Offene Fallen

Offene Fallen gehören zu den Anlagentypen zum magnetischen Einschluss von thermonuklearem Plasma. Offene Fallen haben gegenüber anderen Rückhaltesystemen eine Reihe wichtiger Vorteile: Sie sind aus technischer Sicht attraktiv; sie nutzen effektiv ein plasmabegrenzendes Magnetfeld; sie ermöglichen das Arbeiten im stationären Modus; Sie lösen auf relativ einfache Weise das Problem der Entfernung thermonuklearer Reaktionsprodukte und schwerer Verunreinigungen aus dem Plasma. Allerdings glaubte man lange Zeit, dass die Aussichten offener Fallen als Grundlage eines thermonuklearen Reaktors aufgrund der zu hohen Plasmaverlustrate entlang der Magnetfeldlinien zweifelhaft seien. Die Situation hat sich erst im letzten Jahrzehnt zum Besseren gewendet, als eine Reihe von Verbesserungen an offenen Fallen vorgeschlagen wurden, die diesen Nachteil weitgehend beseitigen konnten. Der Aufsatz skizziert die physikalischen Prinzipien neuartiger offener Fallen (ambipolar, zentrifugal, Mehrfachspiegel, gasdynamisch usw.), beschreibt den aktuellen Forschungsstand dazu und gibt Prognosen für die Zukunftsaussichten dieser Systeme ab. Es werden Möglichkeiten geprüft, offene Fallen als Hochfluss-Neutronengeneratoren mit einer Energie von 14 MeV einzusetzen. Il. 29. Bibliographie. Referenzen 97 (102 Titel).

Wissenschaftlern des Instituts für Kernphysik (INP) ist es gelungen, eine stabile Plasmaerwärmung auf 10 Millionen Grad Celsius zu erreichen, berichtete NSN Stellvertretender Forschungsdirektor des INP Alexander Ivanov. Der Wissenschaftler erläuterte, welche Perspektiven diese Entwicklung eröffnet und warum dadurch die Entstehung radioaktiver Abfälle grundsätzlich vermieden wird.

- BINP begann, Möglichkeiten zur Schaffung eines thermonuklearen Systems auf Basis einer offenen Falle zu prüfen. Was bedeutet das?

Wenn wir von einer Erwärmung des Plasmas um 10 Millionen Grad sprechen, müssen wir bedenken, dass diese Temperatur höher ist als im Zentrum der Sonne. Natürlich kann solch ein heißes Plasma nicht in irgendeinem Gefäß mit Materialwänden enthalten sein – selbst wenn sie sehr dick sind, brennen sie trotzdem. Um dies zu vermeiden, also heißes Plasma zurückzuhalten, gibt es mindestens zwei Möglichkeiten.

Die erste Möglichkeit besteht darin, dass das Plasma in ein starkes toroidales Magnetfeld gebracht wird, das die Flugbahn der Plasmapartikel verändert, woraufhin sie beginnen, sich in Kreisen zu bewegen, die um die Magnetfeldlinien gewunden sind. In diesem Fall bewegt sich das Plasma nicht über das Magnetfeld, wodurch kein Wärmefluss entsteht. Dieses Prinzip ist die Grundlage für Tokamak-Anlagen, die die Form eines „Donuts“ mit einem Magnetfeld im Inneren haben und in unserem Land vorgeschlagen werden, um Plasma für die kontrollierte Kernfusion magnetisch einzuschließen. Im Wettlauf um die Idee, die Sonne auf der Erde zu erschaffen, liegen diese Anlagen nun an der Spitze.

Es gibt ein anderes System. Einfach ausgedrückt handelt es sich dabei um ein langes offenes Fallenrohr mit einem longitudinalen Magnetfeld, in dem das Plasma keinen Kontakt mit der Wand hat, sich aber relativ frei entlang der Endwände ausbreitet und auf diese trifft. Wir haben gelernt, in diesen Fallen dafür zu sorgen, dass der Wärmeverlust entlang des Magnetfelds im Vergleich zur freien Expansion des Plasmas stark reduziert wird.

- Wie weit sind wir von der Schaffung eines thermonuklearen Reaktors entfernt?

Es gibt Reaktoren, deren Funktionsprinzip auf Tokamaks basiert, andere auf offenen Fallen, und es gibt beispielsweise auch gepulste Systeme, bei denen ein Tropfen Tritium-Deuterium-Brennstoff mit einem Laser gezündet wird und dieser in Millionstelsekunden verbrennt. Bereitstellung von Energie.

Was die Tokamaks betrifft, so wird in 10 Jahren in Frankreich der große ITER-Reaktor in Betrieb genommen – eine zyklopische Struktur von großer Komplexität, in der die thermonukleare Plasmaverbrennung demonstriert wird. Darüber hinaus ist die Temperatur dort etwa zehnmal höher als die, die wir derzeit in offenen Fallen erreichen können.

Aber dennoch lassen sich bei einer Temperatur von 10 Millionen Grad sehr nützliche Dinge tun – insbesondere eine sehr leistungsstarke Neutronenquelle, die beispielsweise zum Testen von Materialien eines zukünftigen thermonuklearen Reaktors benötigt wird. (Das heißt, die Wände von Tokamaks werden während der Tests einem sehr starken Neutronenfluss ausgesetzt, und Wissenschaftler können so die Situation vollständig simulieren.) Neutronenquellen können auch als Treiber für unterkritische Spaltreaktoren verwendet werden – sie werden eingebaut innerhalb des Systems eines Kernreaktors, der mit einem Koeffizientengewinn betrieben wird, der kleiner als eins ist. Dadurch wird die Sicherheit des subkritischen Systems erheblich erhöht, wodurch die Möglichkeit von Unfällen wie Tschernobyl grundsätzlich ausgeschlossen ist.

- Mit welcher Art von Durchbruch ist Ihre Leistung „behaftet“?

Jetzt haben wir russischen Nuklearspezialisten ein Niveau erreicht, auf dem wir mit der Entwicklung von Prototypen solch leistungsstarker Neutronenquellen beginnen können. Wenn wir längerfristig blicken, sehe ich keine Einschränkungen darin, die Plasmaerwärmungstemperatur nicht auf 10 Millionen, sondern beispielsweise auf 300 Millionen Grad zu erhöhen.

Ausgehend von dieser Prämisse erwägen wir am BINP die Möglichkeiten zur Schaffung der nächsten Generation von Fallen, deren Parameter deutlich erhöht werden. Und wir werden ernsthaft über die Schaffung eines alternativen ITER-Reaktors nachdenken. Wenn das alles klappt, könnte unser thermonuklearer Reaktor auf Basis einer offenen Falle sogar kommerziell viel attraktiver sein als einer auf Tokamak-Basis, und die in Frankreich entstehende Struktur kann in puncto technischer Einfachheit nicht mit ihm mithalten.

