Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Category:

Начала физики. 31. Почему до сих пор нет термояда?

      По нескольку раз в год появляются сообщения об очередных достижениях в длительном удержании высокотемпературной плазмы в токамаках. С температурой, достигающей 100 млн.°К и временем удержания вплоть до минуты и более. Но термоядерная реакция почему-то не зажигается.
      В то же время в недрах Солнца термоядерная реакция идет непрерывно при температуре всего в 15 млн.°К. Почему же  физики до сих пор не могут зажечь термояд?


      Актом термоядерной реакции является слияние двух тяжелых ядер водорода (дейтерия с дейтерием или дейтерия с тритием) в ядро гелия. Это происходит при практически лобовом столкновении ядер. Но для такого столкновения нужны высокие скорости ядер с тем, чтобы продолеть силы их кулонового отталкивания. Высокие скорости обеспечиваются высокой температурой (скорость частиц, как мы знаем, пропорциональна квадратному корню из температуры). Но сами столкновения происходят только в том случае, если длина свободного пробега ядер будет многократно меньше размера установки, в которой удерживается плазма. То есть, плазма должна быть достаточно плотной (столкновительной). А вот этого физикам до сих пор сделать в должной мере не удается.
      Насколько плотной должна быть плазма? На этот вопрос отвечает критерий Лоусона (1955). Ответ дается графиком в координатах  nτ <==> T°К, где n - плотность плазмы (число ядер в кубическом сантиметре) и τ - время удержания плазмы в секундах. А зона параметров, в которой может идти стационарная термоядерная реакция, лежит выше кривых на графике:

      Из этого графика видно, что зажечь термояд в плазме из смеси ядер дейтерия и трития будет гораздо легче, чем в чисто дейтериевой плазме. Кривые с разными параметрами η показывают, какая часть вырабатываемой реактором энергии должна быть возвращена в реактор для поддержания стационарной термоядерной реакции.
      Как видно из второго графика (он сделан по состоянию на конец 1970-х), температуры ~ 100 млн.°К достичь несложно. Но создать достаточно плотную плазму и достаточно долго ее удерживать до сих пор не удается.

      Почему же не удается создать достаточно плотную плазму? Плазму нужно удержать в ограниченном объеме. В недрах Солнца ее удерживают гравитация Солнца и давление внешних его слоев. На Земле же этих факторов нет. Но никакие стенки земных устройств не устоят перед температурой в миллионы градусов. Поэтому ее удерживают магнитным полем. Ибо заряженные частицы (ядра и электроны) могут двигаться поперек магнитного поля только крутясь вокруг его силовых линий. Оптимальной для удержания плазмы является конфигурация магнитного поля, создаваемая в токамаках. В них силовые линии магнитного поля похожи на нитки, намотанные на баранку (или на проволоку, намотанную на тороидальный сердечник).
      Одиночным заряженным частицам с таких силовых линий соскочить практически не удается. Но в больших коллективах частиц развиваются довольно сильные неустойчивости, выбрасывающие в конечном счете сгустки плазмы за пределы магнитной системы ее удержания. То есть, на стенки экспериментальной установки (токамака). Этот фактор и препятствует усилиям создать установки, в которых может идти стационарная термоядерная реакция. С ним борются...

      Остается надеяться, что в уже давно строящемся на юге Франции реакторе ITER термояд будет получен.

P.S. Автор этого поста в середине 1970-х в рамках проекта "демонстрационного" токамака Т-20 в течение двух лет был прикомандирован к институту им. Курчатова и обсчитывал неустойчивости термоядерной плазмы. Осенью 1976-го этот проект был  закрыт. Руководитель нашей группы объяснил это так: "В институт приехал глава министерства среднего машиностроения (атомной промышленности) и сообщил, что Политбюро ЦК КПСС сочло, что разведанные в Западной Сибири гигантские запасы нефти и газа обеспечат СССР энергетикой на столетия вперед. И потому необходимость в термоядерной энергетике отпадает."


Tags: Начала физики
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Конец МКС?

    Объявлено о прекращении участия России в МКС. Аккуратно объявлено - после 2024 года. Как раз тогда, когда истечет второе продление ее эксплутации…

  • Птичка поет кольцами...

    Не только лишь особо тренированные курильшики способны выпускать дым кольцами. Делают это и птички. Разумеется, выпуская из клюва не дым, а…

  • Путин, скорее всего, согласится. И потому окончательно проиграет.

    Политика - это игра в мяч. И тот, кто отдает мяч-инициативу в руки противника, тот, как правило, проигрывает. Менее суток в руках Путина был…

promo moralg март 5, 2018 03:01 44
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 94 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

Recent Posts from This Journal

  • Конец МКС?

    Объявлено о прекращении участия России в МКС. Аккуратно объявлено - после 2024 года. Как раз тогда, когда истечет второе продление ее эксплутации…

  • Птичка поет кольцами...

    Не только лишь особо тренированные курильшики способны выпускать дым кольцами. Делают это и птички. Разумеется, выпуская из клюва не дым, а…

  • Путин, скорее всего, согласится. И потому окончательно проиграет.

    Политика - это игра в мяч. И тот, кто отдает мяч-инициативу в руки противника, тот, как правило, проигрывает. Менее суток в руках Путина был…