INP sedang menyediakan "gula-gula" RESIN

INP sedang menyediakan “gula-gula” RESIN

Anton Sudnikov
"Tangan Pertama Sains" №5-6 (76), 2017

Ahli fizik Novosibirsk, bersama rakan sekerja Rusia dan asing, sedang berusaha untuk mewujudkan reaktor thermonuclear ITER pertama dunia, pelancaran yang akan menjadi langkah terpenting ke arah tenaga termonuklear masa depan. ITER – tokamak, pemasangan magnetik tertutup untuk kurungan plasma. Hari ini di Institut Fizik Nuklear. GI Budker dari Cawangan Siberia dari Akademi Sains Rusia juga sedang membangunkan format baru untuk versi perangkap magnet alternatif – jenis terbuka. Menurut saintis, konsep menggunakan medan magnet dengan simetri spiral, yang membentuk asas untuk penciptaan perangkap SCREEN RESIN, akan membolehkan perangkap terbuka untuk menyamai tokamaks atas dari segi pengasingan plasma.

Mengenai pengarang

Anton Vyacheslavovich Sudnikov – Calon Fizikal dan Matematik, Penyelidik Kanan, Institut Fizik Nuklear. GI Budker SB RAS (Novosibirsk). Pengarang dan pengarang bersama 24 kertas saintifik.

Para saintis berfikir secara serius mengenai kemungkinan gabungan termonuklear yang terkawal selepas menguji bom hidrogen pertama, dan tugas pertama ke arah ini ialah "penjinakan" plasma suhu tinggi.Dalam erti kata lain, adalah perlu untuk mencapai parameter tertentu suhu, ketumpatan dan masa pengekalan bahan "bintang" ini.

Bagaimana untuk memastikan plasma

Jika di Matahari, plasma memegang medan graviti, maka di Bumi mereka memutuskan untuk bekerja dengan magnet itu. Sudah pada tahun 1950, ahli fizik Soviet A.D. Sakharov dan I.Ye.Tamm mengemukakan idea untuk mewujudkan reaktor fusi berdasarkan prinsip pengasingan magnet dan mencadangkan konsep perangkap magnet tertutup. Jadi muncul tokamak – Dewan toroidal dengan gegelung magnetik, atau, sememangnya, "bagel" dengan arus. Kerja-kerja penciptaan tokamaks diketuai oleh L. A. Artsimovich, ketua program Soviet mengenai gabungan termonuklear terkawal sejak tahun 1951.

"Tokamak" adalah singkatan frasa "kamera magnet toroidal", yang dicadangkan oleh seorang pelajar ahli akademik I. V. Kurchatov, I. N. Golovin. Pencipta sistem toroidal pertama, N. A. Yavlinsky, mencadangkan untuk menggantikan huruf "g" dengan "k" untuk euphony. Oleh itu, perkataan ini dimasukkan dalam semua bahasa di dunia.

Beberapa konfigurasi perangkap "tertutup" telah dibangunkan, tetapi pada tokamak T-3 bahawa institut Kurchatov yang pertama diperoleh di MoscowKeputusan yang menakjubkan untuk masa itu: plasma dengan suhu melebihi 10 juta ° C! Keputusan ini mula-mula dilaporkan pada Persidangan Antarabangsa IAEA mengenai Fizik Plasma dan Reaksi Theronuklear Terkawal, yang berlaku di Novgoribodsk Academgorodok pada tahun 1968, dan tokamaks telah menjadi asas kepada program thermonuclear dunia.

Walau bagaimanapun, adalah tidak munasabah untuk mengatakan bahawa tokamaks "menang", tidak mustahil, selagi tidak ada satu stesen gabungan perindustrian. Hari ini, perangkap tertutup lain yang lebih kompleks sedang disiasat dan dilancarkan secara aktif. stellatorsyang dicadangkan oleh American L. Spitzer pada tahun 1951, serta pemasangan alternatif – perangkap jenis terbuka. Dalam pergerakan geometri terbuka mudah dalam geometri, plasma dikekalkan dalam jumlah tertentu medan magnet "membujur", dan pelbagai jenis "plag" magnet dan pelebaran khas digunakan untuk mencegahnya mengalir di sepanjang garis kuasa.

