Texnokratik harakat. Tokamak nima? Termoyadroviy reaktor insoniyat uchun yangi davrni ochadi Tokamakdagi plazma harorati
“TOKAMAK” soʻzi TOROIDAL, CHAMBER, MAGNETIC COILS soʻzlarining qisqartmasi boʻlib, A.D tomonidan ixtiro qilingan ushbu magnit tuzoqning asosiy elementlarini tavsiflaydi. Saxarov 1950 yilda TOKAMAK diagrammasi 4-rasmda ko'rsatilgan.
4-rasm. TOKAMAKning asosiy komponentlari diagrammasi
Issiq plazmani o'z ichiga olgan toroidal kameradagi asosiy magnit maydon toroidal magnit bobinlar tomonidan yaratilgan. Plazma muvozanatida plazma oqimi muhim rol o'ynaydi, u toroidal plazma ustuni bo'ylab oqadi va torusning kichik zanjiri bo'ylab yo'naltirilgan poloidal magnit maydon hosil qiladi. Olingan magnit maydon plazma torusning markaziy chizig'ini - magnit o'qni qoplaydigan cheksiz spirallar ko'rinishidagi maydon chiziqlariga ega. Shunday qilib, magnit maydon chiziqlari TOKAMAKda bir-birining ichida joylashgan yopiq toroidal magnit sirtlarni hosil qiladi. Plazmadagi oqim induktorning birlamchi o'rashidan hosil bo'lgan girdabli elektr maydoni tomonidan saqlanadi. Bunday holda, plazma lasan ikkilamchi o'rash rolini o'ynaydi. Ko'rinib turibdiki, TOKAMAKda oqimning induktiv saqlanishi birlamchi o'rashda magnit maydon oqimining ta'minoti bilan cheklangan va faqat cheklangan vaqt uchun mumkin. Toroidal bobinlar va induktorning birlamchi o'rashiga qo'shimcha ravishda, TOKAMAK plazma muvozanatini saqlash va kameradagi o'rnini nazorat qilish uchun zarur bo'lgan poloidli o'rashlarga ega bo'lishi kerak. Poloidal sariqlarda oqayotgan oqimlar plazma oqimiga ta'sir qiluvchi elektromagnit kuchlarni hosil qiladi va shu bilan uning kameradagi holatini va plazma shnurining kesma shaklini o'zgartirishi mumkin.
Birinchi TOKAMAK Rossiyada I.V. nomidagi Atom energiyasi institutida qurilgan. 1956 yilda Kurchatov. Ushbu qurilmaning o'n yillik qizg'in izlanishlari va takomillashtirish TOKAMAKlarning plazma parametrlarida sezilarli muvaffaqiyatlarga olib keldi. TOKAMAK T-Z 1968 yilga kelib 0,5 KeV plazma haroratiga erishdi va boshqa magnit tuzoqlarda erishilgan parametrlardan sezilarli darajada ustunroq parametrlarga erishdi. Shu paytdan boshlab boshqa mamlakatlarda bu yo'nalishning faol rivojlanishi boshlandi. Yetmishinchi yillarda T-Z dan keyingi avlod TOKAMAKlari qurildi: SSSRda T-7, T-10, T-11, AQShda PLT va DIII-D, Germaniyada ASDEX, Frantsiyada TFR, JFT-2. Yaponiyada va boshqalar. Ushbu avlod TOKAMAKlarida neytral atomlarni in'ektsiya qilish, elektron va ionli siklotronni isitish, turli plazma diagnostikasi va plazmani boshqarish tizimlari kabi qo'shimcha plazma isitish usullari ishlab chiqilgan. Natijada, ikkinchi avlod TOKAMAKlarda ta'sirchan plazma parametrlari olindi: bir necha KeV haroratlari, plazma zichligi 1020 m-3 dan oshdi. ntE parametri (Lawson mezoni) 5·1018 qiymatiga yetdi. Bundan tashqari, TOKAMAK reaktor uchun qo'shimcha, fundamental muhim element - divertorni oldi. Poloid burilishlar tizimidagi oqimlar yordamida magnit maydon chiziqlari zamonaviy TOKAMAKda kameraning maxsus qismiga chiqariladi. Divertor plazma konfiguratsiyasi 5-rasmda TOKAMAK DIII-D misolida ko'rsatilgan.
5-rasm. Vertikal cho'zilgan plazma va divertor magnit konfiguratsiyasiga ega zamonaviy TOKAMAK DIII-D ko'ndalang kesimi.
Diverter plazmadan energiya oqimini yaxshiroq boshqarish imkonini beradi va aralashmalarning plazmaga kirishini kamaytiradi. TOKAMAK larning ushbu avlodining muhim yutug‘i plazma bilan chegaralanishi yaxshilangan rejimlar – H-rejimini kashf etish bo‘ldi.
80-yillarning boshlarida TOKAMAKlarning uchinchi avlodi - katta torus radiusi 2-3 m va plazma oqimi bir necha MA bo'lgan mashinalar ishga tushdi. Bunday beshta mashina qurilgan: Evropada JET va TORUS-SUPRA, Yaponiyada JT60-U, AQShda TFTR va SSSRda T-15. Yirik TOKAMAKlarning parametrlari 2-jadvalda keltirilgan.Ushbu mashinalardan ikkitasi JET va TFTR tritiy bilan ishlash va Qfus = Psintez/Pcost = 1 darajasida termoyadroviy chiqishni olish uchun taqdim etilgan.
TOKAMAK T-15 va TORUS-SUPRA TOKAMAK reaktorida kerak bo'ladiganlarga o'xshash o'ta o'tkazuvchan magnit lasanlarga ega. Ushbu avlod mashinalarining asosiy jismoniy vazifasi plazmaning termoyadroviy parametrlari bilan chegaralanishini o'rganish, plazmaning chegaraviy parametrlarini aniqlashtirish, divertor bilan tajriba orttirish va boshqalar edi. katta hajmlarda 5 Tesla gacha induksiya , tritiy bilan ishlash tizimlarini ishlab chiqish, divertorda yuqori issiqlik oqimlarini olib tashlash bo'yicha tajriba orttirish, o'rnatishning ichki qismlarini masofadan yig'ish va demontaj qilish tizimlarini ishlab chiqish, plazma diagnostikasini takomillashtirish va boshqalar.
2-jadval. Yirik eksperimental TOKAMAKlarning asosiy parametrlari. TOKAMAK TFTR allaqachon o'z dasturini tugatgan va 1997 yilda to'xtatilgan. Qolgan mashinalar ishlashda davom etmoqda.
1) TOKAMAK T-15 hozirgacha faqat ohmik plazma isitish rejimida ishlagan va shuning uchun ushbu o'rnatish bilan olingan plazma parametrlari juda past. Kelgusida 10 MVt neytral inyeksiya va 10 MVt elektron siklotron isitish tizimini joriy etish rejalashtirilgan.
2) Berilgan Qfus DT plazmasiga o'rnatishda olingan DD plazmasining parametrlaridan qayta hisoblab chiqilgan.
Garchi ushbu TOKAMAKlarda tajriba dasturi hali tugallanmagan bo'lsa-da, bu avlod mashinalari unga yuklangan vazifalarni amalda bajardi. TOKAMAKs JET va TFTR birinchi marta plazmadagi DT reaksiyalarining yuqori termoyadroviy quvvatini, TFTRda 11 MVt va JETda 16 MVtni oldi.
TOKAMAK larning ushbu avlodi Qfus = 1 chegara qiymatiga yetdi va to'liq o'lchamli TOKAMAK reaktori uchun zarur bo'lganidan bir necha baravar kam ntE ni oldi. TOKAMAKlar RF maydonlari va neytral nurlar yordamida statsionar plazma oqimini saqlashni o'rgandilar. Plazmani tez zarrachalar, shu jumladan termoyadro alfa zarralari bilan isitish fizikasi o'rganildi, divertorning ishlashi o'rganildi va uning past issiqlik yuklari bilan ishlash rejimlari ishlab chiqildi. Ushbu tadqiqotlar natijalari keyingi bosqich uchun zarur bo'lgan jismoniy asoslarni - yonish rejimida ishlaydigan birinchi TOKAMAK reaktorini yaratishga imkon berdi.
TOKAMAKlarda plazmani ushlab turishning uzoq muddatli tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, energiya va zarrachalarning magnit maydon bo'ylab o'tish jarayonlari plazmadagi murakkab turbulent jarayonlar bilan belgilanadi. Va plazmadagi anomal yo'qotishlar uchun javobgar bo'lgan plazma beqarorliklari allaqachon aniqlangan bo'lsa-da, chiziqli bo'lmagan jarayonlarni nazariy tushunish hali plazma hayotini birinchi tamoyillarga asoslanib tasvirlash uchun etarli emas. Shu sababli, zamonaviy qurilmalarda olingan plazma ishlash muddatini TOKAMAK reaktori shkalasiga ekstrapolyatsiya qilish uchun hozirda empirik qonunlar - masshtablashlar qo'llaniladi. Turli TOKAMAKlardan eksperimental ma'lumotlar bazasini statistik qayta ishlash natijasida olingan ushbu masshtablardan biri, plazma hajmi, plazma oqimi va plazma kesimining uzayishi bilan umr ko'rish muddati oshadi va plazma isitish quvvati oshishi bilan kamayadi.
Scaling, o'z-o'zidan ta'minlangan termoyadro yonishi sodir bo'ladigan TOKAMAKning katta radiusi 7-8 m va plazma oqimi 20 MA bo'lishi kerakligini taxmin qiladi. Bunday TOKAMAKda energiyaning ishlash muddati 5 sekunddan oshadi va termoyadro reaktsiyalarining kuchi 1-1,5 GVt darajasida bo'ladi.
Maqolaning mazmuni
TOKAMAK- termoyadro termoyadroviy termoyadroviy reaksiyani issiq plazmada kvazstatsionar rejimda o'tkazish uchun qurilma, bunda plazma toroidal kamerada hosil bo'ladi va magnit maydon bilan barqarorlashadi. O'rnatishdan maqsad yadro ichidagi energiyani issiqlikka, keyin esa elektr energiyasiga aylantirishdir. "Tokamak" so'zining o'zi "toroidal magnit kamera" nomining qisqartmasi, ammo o'rnatishni yaratuvchilar sehrli narsa bilan bog'lanishni keltirib chiqarmaslik uchun oxirida "g" ni "k" bilan almashtirdilar.
