Презентация на тему: Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика

Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Реакции термоядерного синтеза
Кулоновский барьер
Схема конструкции водородной бомбы
Водородный цикл Солнца
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Проблема управляемого термоядерного синтеза (УТС)
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Основные направления работ по УТС
Движение заряженной частицы в постоянном однородном магнитном поле.
Движение заряженной частицы в постоянном однородном магнитном поле.
Ларморовская окружность. Циклотронная частота.
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Замагниченность плазмы
Магнитное удержание плазмы
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Фотография установки "Токамак-7" (ИАЭ им. И.В.Курчатова)
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Стеллараторы
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Синим цветом выделены страны-участницы проекта ITER. Красная точка: место строительства (юг Франции)
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Инерционное удержание плазмы
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Мюонный катализ
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика
1/51
Средняя оценка: 4.9/5 (всего оценок: 26)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (13384 Кб)
1

Первый слайд презентации: Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика

Изображение слайда
1/1
2

Слайд 2

Термоядерная энергетика Водород имеет стабильный изотоп: тяжелый водо-род (дейтерий) и радиоактивный изотоп : сверхтя-желый водород (тритий). В природной воде в сред-нем содержится ок. 99.985% обычной ("легкой") воды, и ок. 0.015% тяжелой воды. При использовании дейтерия, содержащегося в бу-тылке воды, выделится столько же энергии, сколь-ко при сжигании бочки бензина: калорийность тер-моядерного топлива в миллион раз выше любого из современных неядерных источников энергии. При этом окружающей среде будет нанесен мини-мальный вред, а топливо для термоядерной элек-тростанции доступно всем без исключения стра-нам.

Изображение слайда
1/1
3

Слайд 3: Реакции термоядерного синтеза

Изображение слайда
1/1
4

Слайд 4: Кулоновский барьер

Чтобы осуществить реакцию синтеза, необходимо сблизить ядра до расстояния R  10 -1 4 м. Но ядра имеют положительный электрический заряд, а од-ноименные заряды отталкиваются по закону Куло-на. Для преодоления кулоновского барьера оттал-кивания необходима температура Т порядка kT  e 2 /4 0 R, откуда Т  10 9 К. Более точный расчет дает температуру на порядок меньшую: Т  10 8 К, но все равно это очень много. Любое вещество при такой температуре находит-ся в состоянии высокотемпературной плазмы.

Изображение слайда
1/1
5

Слайд 5: Схема конструкции водородной бомбы

А - атомная бомба, в резуль-тате взрыва которой соз-дается температура при-мерно 10 9 К Т - термоядерное горючее (смесь дейтерия и трития) В - взрывчатое вещество (обычное) для приведения в действие атомной бомбы О - оболочка для предотвра-щения преждевременного разбрасывания ядерного горючего

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
6

Слайд 6: Водородный цикл Солнца

1 H 1 + 1 H 1  2 H 1 + e + +  e, 1 H 1 + 2 H 1  3 He 2 + , 3 He 2 + 3 He 2  4 He 2 + 2p, 3 He 2 + 4 He 2  7 Be 4 + , 7 Be 4 + e –  7 Li 3 +  e, 7 Li 3 + p  8 Be 4  4 He 2 + 4 He 2, 7 Be 4 + p  8 B 5 + , 8 B 5  8 Be 4 + e + +  e, 8 Be 4  4 He 2 + 4 He 2. Плазма Солнца, как и других звезд, удерживается гравитационными силами. Водородный цикл Солнца

Изображение слайда
1/1
7

Слайд 7

По мере истощения запасов водорода происходит накопление гелия и формируется гелиевое ядро. Следующий этап в жизни звезды - горение гелия в реакции: 4 He 2 + 4 He 2 + 4 He 2  12 C 6 + . Продолжительность этого этапа примерно в 10 раз меньше, чем горения водорода. Еще более быс-тро протекают следующие этапы: горение угле-рода, неона, кислорода, кремния. Конечным этапом звездного термоядерного синтеза явля-ется образование ядер железа, т.к. именно эти ядра имеют наибольшую удельную энергию связи.