Wir haben jetzt ein Niveau erreicht, auf dem wir mit der Entwicklung von Prototypen solch leistungsstarker Neutronenquellen beginnen können. Wenn wir längerfristig blicken, sehe ich keine Einschränkungen darin, die Plasmaerwärmungstemperatur nicht auf 10 Millionen, sondern beispielsweise auf 300 Millionen Grad zu erhöhen.

Ausgehend von dieser Prämisse erwägen wir am BINP die Möglichkeiten zur Schaffung der nächsten Generation von Fallen, deren Parameter deutlich erhöht werden. Und wir werden ernsthaft über die Schaffung eines alternativen Reaktors nachdenken. Wenn alles klappt, könnte ein Fusionsreaktor auf Basis einer offenen Falle sogar kommerziell attraktiver sein als einer auf Tokamak-Basis.

- Reaktoren, die auf einer offenen Falle basieren ... inwiefern sind sie Tokamaks sonst noch vorzuziehen?

Wir hoffen, dass das Erscheinen von Reaktoren auf Basis offener Fallen, an denen wir derzeit arbeiten, mit einer gewissen Entwicklung möglich sein wird. Sie haben gegenüber Tokamaks gewisse Vorteile. Zu guter Letzt meine ich die Möglichkeit, mit thermonuklearem Brennstoff zu arbeiten, der entweder gar keine oder nur sehr wenige Neutronen produziert, was nicht mit dem Problem der langfristigen Lagerung und Entsorgung radioaktiver Abfälle behaftet ist.

Beachten Sie, dass das Institut für Kernphysik bereits Pläne zur Entwicklung eines alternativen ITER-Reaktors angekündigt hat. Das Institut plant, die technischen und wirtschaftlichen Grundlagen für das Projekt eines Prototyps eines alternativen Reaktors mit dem Codenamen GDML (Gas Dynamic Trap) zu finalisieren.

Physikalische Grundlagen eines thermonuklearen Reaktordesigns basierend auf einer offenen Falle

Institut für Kernphysik benannt nach. SB RAS, Nowosibirsk, RF, *****@***ru
*Staatliche Universität Nowosibirsk, Nowosibirsk, Russische Föderation
**Staatliche Technische Universität Nowosibirsk, Nowosibirsk, Russische Föderation

Im Zusammenhang mit der Entwicklung eines neuen Typs offener achsensymmetrischer Fallen mit dichtem Plasma und Mehrfachspiegelunterdrückung von Längsverlusten (GDMLS) sind Schätzungen, wie ein darauf basierender thermonuklearer Reaktor aussehen könnte, von großem Interesse. Insbesondere muss beurteilt werden, ob in ihm eine Zündung erreicht werden kann, mit welchen Brennstoffkreisläufen er funktionieren könnte und unter welchen Bedingungen, seine Größe, Leistung und andere Eigenschaften im Vergleich zu den Eigenschaften eines Tokamak-Reaktors vom ITER-Typ. Solche Bewertungen werden es ermöglichen, die Entwicklungsrichtung zu bestimmen, in der offene Fallen im Vergleich zu Tokamaks als Fusionsreaktor konkurrenzfähig bleiben. Das zweite Ziel dieser Arbeit besteht darin, die physikalischen und technischen Probleme im Zusammenhang mit dem Plasmaeinschluss in verschiedenen Arten von Fallen zu untersuchen und zu untersuchen, wie sie in Systemen wie HDML gelöst werden.

Die Überprüfung zeigt, dass die Falle als aus zwei Teilsystemen bestehend betrachtet werden kann – dem zentralen Kern und Systemen zur Unterdrückung von Längsverlusten entlang der Ränder. Die zentrale aktive Zone sollte eine lange Spiegelkammer mit einem quasi-gleichförmigen Feld und einem kleinen Spiegelverhältnis in der Größenordnung von 1,5 sein. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass sich eine Erhöhung des einschließenden Magnetfelds und damit der Plasmadichte als wesentlich rentabler erweist als eine Erhöhung des Spiegelverhältnisses. Gleichzeitig wird das maximal erreichbare Feld durch die technischen Möglichkeiten der Supraleiter begrenzt. Nach unten wird das magnetische Spiegelverhältnis durch die Anforderung begrenzt, den Großteil der geladenen Reaktionsprodukte zurückzuhalten. Wie in der Arbeit der GDT-Gruppe gezeigt, ist es in einer solchen magnetischen Konfiguration möglich, ein Plasma mit einem hohen b~0,6 und geringen Querverlusten zu enthalten. Der Kern kann durch zwei Arten von Längsverlustunterdrückungssystemen geschlossen werden – ambipolar und Multispiegel, und diese Prinzipien können in einem Gerät kombiniert werden. In diesem Fall wird das heiße elektronische Bauteil in jedem Fall durch das elektrostatische Potenzial zurückgehalten und kalte Elektronen von den Endplatten werden durch das Juschmanow-Potenzial in den Expandern eingeschlossen. Diese Methode wurde auch auf der GDL-Installation getestet. Zusätzlich können thermische Barrieren eingesetzt werden. Es wird die vergleichende Wirksamkeit verschiedener Längsrückhaltesysteme betrachtet. Der Querverlust sollte in einer optimalen Konfiguration die Hälfte des Gesamtverlusts betragen. Unter dieser Bedingung wirken sie sich bei der Optimierung des Systems über die gesamte Länge nur auf den Plasmaradius und die Reaktorleistung aus. Berücksichtigt werden die Bedingungen für die Zündung und die stationäre Verbrennung (unter Berücksichtigung von Änderungen der Plasmazusammensetzung aufgrund der Ansammlung von Verbrennungsprodukten) in Reaktoren, die auf dem beschriebenen Schema mit den Brennstoffkreisläufen D-T, D-D und D-He3 basieren. Die Zünd- und Verbrennungsgrenzen werden anhand der Temperaturkombination bBm2kL ermittelt, wobei Bm das maximale Magnetfeld (in der ersten Kerze), k der Unterdrückungskoeffizient des Endsystems und L die Länge der aktiven Zone ist. Schätzungen zur Größe und Leistung des Reaktors wurden unter bestehenden technischen Einschränkungen und Skalierungen erhalten. Die Mindestleistung eines D-T-Reaktors auf Basis einer offenen Falle und seine Kosten können um eine Größenordnung niedriger sein als bei Systemen wie ITER.

