खुले जाल

खुले जाल थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा के चुंबकीय कारावास के लिए प्रतिष्ठानों के प्रकारों में से एक हैं। अन्य रोकथाम प्रणालियों की तुलना में खुले जालों के कई महत्वपूर्ण फायदे हैं: वे इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से आकर्षक हैं; वे प्रभावी ढंग से प्लाज्मा-सीमित चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करते हैं; वे स्थिर मोड में काम करने की अनुमति देते हैं; वे प्लाज्मा से थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया उत्पादों और भारी अशुद्धियों को हटाने की समस्या को अपेक्षाकृत सरल तरीके से हल करते हैं। हालांकि, लंबे समय से यह माना जाता था कि चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ प्लाज्मा हानि की बहुत अधिक दर के कारण थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के आधार के रूप में खुले जाल की संभावनाएं संदिग्ध हैं। पिछले दशक के दौरान ही स्थिति बेहतर हुई है, जब खुले जाल में कई सुधार प्रस्तावित किए गए हैं, जिन्होंने इस खामी को काफी हद तक खत्म कर दिया है। समीक्षा नए प्रकार के खुले जाल (एम्बिपोलर, सेंट्रीफ्यूगल, मल्टीपल-मिरर, गैस-डायनामिक, आदि) के भौतिक सिद्धांतों की रूपरेखा तैयार करती है, उन पर अनुसंधान की वर्तमान स्थिति का वर्णन करती है, और इन प्रणालियों की भविष्य की संभावनाओं के लिए पूर्वानुमान लगाती है। 14 MeV की ऊर्जा वाले उच्च-प्रवाह न्यूट्रॉन जनरेटर के रूप में खुले जाल का उपयोग करने की संभावनाओं पर विचार किया जा रहा है। इल. 29. ग्रंथ सूची. संदर्भ 97 (102 शीर्षक)।

एनएसएन ने बताया कि इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स (आईएनपी) के वैज्ञानिकों ने 10 मिलियन डिग्री सेल्सियस तक स्थिर प्लाज्मा हीटिंग हासिल कर लिया है। आईएनपी अनुसंधान के उप निदेशक अलेक्जेंडर इवानोव. वैज्ञानिक ने बताया कि यह विकास क्या संभावनाएं खोलता है और यह, सिद्धांत रूप में, रेडियोधर्मी कचरे के निर्माण को क्यों समाप्त करता है।

- बीआईएनपी ने खुले जाल पर आधारित थर्मोन्यूक्लियर सिस्टम बनाने के विकल्पों पर विचार करना शुरू किया। इसका अर्थ क्या है?

यदि हम प्लाज्मा को 10 मिलियन डिग्री तक गर्म करने की बात कर रहे हैं, तो हमें याद रखना चाहिए कि यह तापमान सूर्य के केंद्र से अधिक है। स्वाभाविक रूप से, ऐसे गर्म प्लाज़्मा को भौतिक दीवारों वाले किसी प्रकार के बर्तन में समाहित नहीं किया जा सकता है - भले ही वे बहुत मोटे हों, फिर भी वे जलेंगे। इससे बचने के लिए, यानी प्लाज्मा को गर्म बनाए रखने के लिए, कम से कम दो तरीके हैं।

पहला तब होता है जब प्लाज्मा को एक मजबूत टॉरॉयडल चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, जो प्लाज्मा कणों के प्रक्षेपवक्र को बदल देता है, जिसके बाद वे चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के चारों ओर घूमते हुए घूमना शुरू कर देते हैं। इस मामले में, प्लाज्मा चुंबकीय क्षेत्र में नहीं चलता है, जिससे कोई गर्मी प्रवाह नहीं होता है। यह सिद्धांत टोकामक इंस्टॉलेशन का आधार है, जिसके अंदर एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ "डोनट" का आकार होता है, जो नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के लिए प्लाज्मा को चुंबकीय रूप से सीमित करने के लिए हमारे देश में प्रस्तावित है। पृथ्वी पर सूर्य कैसे बनाया जाए, इस पर विचारों की दौड़ में, ये प्रतिष्ठान अब अग्रणी हैं।

एक और व्यवस्था है. सीधे शब्दों में कहें तो, यह एक अनुदैर्ध्य चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक लंबी खुली ट्रैप ट्यूब है, जहां प्लाज्मा को दीवार के संपर्क से दूर रखा जाता है, लेकिन यह अपेक्षाकृत स्वतंत्र रूप से फैलता है और अंतिम दीवारों से टकराता है। इन जालों में, हमने इसे बनाना सीखा है ताकि चुंबकीय क्षेत्र के साथ गर्मी का नुकसान प्लाज्मा के मुक्त विस्तार की तुलना में बहुत कम हो जाए।

- हम थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने से कितनी दूर हैं?

ऐसे रिएक्टर हैं जिनका संचालन सिद्धांत टोकामक्स पर आधारित है, अन्य खुले जाल पर, और उदाहरण के लिए, स्पंदित सिस्टम भी हैं, जब ट्रिटियम-ड्यूटेरियम ईंधन की एक बूंद को लेजर से प्रज्वलित किया जाता है, और यह एक सेकंड के लाखोंवें हिस्से में जल जाता है, ऊर्जा प्रदान करना.