Изображение слайда
1/1
8

Слайд 8

Дальнейшая судьба звезды зависит от ее массы. Если начальная масса звезды меньше некоторого критического значения, равного примерно 8 солнеч-ным массам, то за счет сил гравитационного сжатия звезда уменьшится в размерах и станет " белым карликом ", который, постепенно остывая, превра-тится в " черного карлика ". Если же начальная мас-са звезды превышает это критическое значение, то давление вырожденного электронного газа не смо-жет противодействовать силам гравитационного сжатия, электроны будут "вдавлены" в протоны, произойдет превращение пары протон-электрон в пару нейтрон-нейтрино, звезда коллапсирует в сильно сжатое состояние с выделением огромной энергии: произойдет то, что в астрономии называ-ется взрывом сверхновой звезды.

Изображение слайда
1/1
9

Слайд 9: Проблема управляемого термоядерного синтеза (УТС)

В лабораторных условиях реакции, записанные на предыдущих слайдах, давно осуществлены и хорошо изучены. Проблема состоит в том, чтобы сделать эти реакции самоподдерживающимися и (для начала) энергетически выгодными, а в пер-спективе и экономически выгодными. Для этого надо решить технологическую проблему создания долгоживущей высокотемпературной плазмы и удержания ее в вакууме таким образом, чтобы она не соприкасалась со стенками вакуум-ной камеры.

Изображение слайда
1/1
10

Слайд 10

В 1957 г английский физик Д.Лоусон определил необ-ходимый критерий ("крите-рий Лоусона") для получе-ния энергетически выгод-ных реакций УТС. По гори-зонтальной оси в отложена температура плазмы (в Кельвинах), а по верти-кальной - параметр удер-жания, равный произведе-нию плотности плазмы n (число ядер в 1 см 3 ) на время удержания плазмы τ (в секундах).

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
11

Слайд 11

Кривые линии соответствуют равенству энергии, выде-ленной в результате реак-ции, и энергии, затрачен-ной на создание и удержа-ние плазмы (нулевой КПД). Нижняя кривая на графике рассчитана для реакции дейтерий + тритий (обозна-чена d + t ), а верхняя - для реакций дейтерий + дейте-рий ( d + d ). Чтобы получить энергетический выигрыш, надо попасть в какую-либо точку выше соответствую-щей линии.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
12

Слайд 12: Основные направления работ по УТС

В настоящее время считаются воз-можными 3 пути решения пробле-мы УТС: Магнитное удержание плазмы Инерционное удержание плазмы Мюонный катализ

Изображение слайда
1/1
13

Слайд 13: Движение заряженной частицы в постоянном однородном магнитном поле

Пусть начальная скорость частицы v 0 произвольным образом ориентирова- на относительно вектора магнитной индукции B. Разложим вектор v 0 на компоненты v  (параллельный магнит- ному полю) и v  перпендикулярный к нему. Компонент v  = v 0 cos  в процессе движения ос-тается неизменным, т.к. сила Лоренца, действующая на частицу в магнитном поле, лежит в плоскости, перпендикулярной к магнитному полю. Эта сила рав-на по модулю F = q v  B, и в каждый момент времени перпендикулярна к v , т.е. непрерывно поворачивает компонент v , не меняя его величины.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
14

Слайд 14: Движение заряженной частицы в постоянном однородном магнитном поле

Таким образом, сила Лоренца является центро-стремительной силой, и происходящее под ее дей-ствием движение в плоскости, перпендикулярной к вектору B, представляет собой равномерное дви-жение по окружности со скоростью v  = v 0 sin , и с радиусом R, определяемым из уравнения: откуда

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
15

Слайд 15: Ларморовская окружность. Циклотронная частота

Из предыдущих формул можно найти период движе-ния частицы по окружности: и угловую частоту Окружность, по которой частица движется под дей-ствием магнитного поля, принято называть лармо-ровской окружностью в честь английского физика Дж.Лармора ( J. Larmor ), а частоту  C - циклотронной частотой. Иногда частоту  C - называют ларморов-ской частотой, но это не совсем правильно. Лармо-ровская частота - частота прецессии орбиты элек-трона в атоме - вдвое меньше.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
16

Слайд 16

Таким образом, движение заряженной частицы в одно-родном магнитном поле мож-но представить как сумму двух движений: равномерно-го перемещения вдоль маг-нитного поля со скоростью v  и движения по окружности в перпендикулярной плоскос-ти. Результатом такого сло-жения является движение по винтовой линии, изображен-ное на рисунке.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
17