Konsep perangkap magnet terbuka telah dicadangkan pada 1953 secara bebas oleh dua saintis: GI Budker (USSR) dan R. Post (Amerika Syarikat). Enam tahun kemudian, kesahihan idea ini disahkan dalam eksperimen S. N.Rodionov, seorang pekerja Institut Fizik Nuklear Novosibirsk yang baru dicipta oleh Cawangan Siberia dari Akademi Sains USSR. Sejak itu, INP telah menjadi pemimpin dalam reka bentuk, pembinaan dan eksperimen dengan perangkap terbuka jenis.

Dalam sel cermin Budker-Post, konfigurasi khusus medan magnet digunakan untuk mengurung plasma. Pada gambarajah tiub cermin (di bahagian atas) menunjukkan sebahagian daripada trajektori zarah yang ditangkap. Oleh: (Shoshin, 2007)

Sudah tentu, pemasangan moden saintis Novosibirsk adalah percubaan, dan oleh itu kecil, pulsed. Tetapi secara teoritis, perangkap magnet jenis ini menjanjikan untuk digunakan dalam reaktor termonuklear industri, kerana ia mempunyai beberapa kelebihan yang berpotensi berbanding dengan yang tertutup: mereka mempunyai penyelesaian kejuruteraan yang lebih mudah, kecekapan yang lebih tinggi menggunakan tenaga medan magnet, iaitu, kecekapan yang lebih tinggi. Selain itu, kerja alat-alat ini dalam mod pegun, berbeza dengan tokamaks, tidak menimbulkan masalah.

Hari ini, sekumpulan ahli fizik dari makmal plasma INP sedang menjalankan idea baru: menggunakan medan magnet dengan simetri heliks untuk menindas kerugian plasma membujur dari perangkap terbuka,membolehkan mengawal putaran plasma. Untuk menguji konsep ini, unit RESIN eksperimen dibangunkan dan dibina (Perangkap Terbuka Magnet Lingkaran).

"Mincer" untuk plasma

Apakah perangkap terbuka yang baru, dan bagaimanakah ia berbeza daripada "pendahulu"?

Ciri utama semua perangkap terbuka ialah garis medan magnet di dalamnya tidak ditutup, dan plasma disimpan di tengah. Dan di hujung tumbuhan, di sepanjang garis daya, plasma dapat mengalir, dan tugas kami adalah untuk mengurangkan aliran ini. Untuk mengurangkan kerugian di hujung set perangkap tersebut palam magnetik, iaitu, meningkatkan kekuatan medan magnet dengan mendadak. In perangkap dinamik gas (GDL) dengan cara ini adalah mungkin untuk mengecilkan "liar" dengan sangat sempit, dari mana plasma mengalir, tetapi kerugian tidak dapat dielakkan sepenuhnya.

In perangkap beralun (GOL) pada setiap sisi tidak ada satu tiub magnetik, seperti dalam GDL, tetapi beberapa bergantung pada konfigurasi. Sebagai contoh, dalam pemasangan GOL-3 ada 52 daripadanya, dan di GOL-NB – 14 pada setiap hujungnya. Sebagai hasil daripada reka bentuk ini, plasma tidak hanya mengalir melalui tiub yang licin, tetapi, oleh kerana itu, menggosok ke arah "korelasi" medan magnet. Oleh kerana daya geseran, halaju aliran menjadi lebih rendah daripada suara yang satu, yang bermaksud bahawa akan ada kerugian yang kurang.Oleh kerana jarak di antara kesesakan lalu lintas ditetapkan dengan tegar, tidak mungkin untuk menjadikannya terhampir secara dekat, tetapi anda boleh meningkatkan panjang bahagian multi-plag ini.

Pemasangan GOL-NB di INP SB RAS, dibuat berdasarkan perangkap magnet GOL-3 beralun. Pada perangkap terbuka ini dan lain-lain di Institut, eksperimen dijalankan untuk mengkaji fizik plasma.

Untuk mengurangkan kadar aliran plasma, bahagian pelbagai teras secara teoritis mesti secara literal dipindahkan ke pusat pemasangan. Dalam kes ini, plasma itu sendiri akan "berdiri", dan di sepanjang ia akan "terbang melalui" palam magnet, mewujudkan daya geseran dan menarik bahan bersama. Idea untuk menggerakkan kesesakan lalu lintas timbul pada masa yang sama dengan idea perangkap multi-output, tetapi pada masa itu tugas itu dianggap tidak praktikal dan tidak menguntungkan: untuk mewujudkan bidang "berlari", kuasa yang luar biasa diperlukan.