Inson atom energiyasini (reaktorda ham, bombada ham) og'ir elementlarning yadrolarini engilroqlarga bo'lish orqali oladi. Nuklonga to'g'ri keladigan energiya temir uchun maksimaldir ("temir maksimal" deb ataladi) va shundan beri maksimal o'rtada, keyin energiya nafaqat og'ir elementlarning parchalanishi paytida, balki engil elementlarning kombinatsiyasi paytida ham chiqariladi. Bu jarayon termoyadroviy sintez deb ataladi va vodorod bombasi va termoyadroviy reaktorda sodir bo'ladi. Ko'pgina termoyadroviy reaktsiyalar va termoyadroviy reaktsiyalar ma'lum. Energiya manbai arzon yoqilg'i bo'lganlar bo'lishi mumkin va termoyadroviy reaktsiyani boshlashning ikkita tubdan farqli usuli bo'lishi mumkin.
Birinchi usul "portlovchi": energiyaning bir qismi juda oz miqdordagi moddani kerakli boshlang'ich holatga keltirishga sarflanadi, sintez reaktsiyasi sodir bo'ladi va chiqarilgan energiya qulay shaklga aylanadi. Aslida, bu vodorod bombasi, faqat bir milligramm og'irlikda. Atom bombasidan boshlang'ich energiya manbai sifatida foydalanish mumkin emas, u "kichik" emas. Shuning uchun, deyteriy-tritiy muzining millimetrli plansheti (yoki deyteriy va tritiyning siqilgan aralashmasi bo'lgan shisha shar) lazer impulslari bilan har tomondan nurlanishi mumkin deb taxmin qilingan. Sirtdagi energiya zichligi shunday bo'lishi kerakki, planshetning plazmaga aylangan ustki qatlami shunday haroratga qizdiriladiki, bunda planshetning ichki qatlamlaridagi bosim va ichki qatlamlarning isishi etarli bo'ladi. sintez reaktsiyasi. Bunda puls shunchalik qisqa bo‘lishi kerakki, nanosekundda o‘n million daraja haroratga ega bo‘lgan plazmaga aylangan modda ajralishga ulgurmay, planshetning ichki qismini bosib turadi. Bu ichki makon qattiq jismlarga qaraganda yuz marta kattaroq zichlikka siqiladi va yuz million darajaga qadar isitiladi.
Ikkinchi yo'l. Boshlang'ich moddalar nisbatan sekin qizdirilishi mumkin - ular plazmaga aylanadi, so'ngra reaktsiyaning boshlanishi uchun shartlarga erishilgunga qadar unga energiya har qanday tarzda kiritilishi mumkin. Deyteriy va tritiy aralashmasida termoyadro reaktsiyasi sodir bo'lishi va ijobiy energiya chiqishi uchun (agar termoyadro reaksiyasi natijasida ajralib chiqadigan energiya bu reaktsiyaga sarflangan energiyadan ko'p bo'lsa) plazma hosil qilish kerak. kamida 10 14 zarrachalar / sm 3 (10 - 5 atm.) zichligi bilan va plazma to'liq ionlashgan bo'lsa, taxminan 10 9 daraja, uni qizdiring.
Bunday isitish yadrolarning Coulomb itarilishiga qaramay, bir-biriga yaqinlasha olishi uchun kerak. Ko'rsatish mumkinki, energiya olish uchun bu holat kamida bir soniya davomida saqlanishi kerak ("Lawson mezoni" deb ataladi). Louson mezonining aniqroq formulasi shundan iboratki, konsentratsiya mahsuloti va bu holatni saqlash vaqti 10 15 sf sm -3 ga teng bo'lishi kerak. Asosiy muammo - plazmaning barqarorligi: bir soniya ichida u ko'p marta kengayib, kameraning devorlariga tegib, salqinlash uchun vaqt topadi.
2006 yilda xalqaro hamjamiyat ko'rgazmali reaktor qurishni boshladi. Ushbu reaktor haqiqiy energiya manbai bo'lmaydi, lekin u shunday yaratilganki, undan keyin - agar hamma narsa to'g'ri ishlayotgan bo'lsa, "energiya" ni qurishni boshlash mumkin bo'ladi, ya'ni. elektr tarmog'iga kiritish uchun mo'ljallangan termoyadroviy reaktorlar. Eng yirik jismoniy loyihalar (tezlatgichlar, radioteleskoplar, kosmik stantsiyalar) shunchalik qimmatga tushmoqdaki, ikkita variantni ko'rib chiqish hatto o'z sa'y-harakatlarini birlashtirgan insoniyat uchun ham imkonsiz bo'lib chiqadi, shuning uchun tanlov qilish kerak.
Boshqariladigan termoyadroviy tergov ustidagi ishlarning boshlanishi 1950 yilga kelib, I.E. Tamm va A.D. Saxarov termoyadroviy sinchkovlik (CTF) issiq plazmani boshqaradi degan xulosaga kelishdi. Dastlabki bosqichda mamlakatimizda ish L.A.Arsimovich rahbarligida Kurchatov institutida olib borildi. Asosiy muammolarni ikki guruhga bo'lish mumkin - plazma beqarorligi muammolari va texnologik muammolar (sof vakuum, nurlanishga chidamlilik va boshqalar) Birinchi tokamaklar 1954–1960 yillarda yaratilgan bo'lsa, hozir dunyoda 100 dan ortiq tokamaklar qurilgan. O'tgan asrning 60-yillarida ma'lum bo'ldiki, oqim o'tishi bilan isitishning o'zi ("ohmik isitish") plazmani termoyadroviy haroratga keltira olmaydi. Plazmaning energiya miqdorini oshirishning eng tabiiy usuli tez neytral zarrachalarni (atomlarni) tashqi in'ektsiya qilish usuli bo'lib tuyuldi, ammo faqat 1970-yillarda zarur texnik darajaga erishildi va injektorlar yordamida haqiqiy tajribalar o'tkazildi. Hozirgi vaqtda neytral zarralarni in'ektsiya va elektromagnit nurlanish orqali mikroto'lqinli diapazonda isitish eng istiqbolli hisoblanadi. 1988 yilda Kurchatov instituti o'ta o'tkazgichli o'rashlari bo'lgan T-15 reaktordan oldingi avlod tokamakini qurdi. 1956 yildan boshlab, N.S.Xrushchevning Buyuk Britaniyaga tashrifi paytida I.V.Kurchatov SSSRda ushbu ishlar amalga oshirilganligini e'lon qildi. Bu boradagi ishlar bir qancha davlatlar tomonidan hamkorlikda amalga oshirilmoqda. 1988 yilda SSSR, AQSh, Yevropa Ittifoqi va Yaponiya birinchi eksperimental tokamak reaktorini loyihalashga kirishdilar (qurilish Frantsiyada quriladi).
Loyihalashtirilgan reaktorning o'lchamlari diametri 30 metr va balandligi 30 metrni tashkil qiladi. Ushbu o'rnatishning kutilayotgan qurilish muddati sakkiz yil, foydalanish muddati esa 25 yil. O'rnatishdagi plazma hajmi taxminan 850 kubometrni tashkil qiladi. Plazmadagi oqim 15 megaampni tashkil qiladi. O'rnatishning termoyadroviy quvvati 500 megavattni tashkil etadi va 400 soniya davomida saqlanadi. Kelajakda bu vaqtni 3000 sekundgacha oshirish kutilmoqda, bu esa ITER reaktorida plazmadagi termoyadroviy termoyadroviy sintez ("termoyadroviy yonish") fizikasining birinchi haqiqiy tadqiqotlarini o'tkazish imkonini beradi.
Dizayn.
Qurilma shunday ko'rinadi - transformator yadrosiga toroidal kamera qo'yilgan, kameradagi plazma, aslida, transformatorning o'rashidir. Atmosfera havosi kameradan chiqariladi, so'ngra sintezda ishtirok etadigan atomlarni o'z ichiga olgan gazlar aralashmasi kiritiladi. Keyin transformatorning birlamchi o'rashidan oqim impulsi o'tadi, bu ikkilamchi "o'rash" ning (ya'ni, gazda) buzilishiga olib kelishi uchun etarli va oqim oqishi boshlanadi. Oqim oqayotganda plazma qiziydi, ammo bu usulning o'zi uni 20 million darajadan yuqori qizdira olmaydi, chunki harorat oshishi bilan plazma qarshiligi va issiqlik hosil bo'lishi kamayadi. Plazma orqali o'tadigan oqim o'zining magnit maydonini yaratadi, bu plazmani siqib, uning harorati va kontsentratsiyasini oshiradi, ammo bu Lawson mezoniga erishish uchun hali ham etarli emas, shuning uchun plazma qo'shimcha ravishda qizdirilishi kerak. Ushbu qo'shimcha isitish 10 MGts dan 10 gigagertsgacha bo'lgan chastotali elektromagnit nurlanish, yuqori energiyaga ega neytral atomlar oqimi - taxminan 0,1 MeV yoki tashqi o'zgaruvchan magnit maydon bilan siqish orqali amalga oshirilishi mumkin.
Plazma magnit maydonda "yashaydi". Doimiy magnit bilan doimiy maydon yaratilishi mumkin edi, garchi ular o'zlarining cheklovlariga ega bo'lsalar ham, lekin bu holda doimiy magnit haqida savol tug'ilmaydi, chunki o'zgaruvchan maydonlar kerak, shuning uchun elektromagnit ishlatiladi, lekin uning o'rashidan oqim o'tganda issiqlik hosil bo'ladi. Plazmada bu sodir bo'lganda, issiqlik sarflanadi va o'rashda isrof bo'ladi, uni olib tashlash kerak va o'rashlar orqali oqim oqimini ta'minlash uchun mo'ljallangan energiya behuda ketadi, qabul qilingan energiyaning sezilarli qismi esa elektromagnitlarning ishlashiga sarflanadi, o'rash esa o'ta o'tkazuvchan materiallardan tayyorlanadi.