Слайд 17: Замагниченность плазмы

Рассмотрим плазменный столб, по-мещенный в постоянное магнит-ное поле (см. рисунок). Каждая частица в этом плазменном стол-бе движется по винтовой траекто-рии, ось которой совпадает с сило-вой линией. Таким образом, в ра-диальном направлении плазма изолирована от стенок сосуда. Пе-ремещение поперек силовых ли-ний возможно только благодаря столкновениям частиц друг с дру-гом, а также дрейфу.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
18

Слайд 18: Магнитное удержание плазмы

Наибольшие успехи данного направления свя-заны с установками типа "Токамак". Первая установка с замкнутой тороидальной камерой для разогрева и магнитного удержа-ния плазмы была построена в 1955 году в ИАЭ им. И.В.Курчатова в отделе, которым руководил Л.А.Арцимович. Такие установки получили название "Токамак" (по первым слогам названий основных элементов конст-рукции установки: то роидальная ка мера, ма гнитные к атушки).

Изображение слайда
1/1
19

Слайд 19

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
20

Слайд 20

Создание и нагрев плазмы в токамаке происходит за счет джоулева тепла при протекании через нее ин- дукционного тока, который возбуждается при разря- де батареи конденсаторов через первичную обмот- ку 4, при этом плазменный виток 6 представляет со- бой короткозамкнутую вторичную обмотку. Внутрен- няя камера 1 тороидальной формы изготовлена из нержавеющей стали толщиной несколько мм.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
21

Слайд 21

Внутренняя камера окружена внешней камерой 2 из толстой меди, которая демпфирует возмущения пла- зменного шнура: если на каком-то участке шнур из- гибается и приближается к стенке камеры, в меди возникают вихревые токи (токи Фуко), которые ста- билизируют шнур. С помощью обмотки 3, по которой течет ток в несколько сотен килоампер, создается сильное продольное (тороидальное) магнитное поле с индукцией  5 тесла, а применение сверхпроводни- ков позволяет довести индукцию до  10 Тесла.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
22

Слайд 22: Фотография установки "Токамак-7" (ИАЭ им. И.В.Курчатова)

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
23

Слайд 23

Установки типа токамак были впервые созданы в России (тогда это был СССР). В 1958 году по проблеме УТС был нала-жен обмен научной информацией между СССР и США. После 1970 года, когда ус-пех токамаков стал очевиден, к програм-ме их исследований подключились США, страны Западной Европы и Япония. Ана-логичные установки, построенные в США, имеют некоторые конструкцион-ные отличия и называются "стелларато-рами".

Изображение слайда
1/1
24

Слайд 24: Стеллараторы

В 1958 году по проблеме УТС был налажен обмен научной информацией между СССР и США. После 1970 года, когда успех тока-маков стал очевиден, к программе их исс-ледований подключились США, страны За-падной Европы и Япония. Некоторые уста-новки, построенные в этих странах, имеют конструкционные отличия и называются "стеллараторами". И стелларатор, и тока-мак, имеют свои достоинства и недостатки. Стеллараторы

Изображение слайда
1/1
25

Слайд 25

И в токамаках, и в стеллараторах плазма удержива- ется магнитным полем. Главное отличие стеллара- тора от токамака заключается в том, что в стеллара- торе полоидальное магнитное поле наводится внеш- ними катушками, а разогрев плазмы осуществляется не разрядом конденсаторов, а высокочастотным электромагнитным полем. Поэтому стелларатор сложнее и дороже, а, главное, форма плазменного шнура далека от идеальной тороидальной формы, что затрудняет борьбу с дрейфом и с неустойчивос- тями. С другой стороны, токамак может работать то- лько в импульсном режиме, тогда как стелларатор способен в течение длительного времени работать в непрерывном (стационарном) режиме.

Изображение слайда
1/1
26

Слайд 26

В процессе исследований как в России, так и в США некоторые токамаки перестраивались в стеллара-торы, и наоборот. Некоторые установки сразу про-ектировались таким образом, чтобы их можно бы-ло исследовать как в режиме токамака, так и в ре-жиме стелларатора. За 65 лет после запуска первого токамака, во всем мире было построено более 300 токамаков и стел-лараторов. Каждая новая установка приводила к улучшению параметров плазмы, но все более до-рогой ценой. Если в начале исследований соору-жение одного токамака в год было по силам не-большой лаборатории, то стоимость современных токамаков составляет миллиарды долларов, отку-да следует необходимость объединения усилий разных стран.

Изображение слайда
1/1
27

Слайд 27

Дело в том, что достичь критерия Лоусона на ма-леньком ("настольном") токамаке невозможно при тех значениях индукции магнитного поля, которые в настоящее время доступ­ны даже для сверхпро-водящих электромагнитов. Время удержания плаз-мы приблизительно пропорционально квадрату радиуса вакуумной камеры R, и обратно пропорци-онально эффективному коэффициенту диффузии D, который, в свою очередь, обратно пропорцио-нален индукции магнитного поля B, удерживающе-го плазму: τ ~ R 2 / D ~ R 2 B.

Изображение слайда
1/1
28

Слайд 28

Ресурс увеличения индукции B на сегодняшний день исчерпан (не исключено, что в будущем такая воз-можность появится, но сейчас ее нет), поэтому приходится увеличивать размеры установки. Уве-личивая размер установки, например, вдвое, мы (при прочих равных условиях) увеличиваем время удержания примерно в 4 раза. Конечно, стоимость реактора при этом растет, но с точки зрения физи-ки нет никаких сомнений, что критерий Лоусона на этом пути будет достигнут. Когда - это вопрос не к физике и не к физикам, это вопрос финансирова-ния и организации работ.

Изображение слайда
1/1
29

Слайд 29

Благодаря возможности компенсировать дрейф, удалось довести время удержания до значений, позволяющих приблизиться к критерию Лоусона. Главным препятствием на пути к УТС в настоящее время являются различного вида неустойчивос-ти в плазме: возникшее по каким-либо причинам небольшое искажение плазменного шнура под действием внутренних сил начинает расти, шнур деформируется и разбрасывается на стенки ре-актора. Такие неустойчивости называются ма-кроскопическими или гидромагнитными (для их описания используются уравнения магнитной гидродинамики).

Изображение слайда
1/1
30

Слайд 30

х – ОГРА- III (Россия)  - Сцилла- IV (США)  - TFR (Евроатом) + - Т-7, Т-10 (Россия) о – PLT ( США ),  - ИНТОР (ITER - International Termonuclear Experimental Reactor: строящийся реактор)

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
31

Слайд 31

Первый проект ИНТОРа (в английской аббревиату-ре " ITER " - International Termonuclear Experimental Reactor ) был создан еще в 1980 г, в него вошли СССР, США, страны Европейского союза и Япо-ния. По первоначальным планам реактор должен был быть построен в 1985 году. Однако по ряду финансовых и политических причин строительст-во даже не было начато. В 1992 году было подписано новое соглашение ме-жду Россией, США, Канадой, Европейским союзом и Японией, срок запуска был назначен на 2005 год. Проект был переработан, созданы и прошли успе-шное испытание отдельные узлы, но строительст-во так и не было начато. Не удалось даже опреде-лить место строительства (претендовали Канада, Франция, Япония, но к соглашению не пришли).

Изображение слайда
1/1
32

Слайд 32

В 2005 году к проекту подключились Китай, Южная Корея, Индия, но вышла Канада. Таким образом, окончательно определились семь участников про-екта: Европейский союз, Индия, Китай, Корея, Рос-сия, США и Япония, а также определено место строительства реактора на юге Франции, в 60 ки-лометрах от Марселя в исследовательском центре Карадаш. Первый этап строительства должен был завершиться к 2018 г, первую плазму планирова-лось получить к концу 2019 г, а в 2027 году начать полномасштабные эксперименты. В 2007 году (че-рез 27 лет после создания первого проекта!) стро-ительство, наконец, началось, но из-за хроничес-кого недофинансирования сроки постоянно корре-ктируются; опоздание к настоящему времени оце-нивается в два-три года.

Изображение слайда
1/1
33

Слайд 33: Синим цветом выделены страны-участницы проекта ITER. Красная точка: место строительства (юг Франции)

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
34

Слайд 34

В начале проекта между Японией и Францией шла борьба за разме- щение ИТЭР на своих территори- ях. Победила Франция: в 2005 году было приня- то решение о строительстве реактора на юге страны, в 60 километрах от Марселя в исследовательском центре Карадаш (отмечен красной точкой).

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
35

Слайд 35

ИНТОР: Большой радиус тора 5.2м, малый 1.2м, тепловая мощность 620 МВт. Реактор будет ра-ботать в цикли-ческом режиме: время горения термоядерной реакции ок.200с, очистка камеры ок.30с.