Literatur

Beklemishev A., Anikeev A., Burdakov A. et al. in Fusion for Neutrons And Subcritical Nuclear Fission“, AIP Conference Proceedings, 2012, Vers 1442, S. 147

Fusionsfalle

Das Institut für Kernphysik ist, wie alle Institute der sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften, relativ jung: 2008 wird es erst 50 Jahre alt – so alt wie das Durchschnittsalter seiner Mitarbeiter. Es ist erfreulich zu sehen, dass in letzter Zeit viele Doktoranden und Studenten am BINP erschienen sind, die planen, ihre wissenschaftliche Forschung innerhalb seiner Mauern fortzusetzen. Es ist bekannt, dass es die Jugend von heute dorthin zieht, wo es interessant ist und wo es Wachstumsperspektiven gibt. Und am INP gibt es zweifellos solche Perspektiven. Es sollte auch betont werden, dass die Durchführung der komplexesten modernen Experimente nicht den Einsatz einer einzelnen Person, sondern eines leistungsstarken Teams von Gleichgesinnten erfordert. Deshalb ist der Zustrom frischer Kräfte für das Institut so wichtig...

Plasma ist eine mysteriöse Materie,
die Eigenschaft der Selbstorganisation besitzen

Plasma ist ein vollständig oder teilweise ionisiertes Gas, in dem die gesamte negative Ladung der Partikel gleich der gesamten positiven Ladung ist. Und deshalb ist es im Allgemeinen ein elektrisch neutrales Medium oder hat, wie Physiker sagen, die Eigenschaft der Quasineutralität. Dieser Aggregatzustand gilt als vierter (nach festem, flüssigem und gasförmigem) Aggregatzustand und ist bei Temperaturen in der Größenordnung von 10.000 Grad Celsius und darüber eine normale Existenzform.

Seit mehr als einem Jahrhundert wird dieser ungewöhnliche Zustand der Materie in der Natur erforscht. Seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts besteht die „allgemeine Richtung“ in der Umsetzung einer selbsterhaltenden kontrollierten thermonuklearen Fusionsreaktion (CTF). Hochtemperatur-Plasmaklumpen sind im Universum weit verbreitet: Man denke nur an die Sonne und die Sterne. Aber auf der Erde gibt es sehr wenig davon. Kosmische Teilchen und der Sonnenwind ionisieren die obere Schicht der Erdatmosphäre (Ionosphäre), und das entstehende Plasma wird vom Erdmagnetfeld zurückgehalten. Mit anderen Worten: Es handelt sich um eine Art irdische Magnetfalle. In Zeiten erhöhter Sonnenaktivität verformt der Strom geladener Teilchen des Sonnenwinds die Magnetosphäre des Planeten. Durch die Entstehung hydromagnetischer Instabilitäten dringt Plasma in die obere Atmosphäre im Bereich der Pole ein – und atmosphärische Gase werden in Wechselwirkung mit geladenen Plasmateilchen angeregt und emittiert. Dies ist für das Phänomen des Polarlichts verantwortlich, das nur an den Polen beobachtet werden kann.

Neben der „allgemeinen Richtung“ im Studium der Plasmaphysik gibt es noch andere, nicht weniger wichtige angewandte. Dies hat zur Entstehung zahlreicher neuer Technologien geführt: Plasmaschneiden, Schweißen und Metalloberflächenbehandlung. Plasma kann als Arbeitsflüssigkeit in Raumschiffmotoren und Leuchtstofflampen für die Beleuchtung verwendet werden. Der Einsatz von Plasmatechnologien hat eine echte Revolution in der Mikroelektronik ausgelöst. Nicht nur die Prozessorleistung wurde deutlich gesteigert und die Speicherkapazität erhöht, sondern auch der Einsatz von Chemikalien in der Produktion konnte deutlich reduziert werden – somit konnte die Umweltbelastung minimiert werden.

Dichtes Hochtemperaturplasma gibt es nur in Sternen, auf der Erde kann es nur unter Laborbedingungen gewonnen werden. Dieser ungewöhnliche Zustand der Materie verblüfft die Fantasie mit einer Vielzahl von Freiheitsgraden und gleichzeitig der Fähigkeit, sich selbst zu organisieren und auf äußere Einflüsse zu reagieren. Beispielsweise kann Plasma in einem Magnetfeld gehalten werden, wodurch es verschiedene Formen annimmt. Es ist jedoch bestrebt, den für es energetisch günstigsten Zustand anzunehmen, was häufig zur Entwicklung verschiedener Instabilitäten führt, und sich wie ein lebender Organismus aus dem starren „Käfig“ einer Magnetfalle zu befreien, wenn die Konfiguration von Diese Falle passt nicht dazu. Deshalb besteht die Aufgabe der Physiker darin, solche Bedingungen zu schaffen, damit das Plasma stabil ist, lange und ruhig in einer Falle „lebt“ und sich auf thermonukleare Temperaturen von etwa 10 Millionen Grad Celsius erwärmt.

Heute sind am BINP zwei einzigartige große Plasmafallen erfolgreich im Einsatz, die das Ergebnis der praktischen Anwendung ursprünglicher Ideen und Prinzipien sind, die innerhalb der Mauern des Instituts entstanden sind. Hierbei handelt es sich um offene Fallen, die sich deutlich von den gängigen geschlossenen Magnetsystemen unterscheiden. Sie verblüffen durch ihre geheimnisvolle Größe und gleichzeitig einfache Bedienung. Im Laufe der gesamten Arbeitsgeschichte der Anlagen konnten Wissenschaftler wichtige Ergebnisse zum Erhitzen und Einschließen von dichtem heißem Plasma erzielen und eine Reihe von Entdeckungen im Zusammenhang mit den grundlegenden Eigenschaften dieses vierten Aggregatzustands machen. Jedes Jahr gab es etwas Neues und Ungewöhnliches unter den einen oder anderen Bedingungen für das Leben in Fallen, wenn man die Konfiguration des Magnetfelds änderte, elektrische Felder erzeugte, verschiedene Verunreinigungen hinzufügte sowie starke Strahlen in das Plasma injizierte und Plasma „untersuchte“. mit verschiedenen Diagnostiken. Und das Plasma, das, wenn auch widerstrebend, auf solche Aktionen „reagierte“, teilte den Forschern seine tiefsten Geheimnisse mit …

Gasdynamische Falle (GDT)

Die 1986 am Nowosibirsker Institut für Kernphysik geschaffene GDL-Anlage gehört zur Klasse der offenen Fallen und dient der Eindämmung von Plasma in einem Magnetfeld.