Tokamakning muhim muammolaridan biri bu plazmaning tozaligini ta'minlashdir, chunki plazmaga kiruvchi aralashmalar reaktsiyani to'xtatadi. Ular plazmaga kamera devorlaridan kiradilar, chunki hajmga tushgan ishchi moddalar tozalanishi mumkin va kamera devori shunday sharoitda ishlaydiki, uni nimadan va qanday qilish masalasi o'z nomini oldi: " Birinchi devor muammosi." Plazmadan chiqadigan hamma narsa (neytronlar, protonlar, ionlar va infraqizildan gamma nurlarigacha bo'lgan diapazondagi elektromagnit nurlanish) devorni yo'q qiladi, halokat mahsulotlari plazmaga kiradi. Qat'iylik muammosi va "zararli emaslik" muammosi qarama-qarshi yo'nalishda hal qilinadi, chunki ion qanchalik og'ir bo'lsa, u shunchalik zararli (tantal va volframning ruxsat etilgan kontsentratsiyasi ugleroddan yuz baravar kam) va eng chidamli materiallar og'ir metallarga asoslangan. Bir vaqtlar uglerod materiallari va karbidlar, boridlar va nitridlar asosidagi kompozitlarga katta umidlar bog'langan. Gözenekli va profilli (qovurg'a yoki igna bilan) devorlar ko'rib chiqildi. Umuman olganda, nima hisobga olinmaganligini aytish qiyin, lekin oxir-oqibat, endi devor materiali sifatida berilliy tanlangan.
Yoqilg'i.
Birlashishning eng oson yo'li vodorod izotoplarining yadrolari - deyteriy D va tritiy T. Deyteriy yadrosida bitta proton va bitta neytron mavjud. Deyteriy suvda uchraydi - vodorodning 6500 qismidan bir qismi. Tritiy yadrosi proton va ikkita neytrondan iborat. Deyteriy va tritiy yadrolarining birlashishi natijasida atom massasi to'rt, neytron bo'lgan geliy He hosil bo'ladi. n va 17,6 MeV energiya ajralib chiqadi.
D+T=4He+ n+ 17,6 MeV.
Optimal reaksiya harorati – 2·10 8 K, Lawson mezoni –
0,5 10 15 sm –3 sek.
Yana bir variant - ikkita deyteriy yadrosining birlashishi. Ikki stsenariydan birida taxminan teng ehtimollik bilan sodir bo'ladi: birinchisida, tritiy, proton p va 4 MeV energiya ajralib chiqadi, ikkinchisida - atom massasi 3, neytron va energiya 3,25 MeV bo'lgan geliy.
D+D=T+ p+ 4,0 MeV, D + D = 3He + n+ 3,25 MeV.
Bu reaksiya uchun optimal harorat 10 9 K, Louson mezoni –10 15 sm –3 sek.
D + T reaktsiyasining tezligi D + D reaktsiyasidan yuzlab marta yuqori, shuning uchun D + T reaktsiyasi uchun ajralib chiqadigan termoyadro energiyasi termoyadroviy jarayonlarni tashkil qilish xarajatlaridan oshib ketganda sharoitlarga erishish osonroq. Elementlarning boshqa yadrolari (litiy, bor va boshqalar) ishtirokidagi sintez reaksiyalari ham mumkin, ammo bu reaksiyalar undan ham yuqori haroratlarda kerakli tezlikda boradi.
Tritiy beqaror (yarimparchalanish davri 12,4 yil), lekin uni litiy izotopidan va reaktorda ishlab chiqarilgan neytronlardan olish kerak.
6Li+ n= T + 4He + 4,8 MeV.
Shu bilan birga, xuddi shu lityum (uni o'z ichiga olgan tizim adyol deb ataladi) isitiladi va birinchi (radioaktiv) sxemada sovutish suvi sifatida xizmat qilishi mumkin. Keyinchalik, u issiqlikni ikkinchi konturga o'tkazadi, unda suv bug'lanadi, keyin esa odatdagidek turbinaga, generatorga va simlarga o'tadi.
Muammo shundaki, yadrolarning birlashishi elektr (Coulomb) itarish kuchlari bilan to'sqinlik qiladi, shuning uchun termoyadroviy uchun Kulon to'sig'ini engib o'tish kerak, ya'ni. yadrolarga kerakli energiyani berib, bu kuchlarga qarshi ish olib boring. Uchta imkoniyat bor. Birinchisi, tezlatgichdagi ionlar nurini tezlashtirish va ular bilan qattiq nishonni bombardimon qilishdir. Bu yo'l samarasiz - energiya yadrolarni bir-biriga yaqinlashtirishga emas, balki maqsadli atomlarni ionlashtirishga sarflanadi. Ikkinchi usul - ikkita tezlashtirilgan ion nurlarini bir-biriga qarab yuborish, ammo bu yo'l nurlarda yadrolarning past konsentratsiyasi va ularning o'zaro ta'sir qilish vaqtining qisqaligi tufayli ham samarasizdir. Yana bir usul - moddani taxminan 100 million daraja haroratgacha qizdirish. Harorat qanchalik yuqori bo'lsa, zarralarning o'rtacha kinetik energiyasi shunchalik yuqori bo'ladi va ularning soni ko'p bo'lsa, Kulon to'sig'ini engib o'tish mumkin. Bu usul tokamakda amalga oshiriladi.
Tokamak (yadro reaktori kabi) hech qanday zararli moddalar chiqarmaydi - na kimyoviy, na radioaktiv - u chiqarmaydi. Tokamakning butun tarixi davomida uning asosiy jismoniy (texnik emas) muammosi barqarorlik edi - plazma shnuri egilib, kengaydi. Magnit maydon konfiguratsiyasini tanlab, plazma barqarorligini texnik amalga oshirish nuqtasiga oshirish mumkin edi. Ammo reaktor qulab tushsa nima bo'ladi? Bu savolga hozircha javob yo‘q, ammo avariya yuz bergan taqdirda tokamak yadroviy reaktordan kamroq xavfli, ko‘mir bilan ishlaydigan zavoddan esa unchalik xavfli emasligi aniq. Birinchidan, yadroviy reaktor ko'p yillik normal ishlash uchun yoqilg'i zaxirasini o'z ichiga oladi. Bu suv osti kemasi yoki kosmik parvoz uchun katta plyus, lekin u ham katta baxtsiz hodisaning asosiy ehtimolini yaratadi. Tokamakda "yoqilg'i" zahirasi yo'q. Ikkinchidan, termoyadroviy reaktsiya ko'proq energiya chiqaradiganligi sababli, taqqoslanadigan quvvatda moddalarning o'zi ham kichikroq bo'ladi - tokamakdagi plazma yuz grammdan kamroq "og'irlikka ega", ammo reaktor yadrosi qancha og'irlik qiladi? Nihoyat, tritium qisqa yarim umrga ega va o'zi zaharli emas.
Leonid Ashkinazi
TOKAMAK("magnit bobinli toroidal kamera" dan qisqartirilgan) - kuchli magnit yordamida yuqori haroratni ushlab turish uchun qurilma. dalalar. T. gʻoyasini 1950 yilda akademiklar I. E. Tamm va A. D. Saxarovlar bildirgan; birinchi tajribalar Ushbu tizimlar bo'yicha tadqiqotlar 1956 yilda boshlangan.
Qurilmaning ishlash printsipi rasmda aniq. 1. Plazma toroidal vakuum kamerasida yaratilgan bo'lib, u transformatorning ikkilamchi o'rashining yagona yopiq navbati bo'lib xizmat qiladi. Transformatorning birlamchi o'rashida vaqt o'tishi bilan ortib borayotgan oqim o'tganda 1
vakuum kamerasi ichida 5
vorteksli uzunlamasına elektr kuchi hosil bo'ladi. maydon. Dastlabki gaz juda katta bo'lmaganda (odatda vodorod yoki uning izotoplari ishlatiladi), uning elektr quvvati paydo bo'ladi. parchalanadi va vakuum kamerasi plazma bilan to'ldiriladi va keyinchalik katta uzunlamasına oqim kuchayadi. Ip. Zamonaviyda katta T. plazmadagi oqim bir necha. million amper. Bu oqim o'zining poloidal (plazma kesma tekisligida) magnit maydonini yaratadi. maydon IN q. Bundan tashqari, plazmani barqarorlashtirish uchun kuchli uzunlamasına magnit ishlatiladi. maydon B f, maxsus yordamida yaratilgan toroidal magnitning o'rashlari. dalalar. Bu toroidal va poloidal magnitlarning kombinatsiyasi. dalalar yuqori haroratli plazmaning barqaror saqlanishini ta'minlaydi (qarang. Toroidal tizimlar), amalga oshirish uchun zarur boshqariladigan termoyadro sintezi.
Guruch. 1. Tokamak diagrammasi: 1
- birlamchi o'rash transformatlovchi; 2
- toroidal magnit maydon sariqlari; 3
- astar, gravür uchun yupqa devorli ichki kameratoroidal elektr maydonini kamaytirish; 4
- g'altakki poloid magnit maydoni; 5
- vakuumli kamra; b-temir yadro (magnit yadro).
Ishlash chegaralari. Magn. T maydoni yuqori haroratli plazmani juda yaxshi ushlab turadi, lekin faqat uning parametrlari o'zgarishining ma'lum chegaralarida. Birinchi 2 ta cheklov plazma oqimiga tegishli Ip va unga qarang. zichlik P, 1 m 3 ga zarrachalar (elektronlar yoki ionlar) sonining birliklarida ifodalangan. Ma'lum bo'lishicha, toroidal magnitning berilgan qiymati uchun. maydon, plazma oqimi ma'lum bir cheklov qiymatidan oshmasligi mumkin, aks holda plazma shnuri spiral chiziq bo'ylab buralib keta boshlaydi va oxir-oqibat qulab tushadi: deb ataladi. joriy uzilishning beqarorligi. Cheklovchi oqimni tavsiflash uchun koeffitsient ishlatiladi. Aksiya q vintning beqarorligi bilan, munosabat bilan aniqlanadi q = 5B j a 2 /RI p. Bu yerga A- kichik, R- plazma shnurining katta radiusi, B j - toroidal mag. dala, Ip- plazmadagi oqim (o'lchovlar metrda, magnit maydon - teslada, oqim - MA da o'lchanadi). Plazma ustunining barqarorligi uchun zaruriy shart - bu tengsizlik q>], deb ataladi. k r i t e r i m K r u-s k a la - Shafranova. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, ishonchli barqaror ushlab turish rejimiga faqat qiymatlarda erishiladi.