टोकामक्स के लिए, 10 वर्षों में फ्रांस में बड़े आईटीईआर रिएक्टर को लॉन्च किया जाएगा - बड़ी जटिलता की एक साइक्लोपियन संरचना, जहां थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा दहन का प्रदर्शन किया जाएगा। इसके अलावा, वहां का तापमान वर्तमान में खुले जाल में प्राप्त तापमान से लगभग 10 गुना अधिक है।

लेकिन, फिर भी, 10 मिलियन डिग्री के तापमान पर, बहुत उपयोगी चीजें की जा सकती हैं - विशेष रूप से, न्यूट्रॉन का एक बहुत शक्तिशाली स्रोत, जिसकी आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की सामग्री के परीक्षण के लिए। (अर्थात, परीक्षण के दौरान टोकामक्स की दीवारें न्यूट्रॉन के एक बहुत शक्तिशाली प्रवाह के संपर्क में आ जाएंगी, और वैज्ञानिक इस प्रकार स्थिति का पूरी तरह से अनुकरण करने में सक्षम होंगे।) न्यूट्रॉन स्रोतों का उपयोग सबक्रिटिकल विखंडन रिएक्टरों के लिए ड्राइवर के रूप में भी किया जा सकता है - उन्हें डाला जाता है एक परमाणु रिएक्टर की प्रणाली के अंदर एक गुणांक लाभ पर काम करना इकाई से कम है। इससे सबक्रिटिकल सिस्टम की सुरक्षा काफी बढ़ जाती है, जो सिद्धांत रूप में चेरनोबिल-प्रकार की दुर्घटनाओं की संभावना को समाप्त कर देती है।

- आपकी उपलब्धि किस प्रकार की सफलता से भरी है?

अब हम रूसी परमाणु विशेषज्ञ उस स्तर पर पहुंच गए हैं जहां हम ऐसे शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोतों के प्रोटोटाइप डिजाइन करना शुरू कर सकते हैं। यदि हम दीर्घावधि को देखें, तो मुझे प्लाज्मा हीटिंग तापमान को 10 मिलियन तक नहीं, बल्कि कहें तो 300 मिलियन डिग्री तक न बढ़ाने पर कोई प्रतिबंध नहीं दिखता है।

इस आधार पर, हम बीआईएनपी में अगली पीढ़ी के जाल बनाने की संभावनाओं पर विचार कर रहे हैं, जिनके मापदंडों में काफी वृद्धि होगी। और हम एक वैकल्पिक आईटीईआर रिएक्टर बनाने के बारे में गंभीरता से सोचेंगे। यदि यह सब काम करता है, तो खुले जाल पर आधारित हमारा थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर टोकामक्स पर आधारित रिएक्टर की तुलना में व्यावसायिक रूप से कहीं अधिक आकर्षक हो सकता है, और फ्रांस में बनाई जा रही संरचना तकनीकी सादगी के मामले में इसका मुकाबला नहीं कर सकती है।

अब हम उस स्तर पर पहुंच गए हैं जहां हम ऐसे शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोतों के प्रोटोटाइप डिजाइन करना शुरू कर सकते हैं। यदि हम दीर्घावधि को देखें, तो मुझे प्लाज्मा हीटिंग तापमान को 10 मिलियन तक नहीं, बल्कि कहें तो 300 मिलियन डिग्री तक न बढ़ाने पर कोई प्रतिबंध नहीं दिखता है।

इस आधार पर, हम बीआईएनपी में अगली पीढ़ी के जाल बनाने की संभावनाओं पर विचार कर रहे हैं, जिनके मापदंडों में काफी वृद्धि होगी। और हम एक वैकल्पिक रिएक्टर बनाने के बारे में गंभीरता से सोचेंगे। यदि सब कुछ ठीक रहा, तो खुले जाल पर आधारित फ्यूजन रिएक्टर टोकामक्स पर आधारित फ्यूजन रिएक्टर की तुलना में व्यावसायिक रूप से अधिक आकर्षक हो सकता है।

- खुले जाल पर आधारित रिएक्टर... अन्य किन तरीकों से वे टोकामक्स से बेहतर हैं?

हमें उम्मीद है कि खुले जाल पर आधारित रिएक्टरों का उद्भव, जिस पर हम वर्तमान में काम कर रहे हैं, कुछ विकास के साथ संभव होगा। टोकामक्स की तुलना में उनके कुछ फायदे हैं। अंतिम लेकिन कम से कम, मेरा मतलब थर्मोन्यूक्लियर ईंधन पर काम करने की संभावना से है, जो या तो बिल्कुल न्यूट्रॉन का उत्पादन नहीं करता है या उनमें से बहुत कम उत्पादन करता है, जो रेडियोधर्मी कचरे के दीर्घकालिक भंडारण और निपटान की समस्या से भरा नहीं है।

आइए ध्यान दें कि परमाणु भौतिकी संस्थान ने पहले ही एक वैकल्पिक आईटीईआर रिएक्टर विकसित करने की योजना की घोषणा की है। संस्थान कोड नाम जीडीएमएल (गैस डायनेमिक ट्रैप) के साथ एक वैकल्पिक रिएक्टर के प्रोटोटाइप की परियोजना के लिए तकनीकी और आर्थिक आधार को अंतिम रूप देने की योजना बना रहा है।

एक खुले जाल पर आधारित थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर डिजाइन का भौतिक आधार

परमाणु भौतिकी संस्थान का नाम किसके नाम पर रखा गया? एसबी आरएएस, नोवोसिबिर्स्क, आरएफ, *****@***आरयू
*नोवोसिबिर्स्क स्टेट यूनिवर्सिटी, नोवोसिबिर्स्क, रूसी संघ
**नोवोसिबिर्स्क राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय, नोवोसिबिर्स्क, रूसी संघ