Die Konfiguration des Magnetfeldes in einer klassischen offenen axialsymmetrischen Falle ist ein länglicher Bereich eines gleichmäßigen Magnetfeldes mit Maxima an den Rändern, die durch Ringspulen eines starken Magnetfeldes erreicht werden. Die Bereiche unter diesen Spulen (die Bereiche des Raums, die das Magnetfeld einnimmt, in denen es seinen maximalen Wert erreicht) werden üblicherweise „Magnetstopfen“ genannt, und eine nach diesem Prinzip angeordnete Falle wird „Spiegelzelle“ genannt. Im einfachsten Fall wird das Magnetfeld in der Spiegelzelle nur durch magnetische Spiegel erzeugt.

Geladene Plasmateilchen (negative Elektronen und positive Ionen) bewegen sich entlang der magnetischen Feldlinien zwischen den Magnetspiegeln, werden von ihnen reflektiert und führen so oszillierende Bewegungen aus. Teilchen mit ausreichender kinetischer Energie, um die Potentialbarriere des Pfropfens zu überwinden, verlassen die Falle in einem Flug.

Die oben beschriebenen Unterschiede zwischen einer gasdynamischen Falle (GDT) und einer herkömmlichen Spiegelzelle sind die große Ausdehnung des homogenen Feldabschnitts im Zentrum der Falle und ein sehr großes „Spiegelverhältnis“ (das Verhältnis R = B 1 /B 2 der Magnetfeldwerte im Spiegel und in der Mitte der Falle). In dieser Konfiguration ist die mittlere freie Weglänge der Ionen klein im Vergleich zur Länge des Abschnitts eines gleichmäßigen Magnetfelds, sodass der Plasmaaustritt aus der Anlage nach den Gesetzen der Gasdynamik erfolgt, ähnlich dem Gasaustritt in ein Vakuum aus einem Gefäß mit einem kleinen Loch, was den Namen der Installation erklärt. Indem die „Löcher“ in den Magnetspiegeln sehr klein und das vom Plasma eingenommene Volumen groß gemacht werden, ist es möglich, eine Plasmaeinschlusszeit zu erreichen, die ausreicht, um eine kontrollierte thermonukleare Reaktion durchzuführen. Die Länge eines solchen Spiegelreaktors wird zwar mehrere Kilometer betragen. Durch den Einsatz verschiedener Vorrichtungen, sogenannter Ambipolar-Plugs, die den Plasmafluss in die Plugs reduzieren, lässt sich die Länge der Falle jedoch auf ein vertretbares Maß reduzieren. Daher bleiben die Reaktoraussichten einer solchen Falle attraktiv. Die vielversprechendste thermonukleare Anwendung des Plasmaeinschlussschemas ist die auf dem GDT basierende Schaffung einer einfachen und zuverlässigen Quelle schneller Neutronen mit einer Energie von 14 MeV, die bei der Fusionsreaktion von Deuterium- und Tritiumkernen entstehen. Tatsächlich ist dies derselbe thermonukleare Reaktor (nur mit geringem Wirkungsgrad), der Energie verbraucht und Neutronen produziert. Mit einem solchen Neutronengenerator können materialwissenschaftliche Tests an der ersten Wand eines künftigen industriellen thermonuklearen Reaktors durchgeführt oder ein Spaltreaktor mit Neutronen niedriger Energie versorgt werden, was die moderne Kernenergie sicher macht. Das Projekt einer Neutronenquelle auf Basis einer gasdynamischen Falle wird seit vielen Jahren am Institut für Kernphysik entwickelt. Um die Vorhersagen der Theorie praktisch zu testen und eine Datenbank für die Erstellung einer Neutronenquelle aufzubauen, wurde am Institut für Kernphysik SB RAS ein experimentelles Modell einer gasdynamischen Falle – eine GDL-Installation – erstellt.

Derzeit hat die internationale wissenschaftliche Gemeinschaft, die sich mit der Lösung des CTS-Problems beschäftigt, mit dem Bau der größten Plasmafalle vom Tokamak-Typ namens ITER begonnen. In den kommenden Jahrzehnten soll ITER die Möglichkeit demonstrieren, ein autarkes, kontrolliertes thermonukleares Kraftwerk zu betreiben, das auf der Fusionsreaktion von Deuterium und Tritium basiert.
Es ist jedoch offensichtlich, dass es für die Weiterentwicklung der thermonuklearen Energie der Zukunft und den Bau solcher Stationen, die über Jahrzehnte und sogar Jahrhunderte in Betrieb sein werden, heute notwendig ist, zuverlässige Materialien auszuwählen, die über ihre gesamte Lebensdauer starken Neutronenflüssen standhalten . Um solche Materialien zu testen, ist eine leistungsstarke Neutronenquelle erforderlich. Das BINP entwickelt seit vielen Jahren ein Projekt für eine solche Quelle auf Basis von GDL.
Alle physikalischen Prinzipien, die einer kompakten und relativ kostengünstigen Neutronenquelle auf Basis einer offenen gasdynamischen Falle zugrunde liegen, werden derzeit in einem realen Experiment zur Akkumulation, Eingrenzung und Erwärmung von Plasma in einer GDT-Anlage untersucht. Bereits heute werden in Experimenten mit Deuteriuminjektion direkte Messungen des emittierten Neutronenflusses durchgeführt. Die Deuterium-Deuterium-Fusionsreaktion erzeugt unter den gegebenen experimentellen Parametern im Allgemeinen einen geringen Fluss im Vergleich zur Deuterium-Tritium-Reaktion. Zur Überprüfung von Modellrechnungen, die künftig für Berechnungen des Quellreaktors eingesetzt werden sollen, reichen sie jedoch völlig aus. Im Dezember dieses Jahres wird die Anlage 22 Jahre alt: Das erste Plasma wurde Ende 1985 gewonnen. Diejenigen, die es gebaut und in Betrieb genommen haben, arbeiten noch heute im Labor.
Aber das Team wurde auch durch neue, junge und tatkräftige Mitarbeiter ergänzt: Einige von ihnen sind im gleichen Alter wie die GDL-Installation selbst

Der Hauptteil der Anlage ist eine 7 m lange axialsymmetrische Spiegelzelle mit einem Feld von 0,3 T in der Mitte und bis zu 10 T in den Stopfen, die für die Aufnahme von Zweikomponentenplasma ausgelegt ist.