Zichlik uchun 2 ta chegara mavjud - pastki va yuqori. Pastroq Zichlik chegarasi deb atalmish hosil bo'lishi bilan bog'liq. tezlashtirilgan yoki qochib ketgan elektronlar. Kam zichlikda elektronlarning ionlar bilan to'qnashuv chastotasi ularning uzunlamasına elektr maydonida uzluksiz tezlanish rejimiga o'tishini oldini olish uchun etarli bo'lmaydi. maydon. Yuqori energiyaga tezlashtirilgan elektronlar vakuum kamerasining elementlari uchun xavf tug'dirishi mumkin, shuning uchun plazma zichligi shunchalik yuqori tanlanganki, tezlashtirilgan elektronlar yo'q. Boshqa tomondan, etarlicha yuqori zichlikda, plazma chegarasida radiatsiya va atom jarayonlari tufayli plazmani ushlab turish rejimi yana beqaror bo'lib qoladi, bu oqim kanalining torayishi va plazmaning spiral beqarorligi rivojlanishiga olib keladi. Yuqori. zichlik chegarasi o'lchamsiz parametrlar bilan tavsiflanadi My-crays M=nR/B j va kattalla H=nqR/B j (bu erda kesma bo'ylab o'rtacha hisoblangan elektron zichligi n 10 20 zarracha / m 3 birliklarida o'lchanadi). Plazmani barqaror ushlab turish uchun raqamlar bo'lishi kerak M Va H muayyan tanqidiy qiymatdan oshmadi qiymatlar.
Plazma qizib ketganda va uning bosimi oshganda, plazma bosimining maksimal barqaror qiymatini tavsiflovchi yana bir chegara paydo bo'ladi, p = n(T e +T i), Qayerda T e, T i-elektron va ion temperaturalari. Bu chegara cf nisbatiga teng b qiymatiga o'rnatiladi. plazma bosimi magnit bosimga. dalalar; cheklovchi qiymat b uchun soddalashtirilgan ifoda Troyon munosabati b bilan berilgan c =gI p /aB j, qayerda g-sonli koeffitsient taxminan 3 ga teng. 10 -2.
Issiqlik izolyatsiyasi. Plazmani juda yuqori haroratgacha qizdirish imkoniyati kuchli magnit maydonda bo'lishi bilan bog'liq. zaryadlovchi traektoriya maydoni zarralar magnit chiziqqa o'ralgan spirallarga o'xshaydi. dalalar. Buning yordamida elektronlar va ionlar plazma ichida uzoq vaqt saqlanadi. Va faqat to'qnashuvlar va kichik elektr tebranishlari tufayli. va mag. maydonlarda, bu zarrachalarning energiyasi issiqlik oqimi shaklida devorlarga o'tkazilishi mumkin. Xuddi shu mexanizmlar diffuziya oqimlarining kattaligini aniqlaydi. Magnit samaradorligi plazmaning issiqlik izolatsiyasi energiya bilan tavsiflanadi. muddat t E = W/P, Qayerda V-plazmaning umumiy energiya miqdori, a P- uni statsionar holatda saqlash uchun zarur bo'lgan plazma isitish quvvati. Qiymati t E isitish quvvati to'satdan o'chirilgan bo'lsa, plazmaning xarakterli sovutish vaqti sifatida ham ko'rib chiqilishi mumkin. Sokin plazmada elektronlar va ionlarning juft to'qnashuvi tufayli kamera devorlariga zarrachalar va issiqlik oqimi hosil bo'ladi. Ushbu oqimlar nazariy jihatdan haqiqiy zaryad traektoriyalarini hisobga olgan holda hisoblanadi. zarrachalar mag. maydon T. Diffuziya jarayonlarining tegishli nazariyasi deyiladi. neoklassik (qarang Migratsiya jarayonlari Haqiqiy plazma T.da har doim maydonlar va zarracha oqimlarining kichik tebranishlari mavjud, shuning uchun issiqlik va zarracha oqimlarining haqiqiy darajalari odatda neoklassiklar bashoratlaridan sezilarli darajada oshadi. nazariyalar.
Koʻp T.da oʻtkazilgan tajribalar parchalanadi. shakllar va o'lchamlar, tegishli empirik tadqiqotlar shaklida uzatish mexanizmlarini o'rganish natijalarini umumlashtirishga imkon berdi. bog'liqliklar. Xususan, energiyaga bog'liqlik aniqlandi. muddat t E asosiydan parchalanish uchun plazma parametrlari. modni ushlab turing. Ushbu bog'liqliklar deyiladi s k e l i n g a m i; ular yangi ishga tushirilgan qurilmalarda plazma parametrlarini bashorat qilish uchun muvaffaqiyatli qo'llaniladi.
Plazmaning o'z-o'zini tashkil etishi. Plazma T.ida har doim kuchsiz chiziqli boʻlmaganlar mavjud boʻlib, ular harorat, zarrachalar zichligi va tok zichligining radius boʻyicha taqsimlanish profillariga taʼsir qiladi, goʻyo ularni boshqaradi. Xususan, markazga. plazma shnuri joylari juda tez-tez mavjud deb ataladi. arra tishlari tebranishlari davriy takrorlanadigan bosqichma-bosqich kuchayish jarayonini va keyin harorat rejimining keskin tekislanishini aks ettiradi. Rampa shaklidagi tebranishlar oqimning magnitga qisqarishini oldini oladi. torus o'qi (qarang Gaz chiqarish qisqarishi). Bundan tashqari, T.da vaqti-vaqti bilan spiral rejimlar qoʻzgʻaladi (t i r i n g rejimlar deb ataladi), ular shnurdan tashqarida past chastotali magnit toʻlqinlar shaklida kuzatiladi. ikkilanish. Charchash rejimlari radius bo'ylab oqim zichligining yanada barqaror taqsimlanishini o'rnatishga yordam beradi. Agar plazma etarlicha ehtiyotkorlik bilan ishlatilmasa, yirtish rejimlari shunchalik kuchayishi mumkinki, ular keltirib chiqaradigan magnit buzilishlar paydo bo'lishi mumkin. maydonlar magnitlarni yo'q qiladi. plazma simining butun hajmi bo'ylab yuzalar, magnit. konfiguratsiya buziladi, plazma energiyasi devorlarga chiqariladi va plazmadagi oqim kuchli sovishi tufayli to'xtaydi (qarang. Yirtilishning beqarorligi).
Ushbu hajmli tebranishlarga qo'shimcha ravishda plazma ustunining chegarasida lokalizatsiya qilingan tebranish rejimlari mavjud. Ushbu rejimlar plazma holatiga juda sezgir, ularning harakati atom jarayonlari bilan murakkablashadi. Ext. va ichki tebranish rejimlari issiqlik va zarrachalarni uzatish jarayonlariga kuchli ta'sir ko'rsatishi mumkin, ular plazmaning bitta magnit rejimdan o'tish imkoniyatiga olib keladi. boshqasiga va orqasiga issiqlik izolatsiyasi. Agar plazma T.da zarracha tezligining taqsimlanishi dan juda farq qilsa, u holda kinetikning rivojlanishi uchun imkoniyat paydo boʻladi. beqarorliklar. Misol uchun, ko'p sonli qochib ketgan elektronlarning tug'ilishi bilan, deb ataladi fanning beqarorligi, uzunlamasına elektron energiyasini ko'ndalang energiyaga aylantirishga olib keladi. Kinetik. beqarorlik bir-birini to'ldirganda paydo bo'ladigan yuqori energiyali ionlar ishtirokida ham rivojlanadi. plazmani isitish.
Plazma isitish. Har qanday T. plazmasi undan oʻtayotgan tokning Joul issiqligi hisobiga avtomatik ravishda qizdiriladi. Joule energiyasining chiqishi bir necha haroratni olish uchun etarli. million daraja Boshqariladigan termoyadro sintezi uchun >10 8 K harorat kerak, shuning uchun barcha yirik T.lar kuchli tizimlar bilan toʻldiriladi. plazma isitish. Buning uchun yoki elektr magnitlari ishlatiladi. to'lqinlar parchalanadi diapazonlari, yoki plazmaga to'g'ridan-to'g'ri tez zarralar. Yuqori chastotali plazma isitish uchun ichki mos keladigan rezonanslardan foydalanish qulay. tebranish plazmadagi jarayonlar. Masalan, ion komponentini siklotron chastotalari yoki asosiy harmonikalar diapazonida qizdirish qulay. plazma ionlari yoki maxsus tanlangan qo'shimcha ionlar. Elektronlar elektron siklotron rezonansi bilan isitiladi.
Tez zarrachalar bilan ionlarni isitishda odatda neytral atomlarning kuchli nurlari ishlatiladi. Bunday nurlar magnitlanish bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. maydonga kirib, plazmaga chuqur kirib boradi, u erda ular ionlanadi va magnitlanish bilan tutiladi. maydon T.
Qoʻshimcha isitish usullari yordamida plazma harorati T. ni >3·10 8 K ga koʻtarish mumkin, bu esa kuchli termoyadro reaksiyasining sodir boʻlishi uchun juda yetarli. Kelajakda yaratilayotgan T.-reaktorlarda plazmani isitish deyteriy va tritiy yadrolarining sintez reaksiyasidan kelib chiqadigan yuqori energiyali alfa zarrachalari orqali amalga oshiriladi.