Idea untuk "menipu" perkara, untuk mewujudkan konfigurasi medan magnet bergerak, supaya plasma "seolah-olah" bergerak ke tengah, muncul pada akhir tahun 2012. Seperti yang anda ketahui, plasma di perangkap terbuka sentiasa berputar, dan ada tugas-tugas yang perlu diputar dengan sengaja . Persoalannya mudah: boleh putaran ini digunakan untuk sesuatu yang lain?

Ideanya ialah untuk mewujudkan medan magnet dalam bentuk skru.Bayangkan skru penggiling daging yang menghidupkan daging cincang ke arah yang betul. Begitu juga, di kedua-dua belah petak pusat dengan plasma, pemotongan heliks bidang dicipta, tetapi pada masa yang sama ia berbeza – dengan skru kanan dan kiri. Di satu pihak, medan magnet menyeret plasma ke kiri, di sisi yang lain – ke kanan. Oleh itu, kedua-dua bahagian akhir ini memulihkan kembali plasma. Sudah tentu, mustahil untuk menghilangkan kerugian sepenuhnya: apabila aliran plasma melemahkan, zarah tidak bertembung dengan satu sama lain. Tetapi jika kita berjaya membuat aliran begitu jarang, ini bermakna kita menang dengan faktor dua dari segi parameter kurungan plasma.

Skim pergerakan plasma di dalam perangkap magnetik lingkaran dalam mod yang optimum. Oleh: (Beklemishev, 2015)

Konsep baru membolehkan anda membuat pemasangan yang dapat dibandingkan dengan ciri-cirinya untuk tokamaks semasa yang terbaik. Satu-satunya kesukaran adalah bahawa buat masa ini idea ini adalah teori. Pada bulan November 2017, kami melancarkan pemasangan PIT secara fizikal dan berpindah ke peringkat baru – satu percubaan.

Untuk percubaan unik kita, tidak banyak diperlukan: satu tiub magnet skru, nod di mana plasma dicipta, dan penerimanya, serta pengembang, menarik bahan ke dalam medan magnet.Sekarang, setelah memulakan pemasangan, kami mula "merasakan" plasma dan melihat bagaimana ciri-cirinya berubah dalam mod operasi yang berlainan. Untuk mengesahkan pengiraan teori, kita perlu menunjukkan penambahbaikan yang stabil dalam prestasi plasma dalam peranti dengan palam magnet heliks berbanding dengan konvensional.

Diagram perangkap magnet skru terbuka eksperimen RESIN dibuat di INP SB RAS

Nampaknya langkah yang telah kami ambil ke arah memperbaiki konfigurasi perangkap terbuka adalah satu langkah ke sisi, kerana seluruh dunia hari ini bekerja dengan perangkap konfigurasi tertutup. Tetapi kami berharap dapat menunjukkan kebaikan borang terbuka. Dan jika mungkin untuk membuktikan bahawa walaupun masalah teknikal, bentuk skru dari perangkap magnet terbuka memberikan keuntungan yang besar dalam pengurangan plasma, maka peranti generasi akan datang yang dirancang untuk dicipta dalam INP akan dilengkapi dengan sekrup skru. Sudahkah kita melihat jalan yang perlu diambil, dan aplikasi praktikal teknologi kita.

Perangkap skru boleh digunakan sebagai sumber neutron untuk mengkaji kelakuan bahan yang bersentuhan dengan plasma, mencipta subkritik (tidak dapat mengekalkan tindak balas nuklear secara bebas) reaktor, tetapi terutamanya untuk mewujudkan loji kuasa nuklear "konvensional". Sesetengah konfigurasi perangkap skru meningkatkan kadar aliran plasma kepada 100 km / s, yang merupakan prasyarat bagi enjin kapal angkasa yang mengangkut satelit dari orbit geosynchronous, contohnya, kepada orbit bulan.