घने प्लाज्मा और अनुदैर्ध्य नुकसान (जीडीएमएलएस) के बहु-दर्पण दमन के साथ एक नए प्रकार के खुले अक्षीय सममित जाल के विकास के संबंध में, उन पर आधारित थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर कैसा दिख सकता है, इसका अनुमान बहुत रुचि का है। विशेष रूप से, यह मूल्यांकन करना आवश्यक है कि क्या इसमें इग्निशन प्राप्त किया जा सकता है, यह किस ईंधन चक्र के साथ और किन परिस्थितियों में काम कर सकता है, आईटीईआर-प्रकार टोकामक रिएक्टर की विशेषताओं की तुलना में इसका आकार, शक्ति और अन्य विशेषताएं। इस तरह के आकलन से विकास की दिशा निर्धारित करना संभव हो जाएगा जिसमें फ्यूजन रिएक्टर के रूप में टोकामक्स की तुलना में खुले जाल प्रतिस्पर्धी बने रहेंगे। इस कार्य का दूसरा लक्ष्य विभिन्न प्रकार के जालों में प्लाज्मा कारावास से जुड़ी भौतिक और इंजीनियरिंग समस्याओं की समीक्षा करना है, और उन्हें एचडीएमएल जैसी प्रणालियों में कैसे हल किया जाता है।

समीक्षा से पता चलता है कि जाल को दो उपप्रणालियों से युक्त माना जा सकता है - केंद्रीय कोर और किनारों के साथ अनुदैर्ध्य नुकसान को दबाने के लिए सिस्टम। केंद्रीय सक्रिय क्षेत्र एक अर्ध-समान क्षेत्र और 1.5 के क्रम का एक छोटा दर्पण अनुपात वाला एक लंबा दर्पण कक्ष होना चाहिए। यह इस तथ्य के कारण है कि सीमित चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ाना, और, परिणामस्वरूप, प्लाज्मा घनत्व, दर्पण अनुपात को बढ़ाने की तुलना में बहुत अधिक लाभदायक साबित होता है। साथ ही, अधिकतम प्राप्य क्षेत्र सुपरकंडक्टर्स की तकनीकी क्षमताओं द्वारा सीमित है। नीचे से, चुंबकीय दर्पण अनुपात अधिकांश चार्ज प्रतिक्रिया उत्पादों को बनाए रखने की आवश्यकता से सीमित है। जैसा कि जीडीटी समूह के काम में दिखाया गया है, ऐसे चुंबकीय विन्यास में कम अनुप्रस्थ नुकसान के साथ उच्च बी ~ 0.6 के साथ प्लाज्मा को शामिल करना संभव है। कोर को दो प्रकार के अनुदैर्ध्य हानि दमन प्रणालियों द्वारा बंद किया जा सकता है - एंबिपोलर और मल्टी-मिरर, और इन सिद्धांतों को एक डिवाइस में जोड़ा जा सकता है। इस मामले में, गर्म इलेक्ट्रॉनिक घटक को किसी भी मामले में इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता द्वारा बरकरार रखा जाता है, और अंत प्लेटों से ठंडे इलेक्ट्रॉनों को युशमनोव क्षमता द्वारा विस्तारकों में बंद कर दिया जाता है। इस पद्धति का परीक्षण जीडीएल इंस्टालेशन पर भी किया गया था। इसके अतिरिक्त, थर्मल बाधाओं का उपयोग किया जा सकता है। विभिन्न अनुदैर्ध्य अवधारण प्रणालियों की तुलनात्मक प्रभावशीलता पर विचार किया जाता है। इष्टतम विन्यास में अनुप्रस्थ हानि कुल हानि का आधा होना चाहिए। इस स्थिति के साथ, जब सिस्टम को पूरी लंबाई के साथ अनुकूलित किया जाता है, तो वे केवल प्लाज्मा त्रिज्या और रिएक्टर शक्ति को प्रभावित करेंगे। ईंधन चक्र D-T, D-D और D-He3 के साथ वर्णित योजना के आधार पर रिएक्टरों में प्रज्वलन और स्थिर-अवस्था दहन (दहन उत्पादों के संचय के कारण प्लाज्मा संरचना में परिवर्तन को ध्यान में रखते हुए) की स्थितियों पर विचार किया जाता है। इग्निशन और दहन सीमाएं तापमान के संयोजन bBm2kL के संदर्भ में प्राप्त की जाती हैं, जहां Bm अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र है (पहले प्लग में), k अंत प्रणाली का दमन गुणांक है, L सक्रिय क्षेत्र की लंबाई है। रिएक्टर के आकार और शक्ति का अनुमान मौजूदा तकनीकी सीमाओं और स्केलिंग के तहत प्राप्त किया गया था। खुले जाल पर आधारित डी-टी रिएक्टर की न्यूनतम शक्ति और इसकी लागत आईटीईआर जैसी प्रणालियों की तुलना में बहुत कम हो सकती है।

साहित्य

बेक्लेमिशेव ए., अनिकेव ए., बर्दाकोव ए. एट अल। न्यूट्रॉन और सबक्रिटिकल परमाणु विखंडन के लिए संलयन में", एआईपी सम्मेलन कार्यवाही, 2012, वी. 1442, पृष्ठ 147

संलयन जाल

परमाणु भौतिकी संस्थान, रूसी विज्ञान अकादमी की साइबेरियाई शाखा के सभी संस्थानों की तरह, अपेक्षाकृत युवा है: 2008 में यह केवल 50 वर्ष पुराना होगा - इसके कर्मचारियों की औसत आयु के बराबर। यह देखकर संतुष्टि हो रही है कि हाल ही में कई स्नातक और स्नातक छात्र बीआईएनपी में उपस्थित हुए हैं जो इसकी दीवारों के भीतर अपने वैज्ञानिक अनुसंधान को जारी रखने की योजना बना रहे हैं। यह ज्ञात है कि आज के युवा वहीं आकर्षित होते हैं जहां रुचि होती है, जहां विकास की संभावनाएं होती हैं। और आईएनपी में निस्संदेह ऐसी संभावनाएं हैं। इस बात पर भी जोर दिया जाना चाहिए कि सबसे जटिल आधुनिक प्रयोगों को करने के लिए किसी एक व्यक्ति के प्रयासों की नहीं, बल्कि समान विचारधारा वाले लोगों की एक शक्तिशाली टीम की आवश्यकता होती है। इसीलिए संस्थान के लिए नई ताकतों का आगमन इतना महत्वपूर्ण है...

