ПоляризацияплазмыВ.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

B 1 r

B

++ +++ +

++ +++ +

- - - - -

- - - - -

B

Электроны и ионы дрейфуют в разные стороныполяризация плазмы

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

Появлениерадиального дрейфаейфа

B 1 r

B

υ	др	++ +++ +	++ +++ +		υ	др
		E	E
		- - - - -
			- - - - -

B

Электроны и ионы дрейфуют в разные стороны

поляризация плазмы дрейф в скрещенных полях наружу

в простом тороидальном поле плазму удержать нельзя !

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

Какборотьсясдрейфом наружуужу??

В «простом» тороидальном магнитном поле плазму удержать нельзя из-за возникающей поляризации и дрейфа плазмы наружу

Выход: сделать так, чтобы понятия «верх» и «низ» отсутствовали !

нужно создать дополнительное магнитное поле, которое «перепутает» верх и низ

Два подхода к получению полоидального поля

а - создается током, текущим по плазме (токамак)

б - создается внешними обмотками (стелларатор)

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

Дрейфввинтовом тороидальномом полеполе

В целом за один оборот вокруг малого радиуса дрейф частиц зануляется. Эффективно наличие дрейфа приводит к тому, что траектория частиц несколько смещается относительно магнитной поверхности

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

Тороид сплазмойсточки зренияия МГДМГД

Плазменный ток сам по себе не обеспечивает равновесия плазмы

результирующая сила

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

Вводиммагнитноеполе плазменногоного токатока

	B	- полоидальное
ток	θ	магнитное поле

Bθ

результирующая сила

Если пропускать ток по плазме, то результирующее магнитное поле будет винтовым (синие линии на рисунке), причём шаг винта будет зависеть от распределения плотности тока по сечению плазменного шнура.

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

Добавляемвертикальное магнитноетное полеполе

ток

вертикальное магнитное поле

Bθ

F = qc υ × Bz

результирующая сила

В дополнительном поле Bz появляется сила,	= Токамак
уравновешивающая плазменный виток.

И. Е. Тамм, А. Д. Сахаров, 1950

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

Основныечасти токамакака

Магнитопровод (железное ярмо)

Индуктор (первичная обмотка трансформатора)

Катушки тороидального поля

Катушки вертикального поля (положение и форма плазмы) (*)

Полоидальное поле тока Тороидальное поле

Плазма с током Ip (вторичная обмотка тр-ра)

Результирующее магнитное поле

(наклон к оси преувеличен)

(*) всегда используется точное название «катушки полоидального	= Токамак
поля», но тут для понимания функции лучше так

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 8

Конецтемы 8

Движение частиц в магнитном поле. Циклотронный резонанс.

Дрейфовое движение. Электрический, центробежный и градиентный дрейф. Адиабатические инварианты. Пробкотрон БудкераПоста. Движение заряженной частицы в пробкотроне. Дрейфовое движение в тороиде. Устройство токамака.

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 9

Новаятема 9

Управляемыйтермоядерный синтезсинтез

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 9

Управляемыйтермоядерный синтезсинтез

Зачемэтонужно?

Люди хотят жить

Других вариантов нет

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 9

ЗависимостьВНПот энергетикитики

ГДж/человека в год

ВНП/человека (тыс. $ по PPP)

Задача: устойчивое развитие, не получится жить рядом с голодным соседом!

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 9

Структурапервичной энергии (200(20044))

(21.4%)

(0.9%)

(5.7%)	(2.3%)

(32.4%)	(13.2%)

(10.0%)

(27.3%)

(статистика 2010 года)

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 9

Хватитлиальтернативной энергетикиргетики??

миллиардов баррелей нефтяного эквивалента в год

внимание! доступность сырьевых ресурсов сильно зависит от того, какую цену общество считает допустимой

Скоро возникнет разрыв между запросами общества и возможностями как традиционной, так и новой энергетики.

Есть основания для развития термоядерной энергетики.

В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 9

ФизическиеосновыТ/Я энергетикигетики

энергия связи на нуклон, МэВ

термоядерная ядерная

количество нуклонов в ядре

•масса ядра меньше суммы масс p и n

•235U → X + ... + 200 МэВ (0.86 МэВ/нуклон)

•D + T → 4He + n + 17.6 МэВ (3.5 МэВ/нуклон)

•С + O2 → CO2 + 4.2 эВ (0.2 эВ/нуклон)

Обычно термоядерные реакции являются реакциями образования более тяжелых ядер, чем исходные (слово “синтез” в УТС), хотя есть и важные реакции деления [ например, получение трития в реакции 6Li (n,α) T ]