Pemasangan PITCH pada peringkat pemasangan. Di sebelah kiri danke kanan bahagian skru – tangki sumber plasma dan penerima

Selepas satu atau dua generasi perangkap terbuka, ada kemungkinan untuk membincangkan penciptaan reaktor termonuklear sepenuhnya, lebih-lebih lagi, bekerja pada bahan api bestritium (contohnya, menggunakan tindak balas deuterium-deuterium atau sintesis proton-boron). Sebaliknya, Tokamaks bekerja dengan reaksi deuterium-tritium, yang menyebabkan masalah perlindungan radiasi yang serius. Tidak tanpa alasan begitu banyak perhatian dalam projek ITER dibayar kepada penciptaan bahan ultra kuat dan bio-perlindungan yang kuat. Dalam reaktor yang beroperasi pada tindak balas gabungan dua nukleus deuterium, tritium radioaktif tidak menyelesaikan struktur, yang menjadikan sistem keselamatannya lebih mudah.

Kelebihan reaksi fusi sintesis deuterium-tritium hanya dalam fakta bahawa manusia sudah menerima plasma termonuklear dengan pertolongannya. Untuk membuat satu lagi kemungkinan, reaksi yang kurang energetically diakses mungkin, lebih banyak lagikira-kiraSuhu tinggi, ketumpatan dan masa pengekalan plasma, tetapi teknologi sedemikian belum tercipta.

Upacara solat melancarkan PITCH pemasangan eksperimen. Dari kiri ke kanan: Pengarah Institut Fizik Nuklear SB RAS, Ahli Akademik P. V. Logachev, Datuk Bandar Novosibirsk A. E. Lokot, Timbalan Pengarah Pemangku Gubernur Wilayah Novosibirsk A.K. Sobolev, Kepala Departemen Wilayah Siberia FANO Rusia A. A. Kolovich, Pengerusi SB RAS, Ahli Akademik V.N. Parmon

Walau bagaimanapun, bercakap tentang reaktor bebas neutron sebagai masa depan yang jauh juga tidak berbaloi. Dalam perangkap terbuka dengan pengurangan plasma yang lebih baik, secara teorinya mungkin untuk mencapai parameter yang diperlukan untuk reaksi deuterium-deuterium, sedangkan ia telah dibuktikan secara eksperimen bahawa ada batasan yang serius untuk tokamak ini.

Sememangnya, model "skru" kami masih perlu diperiksa dan dioptimumkan, yang memerlukan banyak kerja penyelidikan dan pembangunan.Tetapi sudah jelas bahawa ini adalah permulaan sejarah saintifik yang menarik, dan pada akhirnya kita sedang menunggu keputusan yang mungkin sangat penting untuk tenaga termonuklear masa depan.

Penerbitan itu menggunakan foto dari arkib pengarang.

Kerja-kerja ini disokong oleh geran Yayasan Sains Sains Rusia 14-50-00080 "Pengembangan potensi penyelidikan dan teknologi INP SB RAS dalam bidang fizik pemecut, fizik zarah asas dan gabungan termonuklear terkawal untuk sains dan masyarakat."

Sastera
1. Beklemishev A. D. Sistem Helicoidal untuk Pam Plasma Aksial dalam Trap Linear // Fusion sci. Technol. 2013. V. 63. N. 1. P. 355-357.
2. Beklemishev A. D. Radial dan Pengangkutan Paksi di Bahagian Perangkap dengan Corragation Helical. Prosiding Persidangan AIP. 2016. DOI: 10.1063 / 1.4964191.
3. Beklemishev A. D. Thruster plasma helical // Fiz. Plasmas. 2015. V. 22. N. 10. DOI: 10.1063 / 1.4932075.
4. Budker G.I., Mirnov V.V., Ryutov D.D. Persidangan Gas // Persidangan antarabangsa mengenai teori plasma. Kiev, 1971. Diterbitkan oleh ITP AS USSR, 1972, ms. 145.
5. Postupaev V.V., Sudnikov A.V., Beklemishev A.D. & Ivanov I.A. Perangkap Magnetik. Fusion Eng. Reka bentuk. 2016. V. 106. P. 29-33.
6. Sudnikov A. V., Beklemishev A. D., Postupaev V. V. et al. Peranti SMOLA untuk Exploration Concept Mirror Concept // Fusion Eng. Reka bentuk. 2017. V. 122. P. 86-93.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: