Для получении термоядерного синтеза

Впервые идея о магнитной термоизоляции высокотемпературной плазмы была предложена А.Д. Сахаровым и И.Е. Таммам начале 50-х годов ХХ века. Только с помощью электромагнитных полей можно удержать вещество при температуре около К (и выше) градусов на удалении от ограничивающих его стенок, так как температура всех известных конструкционных материалов существенно ниже.

В те же годы были проведены оценки первого реактора с магнитным удержанием плазмы - МТФ (магнитный - термоядерный реактор) тороидального типа. Так как наиболее подходящим способом удержания горячей плазмы (при Т - К) является магнитное поле, ограничивающее движение заряженных частиц плазмы.

Первая установка с названием токамак появилась в 1954 году (сначала было предложено наименование «токамаг», позже оно превратилось токамак, а сейчас этот термин приобрел уже международное значение).

Идея токамака разработана советскими физиками в Курчатовском институте. Название этого класса установок с магнитным удержанием было предложено И.Н. Головиным. Оно отражает конфигурацию установки (тор) и необходимость использования сильного магнитного поля, направленного вдоль тора и служащего для уменьшения потерь плазмы на стенку. Установка получила общее название «Токамак» (тороидальная камера с магнитной катушкой).

Принцип, на основе которого он работает, виден на схеме его конструкции, изображенной на рисунке 1.

Основные элементы конструкции токамака:

1-ярко трансформатора: обмотка; 1-первичная трансформатора; 3-ток создающий продольное магнитное поле; 4-магнитное поле плазменного витка; 5-катушка продольного магнитного поля; 6-металлическая проводящая стенка; 7-результирующее поле; 8- ток в плазме; 9 - продольное поле.

Рис. 1.

Из схемы видно, что плазму удерживает магнитное поле, которое создает тороидальным соленоидом. Плазма имеет форму тора с радиусом R и сечением радиуса a и заключена внутри соленоида, в котором создается магнитное поле. Плазма находится под давлением в несколько атмосфер. При расширении в магнитном поле в ней возникают токи, которые задерживают это расширение. В итоге получается, что плазма окружена вакуумной изоляцией. Это необходимо для поддержания ее при высоких температурах, при которых происходит термоядерная реакция. Очевидно, что такой способ удержания плазмы будет ограничен временем.

Это и есть в общих чертах принцип работы токамака, обеспечивающий удержание плазмы. К сожалению, длительность разряда в первых термоядерных установках составляла порядка 10 микросекунд при токе 50 килоaмпера, так что ни о какой нейтронах и термоядерных реакциях в них не могло быть и речи.

В 1958г. был создан первый токамак, получивший название Токамак-1. В экспериментах было получено первое подтверждение теорий - увеличение тороидального магнитного поля улучшает устойчивость плазменного шнура.

В дальнейшим, условия ученых – физиков, как теоретиков, так и экспериментаторов были направлены к совершенствованию различных видов токамаков, и это привело к прогрессу в исследовании плазмы. Начиная с 1968 года, токамаки стали строиться по всему миру.

В семидесятые годы были построены и введены в эксплуатацию токамаки следующего поколения: Т-7, Т-10, T-11 в СССР.

В начале 80-х годов в строй вошло следующее, третье поколение токамаков установок с радиусом тора и величиной плазменного тока порядка нескольких миллиампер. Были построены Т-15 в Советском Союзе. В то же время следует отметить, что токамак (Т-15) был крупнейшим токамаком с сверхпроводящей магнитной системой, с круглым сечением камеры и мощность системы составляла 19 МВт.

Процесс ядерного синтеза теоретически хорошо изучен, и расчеты надежны: они хорошо согласуются с экспериментом. Но, несмотря на большие усилия и затраченные средства, до сих пор не удается осуществить процесс ядерного синтеза так, чтобы он мог служить полезным источником энергии.