प्लाज्मा एक रहस्यमय मामला है,
स्व-संगठन की संपत्ति रखना

प्लाज्मा एक पूर्ण या आंशिक रूप से आयनित गैस है जिसमें कणों का कुल नकारात्मक चार्ज कुल सकारात्मक चार्ज के बराबर होता है। और इसलिए, सामान्य तौर पर, यह एक विद्युत रूप से तटस्थ माध्यम है, या, जैसा कि भौतिक विज्ञानी कहते हैं, इसमें अर्धतटस्थता का गुण है। पदार्थ की इस अवस्था को चौथी (ठोस, तरल और गैसीय के बाद) समग्र अवस्था माना जाता है और यह 10,000 डिग्री सेल्सियस और उससे ऊपर के तापमान पर अस्तित्व का एक सामान्य रूप है।

प्रकृति में पदार्थ की इस असामान्य स्थिति पर शोध एक सदी से भी अधिक समय से चल रहा है। 20वीं सदी के उत्तरार्ध से, "सामान्य दिशा" एक आत्मनिर्भर नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन प्रतिक्रिया (सीटीएफ) का कार्यान्वयन रही है। उच्च तापमान वाले प्लाज्मा थक्के ब्रह्मांड में बहुत व्यापक हैं: बस सूर्य और सितारों का उल्लेख करें। लेकिन पृथ्वी पर इसकी मात्रा बहुत कम है। ब्रह्मांडीय कण और सौर हवा पृथ्वी के वायुमंडलीय आवरण (आयनोस्फीयर) की ऊपरी परत को आयनित करते हैं, और परिणामस्वरूप प्लाज्मा पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बनाए रखा जाता है। दूसरे शब्दों में, यह एक प्रकार का सांसारिक चुंबकीय जाल है। बढ़ी हुई सौर गतिविधि की अवधि के दौरान, सौर हवा से आवेशित कणों का प्रवाह ग्रह के मैग्नेटोस्फीयर को विकृत कर देता है। जलचुंबकीय अस्थिरता के विकास के कारण, प्लाज्मा ध्रुवों के क्षेत्र में ऊपरी वायुमंडल में प्रवेश करता है - और वायुमंडलीय गैसें, आवेशित प्लाज्मा कणों के साथ बातचीत करके उत्तेजित और उत्सर्जित होती हैं। यह अरोरा की घटना के लिए जिम्मेदार है, जिसे केवल ध्रुवों पर ही देखा जा सकता है।

प्लाज्मा भौतिकी के अध्ययन में "सामान्य दिशा" के साथ, अन्य, कम महत्वपूर्ण, व्यावहारिक दिशाएँ भी हैं। इससे कई नई तकनीकों का उदय हुआ है: प्लाज्मा कटिंग, वेल्डिंग और धातु की सतह का उपचार। प्लाज्मा का उपयोग अंतरिक्ष यान के इंजनों और प्रकाश व्यवस्था के लिए फ्लोरोसेंट लैंप में कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में किया जा सकता है। प्लाज्मा प्रौद्योगिकियों के उपयोग ने माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में वास्तविक क्रांति ला दी है। न केवल प्रोसेसर के प्रदर्शन में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है और मेमोरी क्षमता में वृद्धि हुई है, बल्कि उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले रसायनों की मात्रा भी काफी कम हो गई है - इस प्रकार, पर्यावरणीय क्षति का स्तर कम हो गया है।

सघन उच्च तापमान वाला प्लाज़्मा केवल पृथ्वी पर तारों में मौजूद है, इसे केवल प्रयोगशाला स्थितियों में ही प्राप्त किया जा सकता है। पदार्थ की यह असामान्य स्थिति बड़ी संख्या में स्वतंत्रता की डिग्री और साथ ही, आत्म-संगठित होने और बाहरी प्रभावों पर प्रतिक्रिया करने की क्षमता से कल्पना को आश्चर्यचकित करती है। उदाहरण के लिए, प्लाज्मा को चुंबकीय क्षेत्र में रखा जा सकता है, जिससे यह विभिन्न आकार ले सकता है। हालाँकि, यह उस स्थिति को स्वीकार करने का प्रयास करता है जो इसके लिए सबसे अधिक अनुकूल है, जो अक्सर विभिन्न अस्थिरताओं के विकास की ओर ले जाती है, और, एक जीवित जीव की तरह, चुंबकीय जाल के कठोर "पिंजरे" से मुक्त हो जाती है यदि का विन्यास यह जाल उसे शोभा नहीं देता। इसीलिए भौतिकविदों का कार्य ऐसी स्थितियाँ बनाना है ताकि प्लाज्मा स्थिर रहे, लंबे समय तक और शांति से एक जाल में "जीवित" रहे, और लगभग 10 मिलियन डिग्री सेल्सियस के थर्मोन्यूक्लियर तापमान तक गर्म हो जाए।