Eine der Komponenten – warmes „Ziel“-Plasma – hat eine Elektronen- und Ionentemperatur von bis zu 100 eV (das entspricht etwa 1.200.000 Grad Celsius) und eine Dichte von ~ 5 · 10 19 Teilchen pro Kubikmeter. Diese Komponente ist durch den oben beschriebenen gasdynamischen Einschlussmodus gekennzeichnet. Die andere Komponente sind schnelle Ionen mit einer durchschnittlichen Energie von ~ 10.000 eV und einer Dichte von bis zu 2 · 10 19 Teilchen pro Kubikmeter. Sie entstehen durch die Ionisation leistungsstarker Atomstrahlen im Zielplasma, die mit speziellen Geräten – Neutralatominjektoren – schräg in die Falle injiziert werden. Diese schnelle Komponente zeichnet sich durch den gleichen Einschlussmodus aus wie in einer klassischen Spiegelzelle: Schnelle Ionen bewegen sich auf magnetischen Bahnen entlang magnetischer Feldlinien und werden von einem Bereich mit starkem Magnetfeld reflektiert. Dabei werden schnelle Ionen bei der Wechselwirkung mit Partikeln des Zielplasmas (hauptsächlich Elektronen) abgebremst und erhitzen dieses auf 100 eV und höher. Bei schräger Injektion und kleiner Winkelstreuung von Partikeln stellt sich heraus, dass die Dichte schneller Ionen in der Nähe des Reflexionsbereichs einen starken Peak (groß) aufweist, und dieser Umstand ist für die Implementierung einer Neutronenquelle am attraktivsten. Tatsache ist, dass der Neutronenfluss bei der Fusionsreaktion proportional zum Quadrat der Dichte von Deuterium- und Tritiumionen ist. Und deshalb wird es bei einer solchen Dichteauswahl nur im Stoppbereich konzentriert, wo sich die „Testzone“ befindet. Der restliche Bauraum wird einer deutlich geringeren Neutronenbelastung ausgesetzt sein, wodurch ein aufwändiger Neutronenschutz aller Generatorkomponenten entfällt.

Ein wichtiges Problem auf dem Weg zur Schaffung eines Reaktors und einer Neutronenquelle auf Basis einer axialsymmetrischen Spiegelzelle ist die Plasmastabilisierung über das Magnetfeld. Dies wird beim GDT-Schema durch spezielle Zusatzabschnitte mit stabilitätsgünstigem Magnetfeldprofil erreicht, die sich hinter den Magnetsteckern befinden und für eine zuverlässige Plasmastabilisierung sorgen.

Ein weiteres wichtiges Problem der kontrollierten thermonuklearen Fusion (CTF) auf Basis offener Fallen ist die thermische Isolierung des Plasmas von der Endwand. Tatsache ist, dass im Gegensatz zu geschlossenen Systemen wie einem Tokamak oder Stellarator Plasma aus einer offenen Falle strömt und in die Plasmaempfänger gelangt. In diesem Fall können kalte Elektronen, die unter der Wirkung der Strömung von der Oberfläche des Plasmaempfängers emittiert werden, zurück in die Falle eindringen und das Plasma stark abkühlen. In Experimenten zur Untersuchung des Längseinschlusses an einer GDL-Anlage konnte gezeigt werden, dass das expandierende Magnetfeld hinter dem Pfropfen vor dem Plasmaempfänger in den Endtanks – Expandern – das Eindringen kalter Elektronen in die Falle verhindert und für eine wirksame Wärmeisolierung sorgt von der Stirnwand.

Im Rahmen des GDL-Versuchsprogramms werden fortlaufend Arbeiten zur Erhöhung der Stabilität, Zieltemperatur und Dichte schneller Plasmapartikel durchgeführt; mit der Untersuchung seines Verhaltens unter verschiedenen Betriebsbedingungen der Anlage usw. Die Untersuchung grundlegender Eigenschaften wird ebenfalls durchgeführt. Hervorzuheben ist, dass das Spektrum der wissenschaftlichen Interessen und Forschungen im Zusammenhang mit Plasma sehr breit ist.

Die GDL-Anlage ist mit modernsten Diagnosetools ausgestattet. Die meisten davon wurden in unserem Labor entwickelt und werden unter anderem auf Vertragsbasis an andere, auch ausländische Plasmalabore geliefert.

Das Team aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern, die in der GDT-Einrichtung forschen, ist klein, aber unglaublich leistungsfähig. Die hohe Qualifikation aller Mitglieder trägt dazu bei, hohe Ergebnisse zu erzielen. Darüber hinaus wird die wissenschaftliche Belegschaft ständig mit „jungem Blut“ aufgefüllt – Absolventen der Staatlichen Universität Nowosibirsk und der Staatlichen Technischen Universität Nowosibirsk. Studierende verschiedener Studiengänge, die eine praktische Ausbildung im Labor absolvieren, nehmen von den ersten Tagen an aktiv an Experimenten teil und tragen so direkt zur Schaffung neuen Wissens bei. Nach den ersten Studienleistungen bleiben sie für die praktische Ausbildung im Labor, verteidigen erfolgreich ihre Diplome, nehmen an der Graduiertenschule teil und bereiten die Dissertationen ihrer Kandidaten vor. Wir verhehlen nicht, dass uns das als wissenschaftliche Leiter außerordentlich glücklich macht.

Eine weitere Falle – „GOL-3“ – und ein etwas anderer Blickwinkel auf die Kernfusion

Die Menschheit leidet unter Stromknappheit, und in naher Zukunft wird dieses Problem zu einer Priorität: Die in den wichtigsten modernen Kraftwerken verwendeten Brennstoffreserven – Öl und Gas – gehen leider zur Neige. Deshalb sollten thermonukleare Reaktoren die Grundlage der Elektrizitätswirtschaft der Zukunft sein.

Thermonukleare Reaktionen sind Reaktionen der Verschmelzung leichter Kerne wie der Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium, wobei große Energiemengen freigesetzt werden. Um diese Reaktionen durchzuführen, sind hohe Temperaturen erforderlich – mehr als 10 Millionen Grad Celsius. Es ist bekannt, dass jede Substanz bei einer Temperatur von mehr als 10.000 Grad Celsius zu Plasma wird. Der Kontakt mit einem Festkörper führt zu einer sofortigen Abkühlung und explosionsartigen Zerstörung der Oberfläche des Festkörpers, daher muss das Plasma von der Struktur isoliert werden: Zu diesem Zweck wird es in ein Magnetfeld gebracht.

Es ist äußerst schwierig, einen Stoff auf enorme Temperaturen zu erhitzen und ihn lange Zeit in einem Magnetfeld zu halten – und daher halten viele Experten die kontrollierte Kernfusion (CTF) für die schwierigste Aufgabe, vor der die Menschheit jemals stand.

