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

  • Когда Путин назначил...

    Когда Путин назначил Медведева премьер-министром, экономика России перешла в состояние непрерывного экономического кризиса. Когда Путин назначил…

  • Неформальный приговор правительству Медведева...

    Есть у Путина такая традиция - благодарить ушедшее в отставку правительство за проделанную работу. И пристраивать его членов на другую, не менее…

  • Путин поднимается до уровня Петра I.

    Петр I перестраивал Россию на западный образец, вводил новые налоги, строил, эффектно воевал и не только. Путин тоже перестраивает Россию на…

promo moralg march 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 →
Здравствуйте!
Система категоризации Живого Журнала посчитала, что вашу запись можно отнести к категории: Наука.
Если вы считаете, что система ошиблась — напишите об этом в ответе на этот комментарий. Ваша обратная связь поможет сделать систему точнее.
Фрэнк,
команда ЖЖ.

Похоже, шаманы в Гималаях не все секреты рассказали. :)

И я не все секреты рассказал. Основная проблема создания более плотной плазмы состоит в подавлении возникающих в ней неустойчивостей. Выбрасывающих плазму на стенки реактора.

chest_i_razym

2 months ago

moralg

2 months ago

chest_i_razym

2 months ago

moralg

2 months ago

chest_i_razym

2 months ago

Чтобы попасть на Олимпийские игры, нужно уметь прыгать выше двух метров. Пётр, Ильяс и Вольдемар прыгали на метр сорок-полтора. И выше не могли. Но тренировались. Каждые десять лет они заявляли: "Уж вот-вот!" И тихонько добавляли: "Дайте денег".

Прошло шестьдесят пять лет...
Хорошая аналогия.:)
Немного дилетантский вопрос: а какова гарантия, что контролируемая термоядерная реакция не перейдёт в неконтролируемую фазу? Ну, наподобие, когда двигатель запустили, а он пошёл в разнос?
Для перехода в неконтролируемую фазу нужен чудовищный рост температуры. Но он естественным образом нейтрализуется охлаждением плазмы излучением избыточной энергии при столкновениях ядер.
Я учился в 80-х, и уже тогда говорили (нам, наши преподаватели), что проблема управляемой реакции - проблема масштаба установки (в СССР были модны Токомаки). Ну, понастроили (вроде) побольше, а результатов-то всё равно нет. Мне кажется, проблема дополнительной (на самом деле очень сильно дополнительной) энергии - это не самая главная проблема, которая стоит перед человечеством. Есть более важные. Ну, или по другому, этот взрывной рост энергетических возможностей, который даёт УТР, пока человечеству не очень и нужен. Так же, как, например, полёты к Марсу.
Вот, какого хрена там делать, на этом марсе ?
Марсианок трахать же.

moralg

2 months ago

slava2171

2 months ago

moralg

2 months ago

slava2171

2 months ago

moralg

2 months ago

jozh_orc

2 months ago

slava2171

2 months ago

jozh_orc

2 months ago

slava2171

2 months ago

aleks_visero

2 months ago

moralg

2 months ago

потому что в этой плазме возникают микроскопические сверхплотные объекты, которые моментально испаряются и раздвигают плазму, она теряет устойчивость. Это все списывают на пыль и прочую ерунду, так и будут осваивать деньги и хвастаться новыми секундами рекордов, а толку и выхлопа будет ноль.
У Вас очень интересный взгляд на проблему. К сожалению, не понятный грамотным физикам.

chest_i_razym

2 months ago

moralg

2 months ago

chest_i_razym

2 months ago

mumis34

2 months ago

fotovivo

2 months ago

chest_i_razym

2 months ago

fotovivo

2 months ago

chest_i_razym

2 months ago

fotovivo

2 months ago

chest_i_razym

2 months ago

Зачем это нужно? Для получения энергии?
Да, для этого. Для получения чистой энергии без генерации парниковых газов.