आज, दो अद्वितीय बड़े प्लाज्मा जाल बीआईएनपी में सफलतापूर्वक काम कर रहे हैं, जो संस्थान की दीवारों के भीतर पैदा हुए मूल विचारों और सिद्धांतों के व्यावहारिक अनुप्रयोग का परिणाम थे। ये खुले प्रकार के जाल हैं, जो लोकप्रिय बंद चुंबकीय प्रणालियों से काफी भिन्न हैं। वे अपनी रहस्यमय भव्यता और साथ ही संचालन में आसानी से आश्चर्यचकित करते हैं। सुविधाओं पर काम के पूरे इतिहास में, वैज्ञानिक घने गर्म प्लाज्मा को गर्म करने और सीमित करने पर महत्वपूर्ण परिणाम प्राप्त करने में सक्षम रहे हैं, साथ ही पदार्थ की इस चौथी अवस्था के मूलभूत गुणों से संबंधित कई खोजें भी कर पाए हैं। चुंबकीय क्षेत्र के विन्यास को बदलते समय, विद्युत क्षेत्र बनाते समय, विभिन्न अशुद्धियों को जोड़ते समय, साथ ही प्लाज्मा में शक्तिशाली किरणों को इंजेक्ट करते समय और प्लाज्मा की "जांच" करते समय जाल में जीवन के लिए कुछ स्थितियों में हर साल कुछ नया और असामान्य प्रस्तुत किया जाता है। विभिन्न निदानों के साथ। और प्लाज्मा, ऐसे कार्यों पर "प्रतिक्रिया" करते हुए, अनिच्छा से, शोधकर्ताओं के साथ अपने गहरे रहस्य साझा करता है...

गैस डायनेमिक ट्रैप (जीडीटी)

1986 में नोवोसिबिर्स्क इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स में बनाया गया जीडीएल इंस्टॉलेशन, खुले जाल की श्रेणी से संबंधित है और चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा को समाहित करने का काम करता है।

एक शास्त्रीय खुले अक्षीय सममित जाल में चुंबकीय क्षेत्र का विन्यास किनारों पर मैक्सिमा के साथ एक समान चुंबकीय क्षेत्र का एक लम्बा क्षेत्र है, जो एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के रिंग कॉइल्स का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। इन कुंडलियों के नीचे के क्षेत्र (चुंबकीय क्षेत्र द्वारा घेरे गए स्थान के वे क्षेत्र जिसमें यह अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंचता है) को आमतौर पर "चुंबकीय प्लग" कहा जाता है, और इस सिद्धांत के अनुसार व्यवस्थित जाल को "मिरर सेल" कहा जाता है। सरलतम स्थिति में, दर्पण कोशिका में चुंबकीय क्षेत्र केवल चुंबकीय दर्पणों द्वारा निर्मित होता है।

आवेशित प्लाज्मा कण (नकारात्मक इलेक्ट्रॉन और धनात्मक आयन) चुंबकीय दर्पणों के बीच चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ चलते हैं, उनसे परावर्तित होते हैं और इस प्रकार दोलन गति करते हैं। प्लग की संभावित बाधा को दूर करने के लिए पर्याप्त गतिज ऊर्जा वाले कण एक उड़ान में जाल छोड़ देते हैं।

ऊपर वर्णित गैस-डायनामिक ट्रैप (जीडीटी) और पारंपरिक मिरर सेल के बीच अंतर ट्रैप के केंद्र में सजातीय क्षेत्र खंड की बड़ी सीमा और एक बहुत बड़ा "मिरर अनुपात" (अनुपात आर = बी 1 / बी) है। दर्पण में और जाल के केंद्र में चुंबकीय क्षेत्र के मानों में से 2)। इस विन्यास में, आयनों का औसत मुक्त पथ एक समान चुंबकीय क्षेत्र के अनुभाग की लंबाई की तुलना में छोटा है, इसलिए स्थापना से प्लाज्मा का बहिर्वाह गैस गतिशीलता के नियमों के अनुसार होता है, गैस के बहिर्वाह के समान एक छोटे छेद वाले बर्तन से वैक्यूम, जो स्थापना का नाम बताता है। चुंबकीय दर्पणों में "छेद" को बहुत छोटा और प्लाज्मा द्वारा घेरी गई मात्रा को बड़ा बनाकर, नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया को पूरा करने के लिए पर्याप्त प्लाज्मा कारावास समय प्राप्त करना संभव है। सच है, ऐसे दर्पण रिएक्टर की लंबाई कई किलोमीटर होगी। हालाँकि, विभिन्न उपकरणों, तथाकथित एम्बिपोलर प्लग, का उपयोग, जो प्लग में प्लाज्मा प्रवाह को कम करता है, जाल की लंबाई को उचित सीमा तक कम कर देगा। इसलिए, ऐसे जाल की रिएक्टर संभावनाएं आकर्षक बनी हुई हैं। प्लाज्मा कारावास योजना का सबसे आशाजनक थर्मोन्यूक्लियर अनुप्रयोग, जीडीटी के आधार पर, 14 मेव की ऊर्जा के साथ तेज न्यूट्रॉन के एक सरल और विश्वसनीय स्रोत का निर्माण है, जो ड्यूटेरियम और ट्रिटियम नाभिक की संलयन प्रतिक्रिया में पैदा होते हैं। वास्तव में, यह वही थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर है (केवल कम दक्षता के साथ), ऊर्जा की खपत करता है और न्यूट्रॉन का उत्पादन करता है। ऐसे न्यूट्रॉन जनरेटर का उपयोग भविष्य के औद्योगिक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की पहली दीवार के सामग्री विज्ञान परीक्षण करने या कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन के साथ विखंडन रिएक्टर को खिलाने के लिए किया जा सकता है, जो आधुनिक परमाणु ऊर्जा को सुरक्षित बनाता है। परमाणु भौतिकी संस्थान में गैस-गतिशील जाल पर आधारित न्यूट्रॉन स्रोत की परियोजना कई वर्षों से विकसित की गई है। सिद्धांत की भविष्यवाणियों का व्यावहारिक रूप से परीक्षण करने और न्यूट्रॉन स्रोत बनाने के लिए एक डेटाबेस जमा करने के लिए, गैस-गतिशील जाल का एक प्रयोगात्मक मॉडल - एक जीडीएल इंस्टॉलेशन - परमाणु भौतिकी संस्थान एसबी आरएएस में बनाया गया था।