Die GOL-3-Anlage am Institut für Kernphysik SB RAS ist darauf ausgelegt, thermonukleares Plasma in einem Magnetfeld mit mehreren Spiegeln zu erhitzen und einzudämmen. Die Installation besteht aus drei Hauptteilen: dem U-2-Beschleuniger, einem 12-Meter-Solenoid (einer Einheit zur Erzeugung eines starken Magnetfelds) und einer Ausgabeeinheit.

Der in der Installation verwendete Elektronenstrahl wird vom leistungsstärksten Beschleuniger der Welt (seiner Klasse) U-2 erzeugt. Darin werden Elektronen durch ein elektrisches Feld aus einer explosiven Emissionskathode gezogen und durch eine Spannung von etwa 1 Million Volt beschleunigt. Bei einem Strom von 50.000 Ampere erreicht die Systemleistung 50 GW. (Allerdings verbraucht ganz Nowosibirsk tagsüber 20-mal weniger Energie.) Bei einer Strahldauer von etwa 8 Mikrosekunden enthält es bis zu 200.000 J Energie (was der Explosion einer Handgranate entspricht).

Wenn ein Strahl im Hauptsolenoid ein Deuteriumplasma mit einer Dichte von n = 10 20 -10 22 Partikeln pro Kubikmeter durchquert, kommt es aufgrund der Entwicklung einer Zweistrominstabilität zu einem hohen Grad an Mikroturbulenzen und der Strahl verliert an Leistung bis zu 40 % seiner Energie und überträgt sie auf Plasmaelektronen. Die Aufheizrate ist sehr hoch: In 3-4 Mikrosekunden werden Plasmaelektronen auf eine Temperatur von etwa 2.000-4.000 eV (23-46 Millionen Grad Celsius: 1 eV = 11.600 Grad Celsius) erhitzt – das ist ein Weltrekord für offene Fallen (Zum Vergleich: Bei der 2XIIB-Installation in den USA überstieg die Temperatur nicht 300 eV gegenüber 2.000-4.000 eV bei GOL-3).

Das Magnetfeld im Hauptsolenoid ist ein Multispiegelfeld (55 Spiegelzellen), d. h. die Maxima (5 T) und Minima (3 T) des Feldes wechseln sich ab, und der Abstand zwischen den Maxima (22 cm) liegt in der Größenordnung von die Länge des Ionenwegs. Was führt das dazu: Wenn ein Ion eine einzelne Spiegelzelle verlässt und entlang des Magnetfelds fliegt, kollidiert es in einer benachbarten Spiegelzelle mit einem anderen Teilchen, wodurch es von einer benachbarten Spiegelzelle und dann von ihm eingefangen werden kann wird „vergessen“, wohin es geflogen ist. Dadurch wird die Ausbreitung des Plasmas aus der Falle deutlich verlangsamt. Aber die Heißplasma-Retentionszeit auf GOL-3 beträgt bis zu 1 Millisekunde, was zweifellos als Errungenschaft der Wissenschaftler angesehen werden kann.

Mehrere Spiegel führen zu einer Inhomogenität der Energieübertragung vom Strahl auf die Plasmaelektronen: Je stärker das Magnetfeld ist, desto stärker ist die Erwärmung der Elektronen. Bei der Erwärmung durch einen Strahl trägt ein hohes Maß an Turbulenz zu einer starken (mehr als tausendfachen) Unterdrückung der elektronischen Wärmeleitfähigkeit bei, so dass Temperaturinhomogenitäten nicht ausgeglichen werden und folglich große Unterschiede im Plasmadruck auftreten: Aus diesem Grund ist die Das Plasma beginnt sich als Ganzes zu bewegen. Von Bereichen mit hohem Druck zu Druckminima auf beiden Seiten beginnen sich zwei gegenläufige Plasmaströme zu bewegen, die kollidieren und sich auf eine Temperatur von 1-2 keV erwärmen (sie ist etwas höher als im Zentrum der Sonne). Dieser schnelle Aufheizmechanismus wurde vor vier Jahren bei Experimenten auf GOL-3 entdeckt. Aus der Theorie folgte, dass es mit starken Sprüngen in der Plasmadichte einhergehen sollte, die bald durch Thomson-Streuung eines Laserstrahls entdeckt wurden.

Nachdem er den Hauptmagneten passiert hat, gelangt der Strahl in den Ausgangsknoten, der einen starken Elektronenstrahl sowie einen Plasmafluss empfangen kann, ohne zerstört zu werden. Dazu muss das Magnetfeld im Ausgangsknoten divergent sein, was die Energiedichte im Strahl um den Faktor 50 reduziert, und der Strahlempfänger muss aus Graphit sein. Die Besonderheit von Graphit besteht erstens darin, dass es keine flüssige Phase hat, sondern sofort verdunstet; Zweitens hat es eine geringe Dichte (2 g/cm 3 ), wodurch die Elektronenreichweite darin höher ist als in Metallen und daher die Energie in einem größeren Volumen freigesetzt wird und die Schwelle der explosionsartigen Zerstörung nicht überschreitet Graphit, und daher ist die Erosion von Graphit gering – etwa 1 Mikrometer pro Schuss. Das Vorhandensein eines starken Plasmastroms am Ausgang der Anlage ermöglicht die Durchführung von Experimenten zur Bestrahlung von Materialien für thermonukleare Reaktoren der Zukunft: Diese Reaktoren werden einer so hohen thermischen Belastung ausgesetzt sein, dass dies noch unrealistisch ist heute in anderen Plasmaanlagen erreicht werden.

Eine weitere wichtige Aufgabe, die mit dem Ausgangsknoten gelöst werden kann, ist die Gewährleistung der Sicherheit des Strahltransports durch den Hauptmagneten. Die Komplexität des Problems liegt darin, dass der Strahlstrom im Magnetventil (30 kA) größer ist als die Stabilitätsschwelle (für die GOL-3-Kamera - 12 kA), sodass der Strahl instabil ist und an die Wand geschleudert werden kann oder kammerinterne Strukturen, die zu deren Zerstörung führen. Zu diesem Zweck muss vor der Strahlinjektion eine Entladung (Blitz) im Ausgangsknoten gezündet werden, und dann wird das Hauptsolenoid mit relativ kaltem (mehrere eV) Vorplasma gefüllt, in dem bei der Injektion des Elektronenstrahls ein Es wird ein Gegenstrom induziert, der den Strahlstrom vollständig kompensiert, was im Allgemeinen die Stabilität des Systems gewährleistet (der Gesamtstrom wird 3 kA nicht überschreiten).

