му великій концентрації частинок. Однак якщо концентрація частинок буде такою, як концентрація молекул в газах при нормальних умовах (10 25 м -3 ), то при термоядерних температурах тиск у плазмі було б колосальним - порядку 10 12 Па. Такий тиск не зможе витримати жодне технічний пристрій! Щоб тиск становило величину порядку 10 6 Па і відповідало міцності матеріалу, термоядерна плазма має бути сильно розрідженій (концентрація часток повинна бути порядку 10 21 м -3 ). Однак в розрідженій плазмі співудар часток один з одним відбуваються рідше. Щоб у цих умовах могла підтримуватися термоядерна реакція, треба збільшити час перебування частинок в реакторі. У зв'язку з цим удержательная здатність пастки характеризується твором концентрації n частинок на час t їх утримання в пастці.
Виявляється, що для реакції DD
nt> 10 22 м -3. з,
а для реакції DT
nt> 10 20 м -3. с.
Звідси видно, що для реакції DD при n = 10 21 м -3 час утримання має бути більше 10 с; якщо ж n = 10 24 м -3 , то досить, щоб час утримання перевищувало 0,1 с.
Для суміші дейтерію з тритієм при n = 10 21 м -3 термоядерна реакція синтезу може початися, якщо час утримання плазми більше 0,1 с, а при n = 10 24 м -3 достатньо, щоб цей час було більше 10 -4 с. Таким чином, при однакових умовах необхідний час утримання реакції DT може бути значно менше, ніж у реакціях DD. У цьому сенсі реакцію DT легше здійснити, ніж реакцію DD. br/>
Здійснення керованих термоядерних реакцій в установках типу В«ТОКАМАКВ»
Фізики наполегливо шукають шляхів оволодіння енергією термоядерних реакцій синтезу. Вже зараз такі реакції реалізуються в різних термоядерних установках, але виділяється в них енергія ще не виправдовує витрати коштів і праці. Іншими словами, існуючі термоядерні реактори поки економічно не вигідні. Серед різних програм термоядерних досліджень в даний час найбільш перспективною вважається програма, заснована на реакторах типу токамак. Перші дослідження кільцевих електричних розрядів в сильному подовжньому магнітному полі були розпочаті в 1955 р. під керівництвом радянських фізиків І.Н.Головіна і Н.А.Явлінского. Побудована ними тороїдальна установка була досить великою навіть за сучасними масштабами: вона була розрахована на розряди з силою струму до 250 кА. І.Н.Головін запропонував для таких установок назву В«токамакВ» (струмовий камера, магнітна котушка). Це назва використовується фізиками всього світу.
до 1968 р. дослідження на токамаках розвивалися головним чином у Радянському Союзі. Зараз у світі більше 50 установок типу токамак. p> На малюнку 1 зображена типова конструкція токамака. Поздовжнє магнітне поле в ньому створюється котушками зі струмом, що охоплюють тороидальную камеру. Кільцевій струм в плазмі збуджується в камері як у вторинній обмотці трансформатора при розрядці батареї конденсаторів через первинну обмотку 2. Плазмовий шнур укладений у тороидальную камеру - лайнер 4, виготовлений з тонкої нержавіючої сталі товщиною в кілька міліметрів. Лайнер оточений мідним кожухом 5 товщиною в кілька сантиметрів. Призначення кожуха - стабілізувати повільні довгохвильові вигини плазмового шнура.
В
Експерименти на токамаках дозволили встановити, що час утримання плазми (величина, що характеризує тривалість збереження плазмою необхідної високої температури) пропорційна площі перерізу плазмового шнура і індукції поздовжнього магнітного поля. Магнітна індукція може бути вельми великий при використанні надпровідних матеріалів. Інша можливість підвищення часу утримання плазми полягає в збільшенні поперечного перерізу плазмового шнура. Це означає, що необхідно збільшити розміри токамаків. Влітку в 1975 році в Інституті атомної енергії імені І.В. Курчатова вступив до ладу найбільший токамак - Т-10. У ньому отримані наступні результати: температура іонів в центрі шнура 0,6 - 0,8 кеВ, середня концентрація часток 8 . 10 19 м -3 , енергетичне час утримання плазми 40 - 60 мс, основний параметр утримання nt ~ (2,4-7,2) . 10 18 м -3. с.
Більше великими установками є так звані демонстраційні токамаки, які вступили до ладу до 1985 року. Токамака такого типу є Т-20. Він має вельми значні розміри: великий радіус тора дорівнює 5 метрам, радіус тороїдальної камери - 2 метри, обсяг плазми - близько 400 кубічних метрів. Метою споруди таких установок є не лише проведення фізичних експериментів і досліджень. Але і розробка різних технологічних аспектів проблеми - вибір матеріалів, вивчення зміни їх властивостей при підвищених теплових і радіаційних впливах і т.д. Установка Т-20 призначена для отримання реакції суміші...