वर्तमान में, सीटीएस की समस्या के समाधान से निपटने वाले अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक समुदाय ने आईटीईआर नामक सबसे बड़े टोकामक-प्रकार के प्लाज्मा जाल का निर्माण शुरू कर दिया है। आने वाले दशकों में, ITER को ड्यूटेरियम और ट्रिटियम की संलयन प्रतिक्रिया के आधार पर एक आत्मनिर्भर नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर पावर प्लांट संचालित करने की संभावना प्रदर्शित करनी चाहिए।
हालाँकि, यह स्पष्ट है कि भविष्य की थर्मोन्यूक्लियर ऊर्जा के आगे विकास और ऐसे स्टेशनों के निर्माण के लिए जो दशकों और यहाँ तक कि सदियों तक काम करेंगे, आज विश्वसनीय सामग्रियों का चयन करना आवश्यक है जो अपने पूरे सेवा जीवन के दौरान मजबूत न्यूट्रॉन प्रवाह का सामना कर सकें। . ऐसी सामग्रियों का परीक्षण करने के लिए एक शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोत की आवश्यकता होती है। बीआईएनपी कई वर्षों से जीडीएल पर आधारित ऐसे स्रोत के लिए एक परियोजना विकसित कर रहा है।
एक खुले गैस-गतिशील जाल पर आधारित एक कॉम्पैक्ट और अपेक्षाकृत सस्ते न्यूट्रॉन स्रोत के अंतर्निहित सभी भौतिक सिद्धांतों का वर्तमान में जीडीटी इंस्टॉलेशन में प्लाज्मा के संचय, कारावास और हीटिंग पर एक वास्तविक प्रयोग में अध्ययन किया जा रहा है। पहले से ही आज, ड्यूटेरियम इंजेक्शन के प्रयोगों में उत्सर्जित न्यूट्रॉन प्रवाह का प्रत्यक्ष माप किया जा रहा है। दिए गए प्रायोगिक मापदंडों के तहत ड्यूटेरियम-ड्यूटेरियम संलयन प्रतिक्रिया, सामान्य तौर पर, ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्रतिक्रिया की तुलना में एक छोटा प्रवाह उत्पन्न करती है। लेकिन मॉडल गणनाओं की जांच के लिए, जिन्हें भविष्य में स्रोत रिएक्टर की गणना के लिए उपयोग करने की योजना है, वे काफी पर्याप्त हैं। इस दिसंबर में, यह स्थापना 22 वर्ष पुरानी हो गई है: पहला प्लाज्मा 1985 के अंत में प्राप्त किया गया था। जिन लोगों ने इसे बनाया और लॉन्च किया वे आज भी प्रयोगशाला में काम कर रहे हैं।
लेकिन टीम में नए, युवा और ऊर्जावान कर्मचारी भी शामिल किए गए हैं: उनमें से कुछ जीडीएल इंस्टालेशन की उम्र के ही हैं

संस्थापन का मुख्य भाग 7 मीटर लंबा एक अक्षसममित दर्पण सेल है, जिसके केंद्र में 0.3 टी का क्षेत्र और प्लग में 10 टी तक का क्षेत्र है, जिसे दो-घटक प्लाज्मा को शामिल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

घटकों में से एक - गर्म "लक्ष्य" प्लाज्मा - में 100 ईवी तक का इलेक्ट्रॉन और आयन तापमान होता है (यह लगभग 1,200,000 डिग्री सेल्सियस है) और प्रति घन मीटर ~ 5 10 19 कणों का घनत्व होता है। यह घटक ऊपर वर्णित गैस-गतिशील कारावास मोड की विशेषता है। अन्य घटक तेज आयन हैं जिनकी औसत ऊर्जा ~10,000 eV और घनत्व 2 · 10 19 कण प्रति घन मीटर तक है। वे परमाणुओं के शक्तिशाली बीमों के लक्ष्य प्लाज्मा में आयनीकरण के परिणामस्वरूप बनते हैं, जिन्हें विशेष उपकरणों - तटस्थ परमाणु इंजेक्टरों का उपयोग करके जाल में इंजेक्ट किया जाता है। इस तेज़ घटक को शास्त्रीय दर्पण सेल के समान कारावास मोड की विशेषता है: तेज़ आयन चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ चुंबकीय कक्षाओं में चलते हैं और मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के क्षेत्र से परिलक्षित होते हैं। इस मामले में, लक्ष्य प्लाज्मा के कणों (मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों) के साथ बातचीत करते समय तेज आयन धीमा हो जाते हैं और इसे 100 ईवी और उससे अधिक तक गर्म करते हैं। तिरछे इंजेक्शन और कणों के छोटे कोणीय बिखरने के साथ, तेज आयनों का घनत्व प्रतिबिंब क्षेत्र के पास दृढ़ता से चरम (बड़ा) हो जाता है, और यह परिस्थिति न्यूट्रॉन स्रोत के कार्यान्वयन के लिए सबसे आकर्षक है। तथ्य यह है कि संलयन प्रतिक्रिया में न्यूट्रॉन प्रवाह ड्यूटेरियम और ट्रिटियम आयनों के घनत्व के वर्ग के समानुपाती होता है। और इसलिए, इस तरह के घनत्व चयन के साथ, यह केवल रुकने वाले क्षेत्र में केंद्रित होगा, जहां "परीक्षण क्षेत्र" स्थित होगा। शेष स्थापना स्थान पर बहुत कम न्यूट्रॉन भार का अनुभव होगा, जो सभी जनरेटर घटकों की महंगी न्यूट्रॉन सुरक्षा की आवश्यकता को समाप्त कर देगा।