Eines der gravierendsten Probleme von CTS ist die Plasmastabilität, d. h. die Schaffung von Bedingungen, unter denen Plasma aufgrund der Entwicklung verschiedener Plasmainstabilitäten die Falle nicht über das Magnetfeld hinaus verlassen kann. Bei offenen Fallen ist die Rilleninstabilität am gefährlichsten. Sein Wesen besteht darin, dass das Plasma die magnetischen Kraftlinien auseinander drückt und zwischen ihnen herausrutscht. Im GOL-3-Plasma wird diese Instabilität durch die Verschiebung der Magnetfeldlinien bei unterschiedlichen Plasmaradien unterdrückt, die durch die komplexe Konfiguration der Ströme im Plasma entsteht. Der Strahlstrom fließt im Zentrum des Plasmas, zudem herrscht eine hohe Turbulenz. Der Rückstrom fließt durch das Plasma, aber aufgrund der Turbulenzen in der Mitte erhöht sich sein Widerstand – und der Rückstrom fließt entlang der Oberfläche des Plasmakabels. Der geradlinige Strom erzeugt um sich herum ein kreisförmiges Magnetfeld, das zusammen mit dem Längsfeld des Magneten ein spiralförmiges Magnetfeld ergibt. Bei unterschiedlichen Radien ist der Strom unterschiedlich (und fließt in unterschiedliche Richtungen) – daher sind auch Steigung und Richtung der Spirale unterschiedlich. Wenn eine Plasmarille Magnetfeldlinien in einem Radius auseinander drückt, trifft sie daher auf Feldlinien in einem anderen Winkel und kann sie nicht auseinander bewegen – so wird die Rilleninstabilität unterdrückt.

Auch die Diagnose von heißem Plasma ist eine schwierige Aufgabe, d. h. die Bestimmung seiner Temperatur, Zusammensetzung, Dichte, Magnetfeldstärke und vieles mehr. Dort kann man kein Thermometer einführen – es kann explodieren – und das Plasma kühlt ab. Es ist notwendig, verschiedene spezielle Methoden anzuwenden, die in passive und aktive Methoden unterteilt werden. Mithilfe der passiven Diagnostik können Sie untersuchen, was das Plasma aussendet. Mit Hilfe von Aktiven injizieren Sie beispielsweise Laserlicht oder Atomstrahlen in das Plasma und sehen, was dabei herauskommt.

Zur passiven Diagnostik gehören in der GOL-3-Anlage Photonendetektoren und Spektrometer im sichtbaren, ultravioletten, Röntgen- und Gammabereich, Neutronendetektoren, ein neutraler Ladungsaustauschdetektor, diamagnetische Sonden und Rogowski-Gürtel. Zu den aktiven gehören mehrere Lasersysteme, ein Atomstrahlinjektor und ein Injektor für Festkörperkörner.

Obwohl Tokamaks mittlerweile den Reaktorparametern am nächsten kommen (sie haben eine höhere Temperatur und Einschlusszeit), werden dank GOL-3 auch Multispiegelfallen als Variante eines Fusionsreaktors in Betracht gezogen. Die Plasmadichte in GOL-3 ist im Durchschnitt fast hundertmal höher als in Tokamaks, außerdem gibt es in dieser Anlage im Gegensatz zu Tokamaks keine Einschränkungen hinsichtlich des Plasmadrucks. Wenn der Druck mit dem Druck des Magnetfelds vergleichbar ist (5 T erzeugen einen Druck von etwa 100 Atmosphären), geht die Falle in den „Wand“-Einschlussmodus über – das Magnetfeld wird aus dem Plasma herausgedrückt (da das Plasma vorhanden ist). (diamagnetisch) wird sich in der Nähe der Wände der Kammer konzentrieren und vergrößern und dennoch in der Lage sein, Plasma zu halten. Derzeit gibt es keinen einzigen Grund, der das Wachstum der wichtigsten thermonuklearen Parameter (n, T und Einschlusszeit) in Multispiegelfallen grundsätzlich einschränken würde.

Die Hauptaufgabe des GOL-3-Installationsteams besteht heute in der Entwicklung des Konzepts eines thermonuklearen Reaktors mit mehreren Spiegeln sowie in der experimentellen Überprüfung der wichtigsten Bestimmungen dieses Konzepts.

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Plasmaforschung ist ohne Diagnostik nicht möglich, daher werden die Entwicklungen des BINP gerne gekauft. Das Institut schließt Verträge über die Lieferung bestimmter Diagnosewerkzeuge ab, und die Forscher beschäftigen sich in ihren eigenen Werkstätten mit der Entwicklung und Montage dieser Werkzeuge. Dabei handelt es sich vor allem um Diagnoseinjektoren, es gibt aber auch einige optische Geräte, Interferometer etc. Die Sache steht nicht still: Auch BINP weiß, wie man Geld verdient.

Literatur

1. A. Burdakov, A. Azhannikov, V. Astrelin, A. Beklemishev, V. Burmasov überhaupt. Plasmaerwärmung und -einschluss in der GOL-3-Multispiegelfalle // Transaktionen der Fusionswissenschaft und -technologie. - 2007. - Bd. 51. - Nein. 2T. - Pp. 106-111.

2. A. V. Arzhannikov, V. T. Astrelin, A. V. Burdakov, I. A. Ivanov, V. S. Koidan, S. A. Kuznetsov, K. I. Mekler, S. V. Polosatkin, V. V. Postupaev, A. F. Rovenskikh, S. L. Sinitsky, Yu. S. Sulyaev, A. A. Shoshin. Untersuchung des Mechanismus der schnellen Erwärmung von Ionen in der Multispiegelfalle GOL-3 // Plasmaphysik. - 2005. - T. 31. - Nr. 6. - S. 506-520.

Mehr als ein halbes Jahrhundert ist vergangen, seit weltweit mit der Arbeit an der kontrollierten Kernfusion begonnen wurde. Die Lösung dieses Problems sollte der Menschheit eine nahezu unbegrenzte Energiequelle zur Verfügung stellen.

Zunächst schien es, dass das Problem der friedlichen Nutzung der Fusion leichter Kerne zur Energiegewinnung recht schnell gelöst werden könnte, zumal es in der Nähe ein Beispiel gab, bei dem vom ersten Test einer Atombombe bis zur Entstehung weniger als vier Jahre vergingen des ersten Kernkraftwerks der Sowjetunion. Doch bei der kontrollierten Kernfusion erwies sich alles als viel komplizierter und der Weg zu ihrer Umsetzung erwies sich als viel länger, als es zunächst schien.

