Техника - молодёжи 1989-07, страница 32

Токамаки за 20 лет: что достигнуто?

На развороте представлены фотографии современных токамаков — «потомков» знаменитого Т-3. В таблице справа даны их основные параметры: R и г — большой и малый радиусы плазмы V — ее объем, В — напряженность магнитного поля, BV — фактор удержания плазмы и W — общая мощность дополнительных источников ее нагрева (который можно производить тремя путями адиабатическим сжатием плазмы, инжекцией быстрых («горячих») нейтральных атомов и высокочастотными волнами).

Токамак Т-4 — по сути, несколько увеличенная модель Т 3 На нем получены почти те же результаты, только плотность плазмы выросла в 5 раз и достигла 5- 10¹⁹ частиц на м³.

Токамак Т-7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова, охлаждаемого жидким гелием. При рекордной для своего времени продолжительности непрерывной эксплуатации — 2—3 месяца — достигнутые параметры плазмы достаточно высоки.

Главная задача Т-7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики. Чтобы подчеркнуть всю сложность этой задачи, отметим, что попытка иаших коллег в ФРГ соорудить плазменную установку W-7 со сверхпроводящей системой не удалась. Вместо нее соорудили установку W-7a с обычным (теплым) соленоидом

Следующим шагом в мировых термоядерных исследованиях стали два тока-мака-«побратима»: Т-10 (СССР) и PLT (США). Оба они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз. Не надо удивляться этому

как будто легкомысленному «всего»: на самом деле в те годы и такой результат был успехом. Установки работали со значительным дополнительным нагревом: электронно-циклот ройным в Т 10 (см. «ТМ» № 4 за 1987 г.) и инжекцией быстрых атомов в PLT.

Токамак Т-15— реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряженностью 3,5 Тл. Сейчас монтаж установки завершен, и в течение дву'х-трех лет иа ней предполагается достичь уровня поджи га термоядерных реакций в смеси дейтерий — тритий.

К сожалению, столь важный для раз вития наших работ по термояду реактор

является самым «младшим» в своем поколении, явно отставая от последних зарубежных, например от европейской установки JET, которая действует уже шестой год, или от аналогичных ей японской JT-60, американской TFTR. Все они уже весьма близки к достижению параметров зажигания плазмы. А ведь когда-то мы были лидерами! Да и родина токамаков — наша страна! Такое отставание — расплата за негибкость нашей промышленности и проектных организаций, отчего каждая новая установка становится «долгостроем». Построив Т-15 на четыре-пять лет раньше, мы, несомненно, сохранили бы свое лидерство. Сейчас Т-15 пущен, начались первые эксперименты.

Установка ТСП (токамак с сильным полем) выделяется из ряда «мастодонтов» нынешнего поколения значительно меньшим фактором удержания, а также дополнительным нагревом за счет адиабатического сжатия плазмы. Первичная плазма генерируется в относительно слабом магнитном поле, а конечное сжатие при увеличении поля более чем в 6 раз должно в 10 раз уменьшить ее объем и обеспечить пропорциональный этому сжатию нагрев. В таблице верхними цифрами показаны параметры плазмы ТСП до сжатия, нижними — после сжатия. Метод адиабатического нагрева плазмы был разработан в Физико-техннческом институте имени А. Ф. Иоффе АН СССР в Ленинграде на токамаках серии «Туман».

Пробный пуск ТСП состоялся. По плану в течение ближайших двух-трех лет на нем также должны достичь зажигания реакций в смеси дейтерий — тритий.

Американский токамак Дублет-111 (Сан-Диего) — один из первых «мастодонтов» со значительным фактором удержания Он отличается резко вытянутым по вертикали сечением вакуумной камеры с перетяжкой посередине, напоминающим форму человеческой почки. Плазма в ней состоит как бы из двух тороидальных образований, соприкасающихся в экваториальной плоскости. Поэтому установка и названа Дублет. Однако фактически работает лишь половина установки (одно тороидальное кольцо плазмы), и, по существу, получается, что Дублет-111 по фактору удержания не превосходит Т-15.

Японский токамак JT-60 также принадлежит к числу крупнейших В нем предусмотрен мощный дополнительный нагрев: 20 МВт путем инжекции быстрых атомов, 15 МВТ за счет нижнегибридного резонанса и 5 МВт — за счет ионио-циклотронного резонанса. Сравнительно низкие параметры плазмы объясняются небольшим временем работы: камера токамака еще не сформировалась, поэтому посылает в плазму множество частиц примесей

TFTR (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания.

JET (Joint Europeus Тог) — самый крупный в мире токамак, созданный организацией Евратом в Великобритании. В нем использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральная иижекция, 32 МВт — ионно-циклотрон-ный резонанс. В начальный период не удавалось поднять температуру плазмы до заданной величины — препятствовали примеси со стенок камеры, но после карбонизации (покрытия стеиок тонким слоем углерода методом газового разряда) температура быстро стала нарастать, и в итоге критерий Лоусона лишь в 4—5 раз ниже уровня зажигания.

Как видно из краткого обзора, нет сомнений, что в ближайшее время можно ожидать «зажигания» термоядерной реакции в земных условиях на смеси газов дейтерия и трития.

Ядерный синтез завтра: возможны сюрпризы

«На завтра» планируется прежде всего создание следующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегося синтеза. С этой целью в ИАЭ имени И В. Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Д В. Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор

СРАВНЕНИЕ ДОСТИГНУТЫХ В ТОКАМАКАХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ С УСЛОВИЯМИ ЗАЖИГАНИЯ

30