Statsionar tokamak. Odatda, oqim plazmada faqat girdobli elektr toki mavjud bo'lganda oqadi. magnit maydonni oshirish natijasida hosil bo'lgan maydon. induktordagi oqim. Oqimni ushlab turish uchun induktiv mexanizm vaqt bilan cheklangan, shuning uchun plazmani ushlab turishning mos keladigan rejimi impulslanadi. Biroq, impulsli rejim yagona mumkin emas; plazmani isitish, agar energiya bilan bir qatorda plazmaning turli komponentlari uchun har xil bo'lgan impuls ham plazmaga o'tkazilsa, oqimni ushlab turish uchun ham foydalanish mumkin. Induktiv bo'lmagan oqimning ta'minlanishi plazmaning devorlarga diffuziya kengayishi paytida (bootstrap effekti) o'zi tomonidan oqim hosil bo'lishi tufayli osonlashadi. Bootstrap effekti neoklassik olimlar tomonidan bashorat qilingan. nazariyasi va keyin eksperimental tasdiqlangan. Tajribalar shuni koʻrsatadiki, T. plazmasini statsionar holda ushlab turish mumkin, Ch. amaliy sa'y-harakatlar statsionar rejimni ishlab chiqish joriy texnik xizmat ko'rsatish samaradorligini oshirishga qaratilgan.
Yo'naltiruvchi, nopoklikni nazorat qilish. Boshqariladigan termoyadro sintezi uchun vodorod izotoplariga asoslangan juda toza plazma kerak. Plazmadagi boshqa ionlarning qoʻshilishini cheklash uchun T.ning boshida plazma deb atalmish bilan chegaralangan. l i m i t e r o m (2-rasm, A), ya'ni plazmaning kameraning katta yuzasi bilan aloqa qilishiga to'sqinlik qiluvchi diafragma. Zamonaviyda T. ancha murakkab divertor konfiguratsiyasidan foydalaniladi (2-rasm, b), poloid magnit bobinlar tomonidan yaratilgan. dalalar. Ushbu rulonlar hatto yumaloq kesimli plazma uchun ham zarur: ularning yordami bilan vertikal magnit komponent yaratiladi. asosiy bilan o'zaro aloqada bo'lganda maydonlar, qirralar. plazma oqimi plazma lasanini katta radius yo'nalishi bo'yicha devorga tashlashga imkon bermaydi. Divertor konfiguratsiyasida poloid magnitning burilishlari. maydonlar plazma ko'ndalang kesimi vertikal yo'nalishda cho'zilgan bo'lishi uchun joylashgan. Shu bilan birga, yopiq magnit sirtlari faqat ichkarida saqlanadi, tashqarida uning kuch chiziqlari asosiy sirtdan oqib chiqadigan plazma oqimlari neytrallanadigan divertor kameralari ichiga kiradi. hajmi. Divertor kameralarida qo'shilish tufayli divertor plitalaridagi plazmadan yukni yumshatish mumkin. atom o'zaro ta'sirida plazma sovishi.
Guruch. 2. Plazmaning doiraviy kesma bilan kesmasi ( A) va vertikal ravishda cho'zilgan holda o'zgartiruvchi konfiguratsiyani ( 6):
1 - plazma; 2 - cheklovchi; 3 - kamera devori; 4 - ajratuvchi; 5-divertor kamerasi; 6 - yo'naltiruvchi plitalar.
Tokamak reaktori. Ch. T. qurilmalari boʻyicha tadqiqotning maqsadi magnit tushunchasini oʻzlashtirishdan iborat. Maxluqlar uchun plazma saqlanishi termoyadroviy reaktor. T.da termoyadroviy reaktor uchun yetarli boʻlgan harorat va zichlikka ega barqaror yuqori haroratli plazma hosil qilish mumkin; plazmaning issiqlik izolatsiyasi uchun qonunlar o'rnatildi; oqimni saqlash va aralashmalar darajasini nazorat qilish usullari o'zlashtiriladi. T. ustida ish sof jismoniy fazadan ketmoqda. eksperimentlar yaratish bosqichida tadqiqot. .
Lit.: Artsimovich L. A., Boshqaruvchi, 2-nashr, M., 1963; Lukyanov S. Yu., Issiq plazma va boshqariladigan yadro sintezi, M., 1975; Kadomtsev B.V., Tokamak plazma murakkab jismoniy tizim, L., 1992 yil. B. B. Kadomtsev.
Asl dan olingan energiya Barmoqlaringizdagi tokamaklar fizikasidan
Tokamaklar fizikasi va, shekilli, fiziklar bo'yicha qandaydir o'quv dasturini amalga oshirish vaqti kelganga o'xshaydi. Magnit qafas bilan boshqariladigan termoyadro yonishini o'tkazish g'oyasi 60 yoshda va ko'pchilik "tadqiqotga sarflangan narsaning daromadi qayerda?", "va'da qilingan toza va arzon energiya manbai qayerda?" Deb so'rashadi. Bugun fiziklar qanday bahonalar borligini ko'rish vaqti keldi. Ushbu maqolada men tokamaklardan boshqa qurilmalarga to'xtalmayman, lekin biz isitish, plazmali qamoqqa olish, uning beqarorligi, tritium naslchilik muammosi, istiqbollari va hatto bir joyda bu masalaning tarixini ko'rib chiqamiz.
Ta'lim dasturi
Agar biz 2 ta neytron va 2 protonni olib, geliy atomiga aylantirsak, biz juda ko'p energiya olamiz. Shunchakijuda ko'p energiya - yopishgan har bir kilogramm geliy uchun - yonish bilan teng 10 000 000 kilogramm benzin. Energiya miqyosidagi bunday o'zgarish bilan bizning intuitsiyamiz taslim bo'ladi va biz termoyadro qurilmasining o'z versiyasini ishlab chiqishda buni yodda tutishimiz kerak.
Aytgancha, u Quyoshga boradi boshqa termoyadro reaktsiyasi, Yerda takrorlanmaydi.
Ushbu energiyani olishning eng oson yo'li yadroviy sintez reaktsiyasini (yoki termoyadroviy) amalga oshirishdir. D + T -> He4 + n + 17,6 MeV. Afsuski, kimyoviy reaktsiyalardan farqli o'laroq, u probirkada sodir bo'lmaydi. Ammo tritiy va deyteriy aralashmasi qizdirilsa yaxshi ishlaydi 100 million daraja. Shu bilan birga, atomlar shunchalik tez ucha boshlaydilarki, ular to'qnashganda, ular inertsiya bilan Kulonning itarilish zonasidan sakrab o'tadi va orzu qilingan geliyga qo'shilib ketadi. Energiya, aytganda, parchalar shaklida chiqariladi - juda tez neytron, 80% olib ketish energiya va biroz kamroq tez geliy yadrosi (alfa zarrasi). Albatta, "ishlash" haroratida barcha moddalar plazma, ya'ni. atomlar elektronlardan alohida mavjud. Har qanday yotqizilgan elektron energiya bilan harakatlanuvchi materiyaning birinchi to'qnashuvida yo'qoladi.
Shu nuqtada, har bir o'zini hurmat qiladigan ommabop ushbu rasmni kiritadi.
Reaktsiya tezligi (va shunga mos ravishda energiya chiqishi) ikkita parametrga bog'liq - harorat, u bo'lishi kerak ~50 million S dan kam bo'lmagan va afzalroq 100-150, va plazma zichligi. Ko'rinib turibdiki, zich plazmada deyteriy va tritiy atomlarining to'qnashuvi ehtimoli siyrak plazmadagiga qaraganda yuqori.
Bunday "reaktsiya aralashmasi" bilan bog'liq asosiy muammo shundaki, u shafqatsiz tezlikda soviydi. Shu qadar shafqatsizki, birinchi muammolardan biri uni hech bo'lmaganda 1 mikrosekundga qizdirib, orzu qilingan 100 millionga etkazish edi. siz 10 milligramm vodorod plazmasini olasiz, unga 10 megavatt isitish quvvatini qo'llaysiz ... va u qizib ketmaydi.
Plazma isitish va tozaligi
Koreyalik tokamak KSTAR ishlamoqda. Plazmaning eng sovuq va iflos qismlari porlaydi.
Sof plazmada, radiochastotali nurlanish bilan isitish va tez neytral zarralarni in'ektsiya qilish orqali 70-yillarning oxiriga kelib, orzu qilingan 100 million darajaga erishish mumkin edi. Ammo agar biz elektr energiyasini ta'minlaydigan va uni uchta tomoqqa yutib yubormaydigan qurilmani olishni istasak, o'zini isitish uchun etarli energiyani chiqarish uchun termoyadro reaktsiyasi kerak. Umuman olganda, termoyadroviy yonish ajoyib isitish yostig'i bo'lib ishlashi mumkin, hatto tashqi isitish ham kerak emas.Bu rejim deyiladi.plazma yonishi. Muammo shundaki, u bir marta oqadi bir oz ko'proq biz kutganimizdan ko'ra ko'proq issiqlik, bizning termoyadro reaktsiyamiz darhol o'chadi va hamma narsa bir zumda yana soviydi. Ammo nazorat qilish uchun biz isitish tizimlaridan oqib chiqadigan issiqlikning juda kichik qismini ishlatishimiz mumkin - istiqbolli reaktorlarda ular rejimga erishmoqchi. 1/50 umumiy quvvat va ITERda - 1/10 . Termoyadro reaktsiyasidan issiqlik chiqishining issiqlik kirishiga nisbati harf bilan belgilanadi Q.
Plazma hayotidan ko'proq: stabilizatsiya buzilganda, biz plazma qanday qilib devorlarga tegib, sovutishni tezda yo'qotishini ko'ramiz.
Ko'p termoyadroviy issiqlik hosil qilish uchun plazma uchun nima kerak? Yuqorida aytganimdek, etarli zichlik, ya'ni kub santimetr uchun 10 ^ 20-10 ^ 21 zarracha. Bunday holda, energiya chiqarish quvvati bo'ladi plazma kubometriga bir necha (10 gacha) megavatt. Ammo agar biz plazma zichligini oshirsak, uning bosimi ortadi - zichlik va harorat nuqtai nazaridan bizning maqsadimiz uchun u ~ bo'ladi. 5 atmosfera. Bunday plazmani tarqatish va o'rnatishni eritishdan saqlash vazifasi (va ayni paytda devorlarga to'g'ridan-to'g'ri issiqlik uzatish - biz har bir joule uchun kurashamiz!) Uchinchi va asosiy muammodir.
Har xil zichlik va haroratlarda energiya chiqarish quvvati (kub metr uchun megavatt).
Magnitni ushlab turish (qamoqqa olish).
