुख्य रूप से 45 डिग्री के कोण पर जाल में इंजेक्ट किए गए तेज़ ड्यूटेरॉन के रुकने के बिंदुओं पर केंद्रित है। प्रयोग में उन स्थितियों को पुन: उत्पन्न करने के लिए इंजेक्शन की शक्ति और अवधि को और बढ़ाने के लिए काम चल रहा है जो 0.5 मेगावाट/एम 2 के 14 एमईवी न्यूट्रॉन के फ्लक्स घनत्व के साथ न्यूट्रॉन स्रोत के ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्लाज्मा में मौजूद होंगी। इंजेक्शन में और वृद्धि से न्यूट्रॉन फ्लक्स घनत्व 2 मेगावाट/एम 2 तक बढ़ जाना चाहिए, जो कि अधिकतम भार पर भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर टोकामक रिएक्टर की सामग्री के परीक्षण के लिए आवश्यक है।
फोटो वी. नोविकोव द्वारा
ए इवानोव, भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर, बीआईएनपी
