ним видом на опрацьований матеріал є термічний вплив. В умовах високої температури квазиравновесной і рівноважної плазми (Т i ~ Т е ~ Т n ~ 10 4 ? 10 травня K) і високих швидкостей газу реалізуються високі швидкості нагріву (до 10 8 К/с), що дозволяє здійснювати швидке плавлення і навіть вибуховий випаровування порошкоподібних і рідких матеріалів. Забезпечуються умови для нерівноважних хім. Процесів з високими швидкостями реакцій.
Дещо інші вимоги до плазмі пред'являються в системах перетворення енергії з теплової в електричну (МГД - генератори). Основною метою тут ставиться підвищення ефективності перетворення до 50? 60% порівняно з 30? 40% традиційно досягається в теплових електростанціях. При невисокою (~ 3000 * К) температурі плазма повинна володіти підвищеною провідністю. До цієї групи застосувань плазми відносяться також плазмові рушії (прискорювачі), МГД - насоси та інші прилади в яких використовується властивість високої провідності плазми і вплив електричних і магнітних полів на передачу енергії її компонентам.
. Керований термоядерний синтез
Застосування високотемпературної плазми пов'язано насамперед з дослідженнями в галузі керованого термоядерного синтезу. Зважаючи на важливість проблеми УТС для вирішення енергетичних проблем Землі в цій області зосереджені найзначніші сили науки протягом останніх 25? 30 років.
Основними причинами зацікавленості вчених у вирішенні проблеми УТС є наступні:
виснаження традиційних видів палива. Незважаючи на широке впровадження останнім часом енергозберігаючих технологій, застосування альтернативних видів енергії (сонячна, вітрова та ін.) Ця проблема лише відсувається, але не зникає без створення УТС.
екологічна чистота, безпека у використанні. Термоядерний синтез практично не створює радіоактивних відходів;
практично невичерпні запаси сировини. Енергії УТС, що виділилася в результаті використання тільки однієї реакції з багатьох можливих, вистачить на десятки тисячоліть.
Ера наукових робіт в області УТС почалася ще в 1958 р Після доповіді І.В. Курчатова в Лондоні.
Принцип добування енергії з ядер елементів при їх злитті ілюструється наступними реакціями
d + d=1 H 3 + p + 4 МеВ @ 1 Н 2 + 1 Н 2=1 Н 3 + 1 Н 1 + 4МеВ
d + d=2 Чи не 3 + n + 3,25 МеВ
d + Н 3=Немає 4 + n + 17,6 МеВ
Виділення енергії пов'язано зі зменшенням маси спокою D Е=D m 0 · з 2 - співвідношення Ейнштейна m 10=m 20 + D m.
На шляху вирішення проблеми УТС стоїть ряд труднощів:
дуже малий перетин взаємодії ядер мішені і іонного пучка. (тобто n - концентрації, щільності)
необхідність подолання кулонівського відштовхування однойменно заряджених ядер. Злиття ядер можливе на відстанях ~ 10 - 13 см.
(? необх. енергію взаємодіючих частинок)
r 1,2 »1,4? 10 - 13 (А 1 1/3 + А 2 1/3) см де А 1, А 2 - атомні ваги взаємодіючих частинок.
Частка подолає кулоновское розштовхування, якщо її енергія
? »4? 105 еВ
Якщо це буде енергія теплового руху, то Т »5? 109 К.
Перетин взаємодії ядерної реакції d - d:
;
Швидкість протікання реакції n=n1n2v1212,
Відносне енерговиділення (в од. обсягу вед. часу)
Qяд=np,
де p - енергетика 1 акту взаємодії.
Враховуючи, що в кожному акті беруть участь 2 частинки:
Qяд=np=n1n2v12s12p.
Усереднюючи по спектру максвелловскую розподілу V12s12 » lt; Vs gt; та враховуючи n1 »n2» n, отримуємо Qяд=n2 lt; vs gt; p
Енергія, яку можна отримати з 1 м3 дейтерієвої плазми при p ~ 0,01тор (~ 1000Па), n ~ 1 014 cм - 3=1 020 м - 3, T ~ 109
Qяд »1013 дж
Плазма в такому стані інтенсивно випромінює Основні види випромінювання: гальмівне (е - в полі ядер), випромінювання збуджених атомів, рекомбінаційних випромінювання. Крім цього частинки плазми розлітаються на стінки? необхідна термоізоляція. В якості утримує сили використовують магнітне поле. Згідно термодинамічної моделі плазму можна представити у вигляді газу, тиск якого пов'язане з його Т:
Р=nkT.
Магнітне поле створює протидію цьому тиску:
Р =,
де H?- Напруженість поля всередині плазми;
H0 - напруженість поля поза плазми.
У граничному випадку H? =0, тоді можемо визначити максимальну концентрацію плазми, яку можна утримати за допомогою існуючих магнітних полів.
H0 »5? 104 Гс, n=~ 10...