Yaxshiyamki, plazma magnit maydon bilan o'zaro ta'sir qiladi - u o'z maydon chiziqlari bo'ylab harakat qiladi, lekin amalda uning bo'ylab emas. Agar siz teshiklari bo'lmagan magnit maydon yaratsangiz, unda plazma abadiy aylanadi. Xo'sh, ha, u sovib ketguncha, lekin bizda 100 millisekund bor!
Bunday maydonning eng oddiy konfiguratsiyasi - bu plazma aylana bo'ylab harakatlanadigan bo'laklari bo'lgan torus. Aynan shu konfiguratsiya 1951 yilda Saxarov va Tamm tomonidan ixtiro qilingan va ular tomonidan chaqirilgan " tokamak", ya'ni. Bu roidal ka bilan o'lchash ma chirigan Kimga atushki. Deb atalmish yaratish uchun aylanish transformatsiyasi (aylana bo'ylab harakatlanayotganda plazma harakat o'qi atrofida aylanishi kerak, bu zaryadning ajralmasligi uchun kerak) plazmada halqali oqim paydo bo'lishi kerak, xayriyatki, buni qilish qiyin emas, chunki plazma torusni transformatorning burilishi deb hisoblash mumkin va kerakli oqim paydo bo'lishi uchun "asosiy" o'rashdagi oqimni o'zgartirish kifoya. Shunday qilib, toroidal sariqlarga induktor yoki markaziy solenoid qo'shiladi. Poloidal bobinlar toroidal maydonni qo'shimcha burish va nazorat qilish uchun javobgardir va shu bilan biz plazmani ushlab turadigan magnit maydonning oxirgi versiyasini olamiz. Bundan tashqari, magnit maydon plazmaning torus bo'ylab harakatlanishiga to'sqinlik qiladi, bu esa markazdan qirralarga kuchli harorat farqini yaratadi. Bu holat magnit chegaralanish deb ataladi.
Nazariychilar ITERga taxminan shunday qarashadi.
Termoyadro stansiyasini qurish mumkinmi? Unchalik emas….
Biz eslaganimizdek, plazma bosimi 5 atmosfera. Magnit maydon bosimi kam bo'lmasligi kerakligi aniq. Biroq, ma'lum bo'lishicha, taqqoslanadigan qiymatlarda plazma juda beqaror - u shaklini keskin o'zgartira boshlaydi, tugunlarga bog'lanadi va devorlarga tashlanadi. Harf bilan belgilangan plazma bosimining magnit maydon bosimiga nisbati mavjudβ . Ma'lum bo'lishicha, ko'p yoki kamroq ish rejimlari boshlanadi β = 0,05-0,07, ya'ni. Magnit maydon bosimi plazma bosimidan 15-20 baravar yuqori bo'lishi kerak. 70-yillarning oxirida bu nisbatni engib bo'lmasligi ma'lum bo'lganida, menimcha, bir nechta termoyadro fizigi "plazma, yuraksiz kaltak" kabi so'zlarni aytdi. Aynan mana shu konlarni 15-20 barobarga oshirish zarurati “har bir uyda termoyadroviy reaktor” g‘oyasiga chek qo‘ydi. Asal, termoyadro reaktorini pastga tushiring, ayiqlar issiq.
Tokamakdagi plazma harakati modeli. Plazma juda turbulent (bezovtalanadi) va bu uning tezroq sovishi va o'zini beqaror tutishiga yordam beradi.
Beqarorlik
Bu ehtiyoj nimani anglatadi? maydonni 15-20 barobar oshirish 50-yillarning orzulari bilan solishtirganda? Xo'sh, birinchi navbatda, bu shunchaki mumkin emas. Dastlab, tokamak dala sifatida ko'rilgan 1,5-2 Tesla(va mos keladigan plazma bosimi 10-15 atmosfera) va b = 1, lekin aslida bunday plazmani o'z ichiga olish uchun maydon kerak bo'ladi. 30-40 Tesla. Bunday dalalarga 60-yillarda ham, bugungi kunda ham erishib bo'lmas edi rekord statsionar maydon - 33 Tesla taxminan bir stakan hajmda. Texnik chegara ITERda belgilanadi: plazma hajmida - 5-6 T va chetida - 8-9 T. Shunga ko'ra, haqiqiy o'rnatishda plazmaning bosimi va zichligi o'ylab topilganidan kamroq. 50s. Va agar u kamroq bo'lsa, isitish bilan hamma narsa yomonroq. Va isitish yomonroq bo'lgani uchun, plazma tezroq soviydi va ... yaxshi, siz fikrni tushunasiz.
Biroq, issiqlik oqishi bilan juda ibtidoiy usul bilan kurashish mumkin - reaktor hajmini oshirish. Bunday holda, plazma hajmi kub kabi o'sadi va energiya oqadigan plazmaning sirt maydoni - kvadrat kabi. Bu issiqlik izolyatsiyasining chiziqli yaxshilanishiga olib keladi. Shuning uchun, agar dunyodagi birinchi tokamakning diametri 80 sm bo'lsa va ITER diametri ~ 16 metr va hajmi 10 000 marta katta bo'lsa. Va bu sanoat reaktori uchun hali ham etarli emas.
Tokoma quruvchilari "etarli emas" degan fikrga qo'shilishadi.
Umuman olganda, termoyadro plazmasi o'ta jirkanch modda bo'lib chiqdi, unda doimo qandaydir "hayot" paydo bo'ladi, qandaydir tebranishlar va tebranishlar odatda yaxshi narsaga olib kelmaydi. Biroq, 1982 yilda beqarorliklar tasodifan aniqlandi, bu esa torusdan issiqlik oqishining keskin (2 barobar!) pasayishiga olib keldi. Ushbu rejim H-rejimi deb ataldi va hozirda barcha tokamaklar tomonidan universal foydalaniladi. Aytgancha, plazmada uni toroidal maydonda ushlab turish uchun yaratilgan bir xil halqa oqimi, shu jumladan, xuddi shu beqarorliklarning ko'pchiligining manbai hisoblanadi. plazmaning devorlarga yuqoriga yoki pastga juda yoqimsiz otishlari. Barqaror plazma nazorati uchun kurash taxminan 30 yil davom etdi va hozir, masalan, ITERda, 1000 tadan atigi 5 tasi boshqaruvdagi nosozliklar bilan yakunlanishi rejalashtirilgan.
Aytgancha, barqarorlik uchun kurash jarayonida tokamaklar dumaloqdan kesmada vertikal ravishda cho'zilgan. Ma'lum bo'lishicha, plazmaning D shaklidagi qismi uning harakatini yaxshilaydi va beta-ni oshirishga imkon beradi. Hozir ma'lumki, eng ko'p katta ishchi betalar va eng barqaror plazmalar sferik tokamaklarda (ularning vertikal cho'zilishi diametriga nisbatan maksimal) topiladi, tokama qurilishida nisbatan yangi yo'nalish. Ehtimol, ularning tez rivojlanishi birinchi termoyadro stansiyasi klassik torus emas, balki aynan shunday mashina bilan jihozlangan bo'lishiga olib keladi.
Sferik tokamak ko'proq pul so'rash uchun yangi sababdir.
Neytronlar va tritiy
Tokamak fizikasidagi muammolar chigalligini tushunish uchun muhokama qilinishi kerak bo'lgan oxirgi mavzu bu neytronlardir. Aytganimdek, eng oson erishiladigan reaktsiyada, D + T -> He4 + n, neytronlar geliy yadrosining tug'ilishi paytida chiqarilgan energiyaning 80% ni olib ketadi. Neytronlar magnit maydonga ahamiyat bermaydi va har tomonga uchib ketadi. Shu bilan birga, ular plazmani isitish uchun foydalanishimiz kutilgan energiyani olib qo'yishadi. Shuning uchun, aytmoqchi, yo'nalish asoschilari ko'proq D + D -> p(n) + T(He3) reaktsiyasi haqida o'ylashgan, bunda neytronlar energiyaning 15% ni olib ketadi. Ammo, afsuski, D + D 10 marta haroratni, 10 marta maydonni yoki 3 marta reaktorni talab qiladi. Shunday qilib, termoyadro reaktoridan neytron oqimi dahshatli. U bir xil energiya chiqishi bilan tez reaktorlar oqimidan ~ yuz baravar oshadi va eng muhimi, 14,6 MeV energiyaga ega neytronlar 0,5-1 MeV energiyaga ega bo'lgan tez reaktorlarning neytronlariga qaraganda ancha halokatli.
Bu bir yillik faoliyatdan so'ng ITER kamerasining kesmasi. Raqamlar - neytron-induktsiyali nurlanish, soatiga Sieverts. Bular. markazda 45700 R/soat. Yaxshiyamki, u juda tez tushadi.
Boshqa tomondan, neytronlar suvda juda baquvvat ravishda sekinlashadi va ko'plab materiallar tomonidan so'riladi, ya'ni. biz termoyadroviy yonishning issiqlik energiyasini plazmaga qaragan tekis sirt bilan emas, balki uning atrofidagi suv qobig'i bilan olib tashlashimiz mumkin. Bundan tashqari, energetik neytronlar osonlik bilan kamroq energiyaga ega bo'lgan ko'p miqdordagi neytronlarga aylanishi mumkin (atom, aytaylik, berilliy orqali uchib, undan boshqa neytronni chiqarib tashlaydi, Be9 + n -> Be8 + 2n energiyasini yo'qotadi. Va bu neytronlar. litiy tomonidan so'riladi va uni tritiyga aylantiradi. Bu "reaktorimizda tritiyni qayerdan olamiz" degan savolni olib tashlaydi. Aytgancha, ITERda adyolning 6 ta tajriba versiyasi sinovdan o'tkaziladi, ularda tritiy litiydan ishlab chiqariladi.Afsuski, u o'zini o'zi ta'minlay olmaydi, lekin kelajakda bu tajribali adyol bloklari ham yopilishi mumkin. 10% gacha ITER kerak.