merinainen

2 months ago

moralg

2 months ago

merinainen

2 months ago

moralg

2 months ago

merinainen

2 months ago

ig_tolstova

2 months ago

moralg

2 months ago

aleks_visero

2 months ago

slava2171

2 months ago

moralg

2 months ago

slava2171

2 months ago

chest_i_razym

2 months ago

slava2171

2 months ago

moralg

2 months ago

slava2171

2 months ago

moralg

2 months ago

slava2171

2 months ago

aleks_visero

2 months ago

slava2171

2 months ago

aleks_visero

2 months ago

slava2171

2 months ago

aleks_visero

2 months ago

slava2171

2 months ago

Главная проблема - неустойчивость движения. Плазма траекторию не держит, на стенки бросается, зараза. Остывает, стенки портит. И так уже лет 60.
Правильно. Сейчас уже отредактировал пост с учетом этого фактора.
Если кто и уничтожит человечество, так это ученые одержимые страстью удовлетворения своего любопытства.
И, судя по прогрессу науки, произойдет это очень скоро и ничего не сможет этому помешать.
Единственный вопрос, кто выиграет в этой гонке — физики, генетики или микробиологи.
Хотя может быть победит кто-то из общественных наук с новой формой социальных экспериментов над человечеством.
Благодаря этим ученым Вы ходите не в лаптях, читаете не при свечах и пишете комменты в моих постах.:)

const0000

2 months ago

ig_tolstova

2 months ago

Вы попали в Т30P самых обсуждаемых тем в блогосфере.
Это Ваш 2-й ТОПовый пост в этом году.
Посмотреть статистику автора можно в карточке топблогера.
физика «для чай никофф» форэва! :))
Какова природа "коллективных" неустойчивостей?

Отдельная частица вырваться за пределы поля не может. Группа частиц может, хотя на каждую частицу индивидуально поле воздействует в достаточной степени. Остаётся предположить, что движущиеся заряженные частицы создают магнитное поле, "гасящее" поле установки — и убегают. Или нет?
В нейтральных жидкостях и газах не более десятка видов неустойчивостей. В плазме их сотни. Сам я рассчитывал инкременты (скорости роста) 5 или 6 неустойчивостей в довольно идеализированной модели токамака. Поэтому в целом ответить на Ваш вопрос не смогу. Да и давно это было...

bantaputu

2 months ago

moralg

2 months ago

bantaputu

2 months ago

moralg

2 months ago

bantaputu

2 months ago

bantaputu

2 months ago

moralg

2 months ago

bantaputu

2 months ago

Я чего то совсем науку забыл. Вроде как, при столкновениях атомов в газах возникает излучение. А есть какой-нибудь критерий, когда вместо излучения будет происходить ядерный синтез? Вроде, что то такое И.Н. Острецов в Интернете рассказывал, типа, как не старайтесь, но вся закачанная в газ тепловая энергия будет довольно эффективно сбрасываться за счет излучения?
Излучение (фотонами) происходит при температурах максимум в несколько тысяч градусов. Здесь речь идет о многих десятках миллионах градусов, когда атомов просто нет, а есть их ядра и электроны.

vladimir1911

2 months ago

moralg

2 months ago

vladimir1911

2 months ago

moralg

2 months ago

vinnybottle

February 5 2021, 20:15:44 UTC 2 months ago Edited:  February 5 2021, 20:17:43 UTC

Тупик`c! ))))))))
Абсолютных тупиков не бывает.:)
Мнение Острецова:
https://www.youtube.com/watch?v=UQOtbwaJ2ns
Я не смотрю видеороликов длиннее полуминуты.
Я почему-то уверен, что ответ будет найден вместе с обнаружением методов не электромагнитного сдерживания, а методов гравитационного удержания, или магнито-гравитационного. Вопрос лишь в том, каков минимальный размер объекта который сможет создать такое гравитационное удержание....
Ваш ответ давно известен. Он реализуется в недрах звезд. В том числе и Солнца. Но на Земле он принципиально не применим.
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

  • Когда Путин назначил...

    Когда Путин назначил Медведева премьер-министром, экономика России перешла в состояние непрерывного экономического кризиса. Когда Путин назначил…

  • Неформальный приговор правительству Медведева...

    Есть у Путина такая традиция - благодарить ушедшее в отставку правительство за проделанную работу. И пристраивать его членов на другую, не менее…

  • Путин поднимается до уровня Петра I.

    Петр I перестраивал Россию на западный образец, вводил новые налоги, строил, эффектно воевал и не только. Путин тоже перестраивает Россию на…