Изображение слайда
1/1
36

Слайд 36

О масштабах проекта можно судить по следующим параметрам. Высота токамака составит 73 метра, из которых 60 метров будут находиться над землей и 13 метров — под ней. Для сравнения, высота Спас- ской башни Московского Кремля равна 71 метру. Ос- новная платформа реактора будет занимать пло- щадь, равную 42 гектарам (60 футбольных полей). Для тороидальных магнитов токамака необходимо 80 тысяч километров сверхпроводящих нитей; их об- щий вес составит 400 тонн. Сам реактор будет ве- сить около 23 тысяч тонн. Для сравнения: вес Эйфе- левой башни в Париже равен всего 7,3 тысячи тонн. Объем плазмы в токамаке будет достигать 840 куби- ческих метров, тогда как в крупнейшем действую- щем в Великобритании реакторе такого типа - JET - объем равен ста кубическим метрам.

Изображение слайда
1/1
37

Слайд 37

После того, как термоядерный реактор ITER проде-монстрирует свою работоспособность и подтвер-дит стабильное удержание плазмы в магнитном поле, следующим шагом станет создание еще бо-лее крупной термоядерной установки DEMO. В результате выполнения этого проекта во второй половине XXI века должно начаться промышлен-ное энергетически выгодное производство элект-роэнергии путем УТС. Подчеркнем еще раз: речь идет об энергетически выгодном производстве электроэнергии. Об экономически выгодном про-изводстве вопрос пока даже не стоит; скорее все-го, это будет задачей на XXII век.

Изображение слайда
1/1
38

Слайд 38

Параллельные проекты Из-за слишком медленного строительства ИНТОРа страны-участницы решили, что для оптимального продвижения к промыш-ленному термоядерному реактору целесо-образно в каждой из стран-участниц проек-та иметь собственный современный тока-мак как для проведения работ в поддержку программы ИТЭР, так и для самостоятель-ных исследований в области УТС.

Изображение слайда
1/1
39

Слайд 39

В Германии 10 декабря 2015 года был успешно запу-щен стелларатор Wendelstein 7-X. Строительство установки началось в 2005 году и завершилось в 2014-м. При помощи микроволнового нагрева мощностью два мегаватта достигнута температура плазмы в 80 миллионов градусов Цельсия. Удер-живать образовавшуюся плазму с плотностью 3  10 14 1/см 3 в равновесном состоянии удалось в течение четверти секунды. Результаты опытов признаны успешными. С нынешней мощностью планируется довести время удержания плазмы до десяти секунд, что будет означать достижение критерия Лоусона. Однако немецкие физики не считают Wendelstein 7-X конкурентом ITER ; его роль заключается лишь в отработке перспектив-ных технологий в физике плазмы.

Изображение слайда
1/1
40

Слайд 40

Wendelstein 7-X

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
41

Слайд 41

Конкурентами могут оказаться корейский и китайс- кий проекты. На термоядерном реакторе KSTAR (Ko- rean Superconducting Tokamak Advanced Researc h) достигнут один из рекордов удержания плазмы. Ра - зогретую до 50 000 000 о С плазму в этом реакторе удалось удерживать в течение 70 секунд.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
42

Слайд 42

Этот рекорд побит на китайской сверхпроводящей установке EAST (Experimental Advanced Supercon- ducting Tokamak) Института физики плазмы Акаде- мии наук КНР: разогретую до 50 миллионов граду- сов Цельсия плазму удалось удержать в равновес- ном состоянии в течение 102 секунд.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
43

Слайд 43

Недавно Великобритания также объявила, что планирует в течение 20 лет создать свой термоядерный реактор. Проект вполне ре-альный, учитывая, что в этой стране созда-на, и успешно работает одна из самых совершенных установок - токамак JET. Удивляет, правда, малый объем финанси-рования - всего 220 млн фунтов стерлингов (для сравнения: стоимость Wendelstein 7-X превысила миллиард евро), но, вероятно, это только транш на первый год.