Eksperimental naslchilik adyolining (TBM) dizayn tasviri. Bunday adyol termoyadro stansiyasini yaratish uchun ishlatilmaydiganga o'xshaydi Sekinroq.
sarhisob qilar ekanmiz
Buning axloqiy tomoni shundaki, tabiat qonunlari ko'pincha oldindan ma'lum emas va juda makkor bo'lishi mumkin. Plazmaning xatti-harakatlaridagi bir nechta nozikliklar reaktorning stol usti asbobidan 16 milliard dollarlik dahshatli kompleksga qadar ko'tarilgan quvvat ishlab chiqarishiga olib keldi. Eng qizig'i shundaki, tokamakni olov bilan qanday qilish kerakligi haqidagi tushuncha 80-yillarning oxirida paydo bo'lgan, ya'ni. 30 yillik plazma tadqiqotidan so'ng. Masalan, 1996 yilda yaratilgan birinchi ITER loyihasi 1,5 gigavatt issiqlik quvvatiga ega bo'lgan ateşleme reaktori edi. Biroq, termoyadro stansiyasi shu qadar murakkab bo'lib chiqdiki, uning o'zini oqlashi uchun juda katta hajmdagi blok kerak edi. Masalan, 10 gigavatt. Tokamak qurilish industriyasini yaratish xarajatlarini kamaytirish uchun esa kamida 10 ta shunday elektr stansiyasini qurish. Bunday miqyos dunyodagi hech qanday energetika sohasiga to'g'ri kelmadi, shuning uchun texnologiya yaxshiroq vaqtlargacha qoldirildi. Ishlanmalarni, texnologiyani, odamlarni, siyosatchilarni yo'qotmaslik uchun qimmat xalqaro ITER va o'nlab kichikroq ilmiy-tadqiqot ob'ektlarini qurish ko'rinishida mavzuni minimal moliyalashtirishga rozi bo'lishdi. Ushbu xarajatlarning maqsadi, agar kerak bo'lsa, bunday energiya alternativini tezda (yaxshi, kamida 15 yil ichida) shkafdan tortib olishdir ...
Yorqin kelajak
Aytgancha, texnologiyaning tayyorligi haqida. Bugungi kunda maksimal eksperimental ravishda 1997 yilda JET o'rnatishda Q = 0,7 ga erishildi va JT-60U tokamakida qayta hisoblash (mashina tritiy deyteriyda emas, deyteriyda ishladi) Q = 1,2 ni tashkil etdi. ITERda Q=10, sanoat reaktori uchun esa 50-100 rejalashtirilgan. Q qanchalik baland bo'lsa, elektr stantsiyasi shunchalik tejamkor bo'ladi, lekin biz bilganimizdek, uning reaktor o'rnatish hajmi qanchalik katta bo'lsa, magnitlari shunchalik dahshatli bo'ladi va 10 million qismdan birortasining ishdan chiqishi shunchalik qimmatroq bo'ladi. zamonaviy tokamak yig'iladi...
P.S. Mening blogimga tashrif buyuring, u erda ITER qurilishi haqida ba'zi yangiliklarim bor.
P.P.S. Kimgadir tokamaklar fizikasidan soddalashtirishsiz darslik kerak bo'lsa
Bizga ma'lumki, ruscha "beluga", "aroq", "samovar" so'zlari chet tillariga tarjimasiz kirib kelgan. Ammo istehzodan tashqari, bu hech narsaga olib kelmaydi. Yana bir narsa - "sun'iy yo'ldosh" kabi "tarjimasiz" so'z, bu mahalliy fan va texnologiyaning yuqori salohiyatidan dalolat beradi. Ammo "sun'iy yo'ldosh" allaqachon o'tmishdagi narsadir. Mamlakatda g'urur uyg'otadigan yangi atama paydo bo'ldimi?
200 ming kVt soat elektr energiyasi zamonaviy evropaning 30 yil davomida barcha ehtiyojlarini qondirish uchun etarli. Bunday miqdordagi elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun bitta vanna suv (45 litr) va bitta kompyuter akkumulyatorida bo'lgan lityum etarli. Ammo qazib olinadigan yoqilg'idan energiya ishlab chiqarishning hozirgi texnologiyalari bilan buning uchun 70 tonna ko'mir kerak bo'ladi.
Barcha tillarda bir xil talaffuz qilinadigan yana bir so'z bor - "tokamak". Ruscha qisqartma butun dunyo bo'ylab qurilgan ko'plab qurilmalarga nom beradi, ularda plazma termoyadroviy sintez jarayonida magnit maydon tomonidan ushlab turiladi. Insoniyatga deyarli bitmas-tuganmas energiya manbasiga kirish imkonini beradigan xalqaro ITER loyihasining kelajakdagi reaktori ham tokamak deb ataladi.
"Bu ruscha so'z", deydi ITER xalqaro tashkilotiga press-tur ishtirokchilari ( Xalqaro termoyadroviy eksperimental reaktor. - Avtor. ) Communications Servicesdan Robert Arnot. "Mening rossiyalik hamkasbim sizga bu nimani anglatishini aytib beradi."
VA Aleksandr Petrov, Rossiyaning ITER dizayn markazi vakili, ishtiyoq bilan tushuntiradi: "Magnit bo'laklari bo'lgan toroidal kamera!" Keyin u buni Evropa, Koreya, Xitoy, Kanada jurnalistlarining ovoz yozish moslamalari va kameralarida bir necha bor takrorlashga majbur bo'ldi ...
Sintez qanday sodir bo'ladi?
Tokamak g'oyasi akademik Lavrentyev tomonidan taklif qilingan va u yakunlangan Andrey Saxarov Va Igor Tamm. Agar hozirgi yadro energetikasi texnologiyalari yemirilish reaksiyasiga asoslangan boʻlsa, ogʻirroq yadrolardan yengilroq yadrolar hosil boʻlganda, termoyadroviy sintez bilan, aksincha, yengil atom yadrolari birlashib, ogʻirroq yadrolarni hosil qiladi.
Biz asosan vodorod izotoplari - deyteriy va tritiy haqida gapiramiz. Birinchisining yadrosi proton va neytrondan, ikkinchisining yadrosi esa proton va ikkita neytrondan iborat. Oddiy sharoitlarda bir xil zaryadlangan yadrolar, albatta, bir-birini itaradi, lekin o'ta yuqori haroratlarda, aksincha, birlashadi. Natijada geliy yadrosi va bitta bo'sh neytron hosil bo'ladi, lekin eng muhimi, atomlar ilgari bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilish uchun sarflagan juda katta miqdordagi energiya ajralib chiqadi. Deyteriy suvdan osongina "oliladi", tritiy esa beqarorroq, shuning uchun u lityum bilan reaksiyaga kirishishi sababli o'rnatish ichida ishlab chiqariladi.
Bitta termoyadroviy reaktor - Quyosh insoniyatga sayyoramizda yashash imkoniyatini berdi, bizni issiqligi bilan isitdi. Gravitatsiya ta'sirida juda yuqori plazma zichligiga erishilgan yulduzning markazida reaktsiya 15 million ° S haroratda sodir bo'ladi. Yerda bunday zichlikka erishib bo'lmaydi - haroratni oshirishgina qoladi. ITER loyihasining reaktorida u 150 million ° C ga yetishi kerak - quyosh yadrosidan 10 baravar yuqori!
Buni fiziklardan boshqa hech kim tasavvur qila oladimi? Va Yerdagi mumkin bo'lgan materiallardan qaysi biri bunga bardosh bera oladi? Bunday narsa yo'q. Shuning uchun tokamak ixtiro qilingan. Uning ichi bo'sh "donut" shaklidagi vakuum kamerasi o'ta o'tkazuvchan elektromagnitlar bilan o'ralgan - ular toroidal va poloidal magnit maydonlarni hosil qiladi, bu issiq plazmaning kamera devorlariga tegishiga to'sqinlik qiladi. Bundan tashqari, markaziy elektromagnit - induktor mavjud. Undagi oqimning o'zgarishi sintez uchun zarur bo'lgan plazmadagi zarrachalarning harakatiga olib keladi.
Termoyadro sintezi uchun minimal yoqilg'i kerak bo'ladi va xavfsizlik hozirgi texnologiyalarga qaraganda ancha yuqori. Axir, plazma zichligi juda kichik (atmosfera zichligidan million marta past!) - shunga ko'ra, portlash bo'lishi mumkin emas. Va haroratning ozgina pasayishi bilan reaktsiya to'xtaydi - keyin plazma, fiziklar aytganidek, atrof-muhitga hech qanday zarar etkazmasdan shunchaki "parchalanadi". Bundan tashqari, yoqilg'i doimiy ravishda yuklanadi, ya'ni reaktorni istalgan vaqtda osongina to'xtatish mumkin. U deyarli hech qanday radioaktiv chiqindilar chiqarmaydi.
Yo'l qancha?
60-yillarning oxiridan boshlab, sovet fiziklarining boshqariladigan termoyadroviy reaktsiyalar sohasidagi muvaffaqiyati yaqqol namoyon bo'lgach, tokamaklar nafaqat Rossiyada, balki Qozog'iston, AQSh, Evropa, Yaponiya va Xitoyda ham paydo bo'ldi. Ular reaksiya sodir bo'ladigan yuqori haroratli plazma yaratish va uni saqlab qolish mumkinligini isbotladilar. Biroq, shu paytgacha ushlab turish qisqa, soniyalarda hisoblangan va isitish uchun sarflangan energiya jihatidan qimmatga tushdi. Ilm-fan uchun bunday natijalar etarli edi, ammo insoniyat uchun yangi energiya davriga qadam qo'yish - emas.
Va keyin xalqaro loyiha g'oyasi tug'ildi, uning asosiy vazifasi termoyadroviy reaktsiyani saqlab qolish uchun zarur bo'lganidan sezilarli darajada kattaroq hajmlarda energiya ishlab chiqarishga qodir reaktorni qurishdir. Q ≥ 10 - fiziklar buni shunday tuzadilar.
Boshlanishi 1985 yilda SSSR va AQSh rahbarlarining uchrashuvida boshlangan. Loyiha Xalqaro termoyadroviy eksperimental reaktor deb nomlandi: ITER - inglizcha transkripsiyada, ITER - rus tilida. Bu butun insoniyat uchun umumiy muammoni hal qiladi va ko'lami shundayki, bir mamlakat uni hal qila olmaydi, shuning uchun u xalqaro bo'lib qoldi. Bugungi kunda u Evropa Ittifoqi mamlakatlari, Xitoy, Hindiston, Yaponiya, Koreya Respublikasi, Rossiya va AQShni o'z ichiga oladi. Har bir tomonning ishtiroki aniqlanadi: Evropa - 45%, qolganlari - 9% dan bir oz ko'proq, lekin bu valyutada emas, balki aniq hissada - bajarilgan ish yoki ishlab chiqarilgan asbob-uskunalar bilan ifodalanadi.