Um dieses Problem zu lösen, war es notwendig, ein dichtes Hochtemperaturplasma zu erzeugen, es über einen langen Zeitraum zu halten und die Energie der darin ablaufenden Kernreaktionen zu nutzen. Es wurde vorgeschlagen, ein starkes Magnetfeld zu verwenden, um das Plasma einzuschließen. Allerdings wurde bereits in den ersten Experimenten festgestellt, dass sich Plasma in einem Magnetfeld unvorhersehbar verhält und schnell aus der Falle verloren geht. Es hat viel Zeit gekostet, die komplexesten Prozesse im Plasma zu verstehen und die Entwicklung eines thermonuklearen Reaktors voranzutreiben.

Multispiegelfalle GOL-3 - Vorbereitung für Das Experiment ist in vollem Gange.

Bisher wurden bei Experimenten mit toroidförmigen (Donut-förmigen – Ed.) Anlagen vom Tokamak-Typ erhebliche Fortschritte bei den Parametern des heißen Plasmas erzielt, was es ermöglichte, direkt mit der Aufgabe des Baus der ITER-Anlage fortzufahren Die thermonukleare Plasmaverbrennung wird über einen langen Zeitraum auf einem Leistungsniveau von 500 MW aufrechterhalten. Das ITER-Projekt ist natürlich von enormer Bedeutung für die gesamte Menschheit. Sein Umfang ist so groß, dass seine Umsetzung nur auf der Grundlage einer breiten internationalen Zusammenarbeit möglich war.

Gleichzeitig bedeutet selbst die erfolgreiche Demonstration der thermonuklearen Plasmaverbrennung bei ITER keineswegs, dass künftige thermonukleare Reaktoren auf der Basis von Tokamaks gebaut werden. Parallel dazu wurde in Studien zur Physik von Hochtemperaturplasma vorgeschlagen, zu seiner Eindämmung offene Fallen mit magnetischen Spiegeln zu verwenden, die sich topologisch von Tokamaks unterscheiden. Diese Fallen haben im Vergleich zu Tokamaks eine Reihe grundlegender Vorteile. Insbesondere sind sie einfacher aufgebaut, was in Zukunft ein wesentliches Argument für ihren Einsatz als Fusionsreaktor sein könnte. Allerdings muss sich in der Praxis noch zeigen, dass in diesen Fallen hohe Plasmaparameter erreicht werden können, die immer noch deutlich unter den Anforderungen liegen. Durch den Einsatz moderner Anlagen dieser Art mit verbessertem Plasmaeinschluss am Institut für Kernphysik SB RAS, das auf diesem Forschungsgebiet weltweit führend war und ist, wurden in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte in dieser Richtung erzielt.

GOL-3-Bedienfeld.

Eine dieser Anlagen ist die Multispiegelfalle GOL-3, in der Experimente mit dichtem (bis zu 1023 m -3) Plasma durchgeführt werden. Mit dieser Installation wurden eine Reihe einzigartiger Ergebnisse erzielt. Insbesondere wurde der Effekt der Unterdrückung der thermischen Längsleitfähigkeit von Elektronen um drei Größenordnungen aufgrund der Entwicklung von Mikroturbulenzen im Plasma beim Durchgang eines relativistischen Elektronenstrahls entdeckt, wodurch eine Elektronentemperatur von 4 keV erreicht werden konnte die Falle. In einer magnetischen Multispiegelkonfiguration wurde der Effekt der schnellen Erwärmung von Ionen auf eine Temperatur von 2 keV bei einer Plasmadichte von 1021 m -3 entdeckt und erklärt. Die erreichten Parameter ermöglichen die Simulation physikalischer Prozesse in einem thermonuklearen Multispiegelreaktor. Darüber hinaus ermöglicht die Anlage die Untersuchung der Auswirkungen der Wechselwirkung von elektronenheißem Plasma mit der Oberfläche in Tokamaks mit thermonuklearem Plasma.

Gasdynamische Falle GDL – Prototyp leistungsstarke Neutronenquelle.

Das Institut schlug ein weiteres Schema moderner offener Fallen vor und implementierte es schnell – die sogenannte gasdynamische Plasmafalle (GPL). Die Länge der GDL und die Stärke des Magnetfelds in der Mitte und an den Enden werden so gewählt, dass die effektive mittlere freie Weglänge der Ionen kleiner ist als die Länge der Installation. Unter solchen Bedingungen wird die Plasmalebensdauer auf die gleiche Weise bestimmt wie bei der Berechnung der Verluste von gewöhnlichem Gas durch eine Öffnung in einem Gefäß, womit der Name der Anlage verbunden ist. Die Plasmalebensdauer in einem GDT ist unempfindlich gegenüber der Möglichkeit der Anregung von Mikrofluktuationen darin, und dies macht die Vorhersage experimenteller Ergebnisse und ihre Extrapolation auf Reaktorbedingungen zuverlässig. Ein weiterer Vorteil von GDL ist die Fähigkeit, die hydrodynamische Stabilität des Plasmas innerhalb einer achsensymmetrischen Konfiguration sicherzustellen. Diese theoretischen Schlussfolgerungen wurden bereits experimentell bestätigt. Die gasdynamische Falle hat sowohl rein reaktortechnisch als auch als Grundlage für die Schaffung einer materialwissenschaftlichen Quelle thermonuklearer Neutronen Perspektiven.

Junge Mitarbeiter der GDL-Gruppe.

Bei der GDL-Anlage ermöglicht die Injektion von Deuterium-Atomstrahlen mit einer Gesamtleistung von etwa 4 MW, den Plasmadruck in der Falle auf fast die Hälfte des Drucks des einschließenden Magnetfelds zu erhöhen. Die dabei beobachtete Neutronenstrahlung konzentriert sich hauptsächlich an den Stopppunkten schneller Deuteronen, die in einem Winkel von 45 Grad in die Falle eingeschossen werden. Es wird daran gearbeitet, die Leistung und Dauer der Injektion weiter zu erhöhen, um im Experiment die Bedingungen zu reproduzieren, die im Deuterium-Tritium-Plasma einer Neutronenquelle mit einer Flussdichte von 14 MeV Neutronen von 0,5 MW/m 2 herrschen werden. Eine weitere Erhöhung der Injektion dürfte die Neutronenflussdichte auf 2 MW/m 2 erhöhen, was für die Prüfung der Materialien des künftigen thermonuklearen Tokamak-Reaktors bei Höchstlasten erforderlich ist.

Foto von V. Novikov

A. Ivanov, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, BINP