Изображение слайда
1/1
44

Слайд 44

Участие России в финансировании ITER в настоя-щее время составляет около десяти процентов. Это позволяет стране получать доступ ко всем технологиям проекта. Основной задачей, которая стоит перед Россией в рамках проекта, является производство сверхпроводящих магнитов, а также разнообразных диагностических датчиков и анали-заторов структуры плазмы. Но, к сожалению, про-водимые в России в настоящее время термоядер-ные исследования на токамаках охватывают толь-ко узкую часть спектра ключевых задач ITER. Это связано с отсутствием в России крупной установки с подобной ITER конфигурацией. Для того, чтобы быть на уровне мировых исследований, нам край-не необходима установка с возможностями дости-жения стационарного горения плазмы.

Изображение слайда
1/1
45

Слайд 45

Проект такой установки - Токамак Т-15 - был разра-ботан еще в 2002 году, но по экономическим при-чинам не был реализован. В 2010 проект был об-новлен, и под названием "Т-15МД" включён в Фе-деральную целевую программу «Ядерные энерго-технологии нового поколения на период 2010—2015 годов и на перспективу до 2020 года» (ФЦП «ЯЭТНП»). Реализация проекта началась в 2011 г в РНЦ "Курчатовский институт", физический пуск токамака Т-15МД должен быть осуществлён в 2020 году. Т-15МД представляет собой инноваци-онную установку, не имеющую по некоторым пара-метрам аналогов в мире.

Изображение слайда
1/1
46

Слайд 46

Программа исследований на Т-15МД будет нацелена на решение наиболее актуальных про­блем ИТЭР, таких как стационарная генерация неиндукционно-го тока, нагрев и удержание горячей плазмы, упра-вление процессами на первой стенке, подавление глобальных неустойчивостей и периодических выбросов энергии на стенку и др. Можно ожидать, что благодаря реализации этого проекта Россия в те­че­ние ближайших 10-15 лет в значительной степени ликвидирует отставание, и снова выйдет на уровень мировых исследований в области УТС.

Изображение слайда
1/1
47

Слайд 47: Инерционное удержание плазмы

Схема лазерного УТС: одновременное облучение со всех сторон мишени из замороженной d-t смеси мощными лазерными импульсами. Второй возможный путь достижения УТС заключа- ется в быстром нагревании малых объемов кон- денсированного вещества. Согласно критерию Ло- усона, при плотности 5 · 10 22 см -3 (плотность заморо- женной d-t смеси) достаточно удерживать плазму в течение времени 2 · 10 -9 сек, что сравнимо с дли- тельностью импульсов современных лазеров.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
48

Слайд 48

Установка «Искра-5» (Россия, ВНИИЭФ) имеет 12 лазерных каналов с общей энергией излучения 30 кДж. Мишень: d-t смесь в виде льда при температуре 14К в многослойной обо- лочке: внутренние слои предохраняют от перегрева, внеш- ние при испарении создают реактивный импульс, сжимающий мишень.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
49

Слайд 49: Мюонный катализ

Мюон (мю-мезон) имеет массу покоя, примерно в 200 раз больше, чем масса электрона, и время жизни 2.2 миллисекунды. По остальным свойст- вам он аналогичен электрону и может заменить его в атомной оболочке, образовав мезоатом. Ра- диус орбиты мюона примерно в 200 раз меньше радиуса орбиты электрона, т.е. мезоатом пример- но в 200 раз меньше, чем обычный атом. Т.к. ме- зоатом электрически нейтрален, он может при- близиться к ядру обычного атома на расстояние, при котором произойдет реакция синтеза, и для этого нет необходимости нагревать газ до высо- ких температур.

Изображение слайда
1/1
50

Слайд 50

Если реакция синтеза произойдет до распада мю-она, то этот мюон может успеть инициировать 2-ю, 3-ю и т.д. реакции, играя роль катализатора. Проблема в короткой жизни мюона. Т.к. масса мюона примерно 106 Мэв, а в каждой реакции синтеза выделяется примерно 17 Мэв энергии, то для компенсации энергетических затрат на образование мюона за время своей жизни 2.2мс мюон должен инициировать в среднем не менее 7 таких реакций (а с учетом неизбежных потерь энергии - более 10). Теоретически это возможно, и предварительные эксперименты это подтверждают. Проблема мю-онного катализа находится на стадии научного обсуждения.

Изображение слайда
1/1
51

Последний слайд презентации: Кислицын А.А. Ядерная и термоядерная энергетика Часть 2. Термоядерная энергетика

Конец 2-й части Спасибо за внимание!

Изображение слайда
1/1