Loyihani qog'ozda, 3D-modellarda birlashtirish va "belgilash" uchun o'nlab yillar kerak bo'ldi. Va endi uning xususiyatlari va chiziqlari Frantsiyaning janubida, o'z tokamakiga ega bo'lgan Cadarache tadqiqot markazi yonida haqiqiy saytga chiziladi.
Bizning hissamiz qanday?
Provans o'tlarining hidi tepalikli landshaftni qamrab oladi, jumladan, beshta ulkan minora krani bo'lgan ta'sirchan maydon (42 gektar yoki 60 futbol maydoni), u erda binolarning qurilishi jadal sur'atlar bilan olib borilmoqda, ulardan 39 tasi. 2020 yilga kelib. bajarilishi kerak, ammo jihozlar avvalroq kela boshlaydi - ma'lum bosqichlar tugallanganda.
Rossiyadan asosiy etkazib berish 2016-2017 yillarga mo'ljallangan. Mamlakatimiz megatokamakning barcha asosiy inshootlarini qurishda ishtirok etmoqda, o‘ta o‘tkazgichlar ishlab chiqarilmoqda, sinov va diagnostika tizimlari yaratilmoqda. Bunda Rossiyaning 30 dan ortiq korxona va tashkilotlari ishtirok etmoqda, ularning aksariyati Rosatom davlat korporatsiyasining sho'ba korxonalari. Zero, aynan atom sanoatida mamlakat boshidan kechirgan og‘ir kunlarga qaramay, yuqori ilmiy va ishlab chiqarish salohiyatini saqlab qolish mumkin edi.
“Rossiya majburiyatlari doirasida ITER uchun 25 ta tizim ishlab chiqarilmoqda. Bu tajribalar yoki ilmiy-tadqiqot ishlari emas - bu Kadarachega o'z vaqtida etkazib berilishi kerak bo'lgan uskunalar", - - deydi Anatoliy Krasilnikov, ITER dizayn markazi - Rossiyaning ITER agentligi.
Uskunaning o'zi noyobdir - aksariyat hollarda uni yaratish uchun mutlaqo yangi texnologiyalar ishlab chiqilmoqda. Masalan, plazma kamerasining adyolning birinchi devori ("adyol"), u maksimal harorat yukini ko'taradi. Qanday materiallar bardosh bera oladi? Dizaynga qanday nuanslarni kiritish kerak? nomidagi Elektrofizika asbob-uskunalari ilmiy-tadqiqot institutida bu savollarga allaqachon javob berilgan. D. V. Efremova (NIIEFA). Devor berilliydan yasalgan bo'ladi, u qattiq emas, balki kichik kvadrat plitalarga kesiladi - materialning "nafas olishi" osonroq bo'lishi va yozgi jaziramadagi er kabi yuqori haroratdan yorilib ketmasligi uchun.
Rosatom olimlari va mutaxassislari allaqachon hal qilgan yana bir jiddiy vazifa - bu turli xil materiallarni bir-biri bilan bog'lash: berilliy - bronza, mis - zanglamaydigan po'lat, volfram - mis. An'anaviy payvandlash loyiha shartlariga mos kelmaydi, shuning uchun mis vakuum kamerasida volframga eritiladi, po'lat "portlash payvandlash" usuli yordamida misga ulanadi - keyin bitta metall blok hosil bo'ladi, uni hatto ajratib bo'lmaydi. ultra yuqori haroratlar.
Loyihada ishtirok etish nafaqat mahalliy ilm-fan uchun, balki mamlakat iqtisodiyoti uchun ham jiddiy turtki bo'ladi, chunki u texnologiya va ishlab chiqarishning boshqa darajasiga qadam qo'yish va ba'zan hatto sakrash imkonini beradi. Masalan, Chepetsk mexanika zavodida 4 yil ichida ular noldan titan qotishmalaridan mahsulotlar ishlab chiqarishni o'zlashtirdilar. O'tgan yili bizning yadro olimlarimiz ITER uchun o'ta o'tkazuvchan iplarni etkazib berishni yakunladilar. Loyihada ishtirok etish tufayli zavod yangi – murakkab va qimmat turdagi mahsulotlarni ishlab chiqarishni yo‘lga qo‘ydi va bu kompaniya daromadini sezilarli darajada oshirdi.
Nima uchun sirpanish?
Aslida, texnologiyani o'zlashtirish istagi asosan loyihadagi xalqaro hamkorlikni tushuntiradi. Zero, ma'lum bir qism yoki tuzilmani ishlab chiqish yoki ishlab chiqarishda kim ishtirok etganidan qat'i nazar, yaratilgan texnologiyalar barcha ishtirokchi mamlakatlar uchun umumiy intellektual mahsulotga aylanadi va ular tomonidan boshqa maqsadlarda foydalanish mumkin.
To'g'ri, ishtirok etish uchun demokratik sharoitlar va umumiy loyiha byudjetining yo'qligi hamma ham o'z majburiyatlarini o'z vaqtida bajara olmasligiga olib keldi. Kechikishlar va kelishmovchiliklar boshlandi. Va agar Rossiyaga qarshi shikoyatlar bo'lmasa, u loyihadagi eng majburiy tomon bo'lsa, masalan, Evropada sezilarli kechikish bo'lgan.
Dastlab rejalashtirilgan muddatlar ham orqaga surildi. Birinchi plazmani 2020 yilga qadar, tarmoqdagi birinchi energiyani esa 2027 yilga borib olish allaqachon real emas. Albatta, bu ko‘p jihatdan loyihaning innovatsiyasi bilan bog‘liq – ilgari dunyoda hech kim bunday ishni qilmagan. Va hayot qog'oz hisob-kitoblarga o'z tuzatishlarini kiritishi tabiiy. Ammo, boshqa tomondan, elementar ixtiyoriylik ham mavjud. Yangisi uni istisno qilmoqchi loyiha bosh direktori Bernard Bigot. Uning so‘zlariga ko‘ra, joriy yil oxirigacha tuzatilgan jadval tasdiqlanishi va loyihalarni boshqarish tizimi qayta ko‘rib chiqilishi kerak. U ba'zi ishlar ishtirokchilar o'rtasida qayta taqsimlanishi mumkinligini istisno qilmaydi.
“Biz belgilangan muddatlarga faqat yaxshi niyat va yaxshi niyat orqali erishiladi deb o'ylagandik. Qattiq boshqaruvsiz bundan hech narsa chiqmasligini endi tushunamiz. Lekin gap kim kimni boshqarishi haqida emas – biz birgalikda ishlashni o'rganishimiz kerak”, - deydi B.Bigo.
Nega orzu qilish kerak?
Yangi bosh direktor nafaqat loyihaga ishonadigan, balki uning muvaffaqiyatiga amin bo‘lgan olimlardan biridir. "B rejasi yo'q, muqobil yo'q", deb hisoblaydi u. - Biz tuzatishlar kiritishimiz mumkin. Ammo bu allaqachon haqiqiy voqea."
Yuzlab olim va mutaxassislarimiz loyihani haqiqat deb atamoqda. Yana nima? Axir, ITER tashkilotida hozirda ofis binosi va qurilish maydonchasidan boshqa hech narsa yo'q. Ammo bizning Rosatom ilmiy-tadqiqot institutlarida va uning korxonalarida, shuningdek, loyihada ishtirok etayotgan boshqa tashkilot va kompaniyalarda mavjud. Ular allaqachon o'ta o'tkazgichlarni yasadilar, ilgari ko'rilmagan kabellar ishlab chiqardilar, bu erda yuzlab o'ralgan simlar mis va po'latdan yasalgan g'ilofga joylashtiriladi va rulonlarni o'rashni boshladilar. Yaqinda Sankt-Peterburgda NIIEFA magnit tizimning sariqlaridan energiyani tezda olib tashlash uchun rezistorlar prototipini va Nijniy Novgorodda Gikom ilmiy-ishlab chiqarish korxonasida tok hosil qilish uchun girotron majmuasi prototipini muvaffaqiyatli sinovdan o'tkazdi. va plazmani isitish amalga oshirildi. TRINITY institutida vertikal neytron kamerasi uchun olmos detektorlari haqiqiy xususiyatlarga ega bo'ldi.
Biroq, ITERda haqiqat va orzu ajralmasdir. O‘z ishiga ishtiyoqi baland olim va mutaxassislar uchun loyiha nafaqat yangi istiqbollarni ochdi, balki ularni ilhomlantirdi. Diagnostika bo'yicha mutaxassis Evgeniy Veshchev MEPhI talabasi sifatida birinchi marta tokamakni ko'rganini va termoyadro energiyasining istiqbollari haqida ma'ruza tinglaganini eslaydi. Loyiha haqida bilganida, u shunchaki ilhomlanib: “Insoniyat uchun bunday muhim ishda ishtirok etish qanchalik buyuk!” deb o'yladi. Va endi men xursandman, chunki har kuni men bunga hissa qo'shaman.
"Orzular qimmat bo'lishi mumkin, masalan, Apollon missiyasi yoki NASA dasturlari", - deydi u g'ayrat bilan. Mark Xenderson, elektron siklotron bo'limi boshlig'i. - Lekin biz orzu qilishimiz kerak! Shu jumladan, bugungi Prometey deb atash mumkin bo'lgan yangi yadroviy sintez haqida.
Ekspert fikri:
Sergey Kiriyenko, "Ros-atom" davlat korporatsiyasi bosh direktori:
Sanoatimiz rivojini ta’minlash, unda yangi avlodni shakllantirish, bunda mablag‘, vaqt, eng muhimi, tajribani birlashtirish uchun barcha ishtirokchilarning sa’y-harakatlarini birlashtirish zarur.
IAEA homiyligida INPRO yoki Frantsiyada amalga oshirilgan ITER loyihasi kabi xalqaro loyihalarni amalga oshirish uchun barchamiz kuchlarni birlashtirishimiz kerak.