अक्षीय सममित दर्पण सेल के आधार पर रिएक्टर और न्यूट्रॉन स्रोत बनाने की राह में एक महत्वपूर्ण समस्या चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा स्थिरीकरण है। जीडीटी योजना में, यह स्थिरता के लिए अनुकूल चुंबकीय क्षेत्र प्रोफ़ाइल के साथ विशेष अतिरिक्त वर्गों के लिए धन्यवाद प्राप्त किया जाता है, जो चुंबकीय प्लग के पीछे स्थित होते हैं और विश्वसनीय प्लाज्मा स्थिरीकरण सुनिश्चित करते हैं।

खुले जाल पर आधारित नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (सीटीएफ) की एक अन्य महत्वपूर्ण समस्या अंतिम दीवार से प्लाज्मा का थर्मल इन्सुलेशन है। तथ्य यह है कि, टोकामक या स्टेलरेटर जैसी बंद प्रणालियों के विपरीत, प्लाज्मा एक खुले जाल से बाहर निकलता है और प्लाज्मा रिसीवर में प्रवेश करता है। इस मामले में, प्लाज्मा रिसीवर की सतह से प्रवाह की क्रिया के तहत उत्सर्जित ठंडे इलेक्ट्रॉन वापस जाल में प्रवेश कर सकते हैं और प्लाज्मा को काफी ठंडा कर सकते हैं। जीडीएल स्थापना में अनुदैर्ध्य कारावास का अध्ययन करने वाले प्रयोगों में, यह प्रदर्शित करना संभव था कि अंत टैंकों में प्लाज्मा रिसीवर के सामने प्लग के पीछे विस्तारित चुंबकीय क्षेत्र - विस्तारक - ठंडे इलेक्ट्रॉनों के जाल में प्रवेश को रोकता है और प्रभावी थर्मल इन्सुलेशन प्रदान करता है अंतिम दीवार से.

जीडीएल प्रायोगिक कार्यक्रम के ढांचे के भीतर, तेज प्लाज्मा कणों की स्थिरता, लक्ष्य तापमान और घनत्व बढ़ाने से संबंधित कार्य चल रहा है; स्थापना आदि की विभिन्न परिचालन स्थितियों के तहत इसके व्यवहार के अध्ययन के साथ, मौलिक गुणों का अध्ययन भी किया जा रहा है। इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि प्लाज्मा से संबंधित वैज्ञानिक रुचियों और अनुसंधानों का दायरा बहुत व्यापक है।

जीडीएल इंस्टॉलेशन सबसे आधुनिक डायग्नोस्टिक टूल से लैस है। उनमें से अधिकांश हमारी प्रयोगशाला में विकसित किए गए थे और अन्य चीजों के अलावा, विदेशी सहित अन्य प्लाज्मा प्रयोगशालाओं को अनुबंध के आधार पर आपूर्ति की जाती है।

जीडीटी सुविधा में अनुसंधान करने वाले वैज्ञानिकों, इंजीनियरों और तकनीशियनों की टीम छोटी है, लेकिन अविश्वसनीय रूप से सक्षम है। इसके सभी सदस्यों की उच्च स्तर की योग्यता उन्हें उच्च परिणाम प्राप्त करने में मदद करती है। इसके अलावा, वैज्ञानिक कार्यबल को लगातार "युवा रक्त" से भरा जा रहा है - नोवोसिबिर्स्क राज्य विश्वविद्यालय और नोवोसिबिर्स्क राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय के स्नातक। प्रयोगशाला में व्यावहारिक प्रशिक्षण प्राप्त करने वाले विभिन्न पाठ्यक्रमों के छात्र पहले दिन से ही प्रयोगों में सक्रिय भाग लेते हैं, जिससे नए ज्ञान के निर्माण में सीधा योगदान होता है। पहले कोर्सवर्क के बाद, वे प्रयोगशाला में व्यावहारिक प्रशिक्षण के लिए रुकते हैं, सफलतापूर्वक अपने डिप्लोमा का बचाव करते हैं, स्नातक विद्यालय में प्रवेश करते हैं और अपने उम्मीदवार के शोध प्रबंध तैयार करते हैं। हम यह नहीं छिपाएंगे कि इससे हम, वैज्ञानिक नेता, बेहद खुश होते हैं।

एक और जाल - "जीओएल-3" - और थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन पर थोड़ा अलग कोण

मानवता बिजली की कमी का सामना कर रही है, और निकट भविष्य में यह समस्या प्राथमिकता बन जाएगी: अफसोस, मुख्य आधुनिक बिजली संयंत्रों में उपयोग किए जाने वाले ईंधन - तेल और गैस - के भंडार समाप्त हो रहे हैं। इसीलिए थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों को भविष्य के विद्युत ऊर्जा उद्योग का आधार बनना चाहिए।

थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं प्रकाश नाभिक के संलयन की प्रतिक्रियाएं हैं, जैसे हाइड्रोजन आइसोटोप ड्यूटेरियम और ट्रिटियम, जो बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी करती हैं। इन प्रतिक्रियाओं को पूरा करने के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है - 10 मिलियन डिग्री सेल्सियस से अधिक। ज्ञातव्य है कि 10 हजार डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर कोई भी पदार्थ प्लाज्मा बन जाता है। किसी ठोस पिंड के संपर्क में आने से ठोस पिंड की सतह तुरंत ठंडी हो जाती है और विस्फोटक रूप से नष्ट हो जाती है, इसलिए प्लाज्मा को संरचना से अलग किया जाना चाहिए: इस उद्देश्य के लिए इसे चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है।

किसी पदार्थ को भारी तापमान तक गर्म करना और लंबे समय तक चुंबकीय क्षेत्र में रखना बेहद मुश्किल है - और इसलिए कई विशेषज्ञ नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन (सीटीएफ) को मानवता के सामने अब तक का सबसे कठिन कार्य मानते हैं।

इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स एसबी आरएएस में जीओएल-3 इंस्टॉलेशन को मल्टीपल-मिरर चुंबकीय क्षेत्र में थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा को गर्म करने और समाहित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। स्थापना में तीन मुख्य भाग होते हैं: यू-2 त्वरक, एक 12-मीटर सोलनॉइड (एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए एक इकाई) और एक आउटपुट इकाई।

इंस्टालेशन में उपयोग किया गया इलेक्ट्रॉन बीम दुनिया के सबसे शक्तिशाली त्वरक (अपनी कक्षा में) यू-2 द्वारा बनाया गया है। इसमें, विस्फोटक उत्सर्जन कैथोड से विद्युत क्षेत्र द्वारा इलेक्ट्रॉनों को खींचा जाता है और लगभग 1 मिलियन वोल्ट के वोल्टेज द्वारा त्वरित किया जाता है। 50,000 एम्पीयर के करंट पर, सिस्टम की शक्ति 50 गीगावॉट तक पहुँच जाती है। (लेकिन पूरे नोवोसिबिर्स्क में दिन के समय 20 गुना कम ऊर्जा की खपत होती है।) लगभग 8 माइक्रोसेकंड की बीम अवधि के साथ, इसमें 200,000 J तक ऊर्जा होती है (जो एक हैंड ग्रेनेड के विस्फोट के बराबर है)।

मुख्य सोलनॉइड में, जब एक किरण n = 10 20 -10 22 कणों प्रति घन मीटर के घनत्व के साथ ड्यूटेरियम प्लाज्मा से गुजरती है, तो दो-धारा अस्थिरता के विकास के कारण, बड़े स्तर का माइक्रोटर्बुलेंस उत्पन्न होता है और किरण खो जाती है अपनी ऊर्जा का 40%, इसे प्लाज्मा इलेक्ट्रॉनों में स्थानांतरित करता है। ताप दर बहुत अधिक है: 3-4 माइक्रोसेकंड में, प्लाज्मा इलेक्ट्रॉनों को लगभग 2,000-4,000 eV (23-46 मिलियन डिग्री सेल्सियस: 1 eV = 11,600 डिग्री सेल्सियस) के तापमान तक गर्म किया जाता है - यह खुले जाल के लिए एक विश्व रिकॉर्ड है (तुलना के लिए: संयुक्त राज्य अमेरिका में 2XIIB इंस्टॉलेशन पर, तापमान 300 eV बनाम GOL-3 पर 2,000-4,000 eV से अधिक नहीं था)।

मुख्य सोलनॉइड में चुंबकीय क्षेत्र मल्टी-मिरर (55 मिरर सेल) है, यानी क्षेत्र की मैक्सिमा (5 टी) और मिनिमा (3 टी) वैकल्पिक है, और मैक्सिमा (22 सेमी) के बीच की दूरी के क्रम की है आयन पथ की लंबाई. इससे क्या होता है: यदि कोई आयन एक दर्पण सेल को छोड़ देता है और चुंबकीय क्षेत्र के साथ उड़ता है, तो पड़ोसी दर्पण सेल में यह दूसरे कण से टकराएगा, जिसके परिणामस्वरूप इसे पड़ोसी दर्पण सेल द्वारा पकड़ लिया जा सकता है, और फिर यह "भूल जाएगा" कि वह कहाँ उड़ रहा था। इस प्रकार, जाल से प्लाज्मा का विस्तार काफी धीमा हो जाता है। लेकिन जीओएल-3 पर गर्म प्लाज्मा प्रतिधारण समय 1 मिलीसेकंड तक है, जिसे वैज्ञानिकों की निस्संदेह उपलब्धि माना जा सकता है।

एकाधिक दर्पण किरण से प्लाज्मा इलेक्ट्रॉनों तक ऊर्जा के हस्तांतरण में असमानता पैदा करते हैं: जहां चुंबकीय क्षेत्र मजबूत होता है, इलेक्ट्रॉनों का ताप अधिक मजबूत होता है। जब एक बीम द्वारा गर्म किया जाता है, तो उच्च स्तर की अशांति इलेक्ट्रॉनिक तापीय चालकता के मजबूत (एक हजार गुना से अधिक) दमन में योगदान करती है, इसलिए तापमान की असमानताएं बराबर नहीं होती हैं, और परिणामस्वरूप, प्लाज्मा दबाव में बड़े अंतर होते हैं: इस कारण से, प्लाज्मा समग्र रूप से गति करना शुरू कर देता है। उच्च दबाव वाले क्षेत्रों से दोनों तरफ दबाव मिनिमा तक, दो काउंटर प्लाज्मा प्रवाह चलना शुरू हो जाते हैं, जो टकराते हैं और 1-2 केवी के तापमान तक गर्म हो जाते हैं (यह सूर्य के केंद्र की तुलना में थोड़ा अधिक है)। इस तीव्र तापन तंत्र की खोज GOL-3 पर चार साल पहले प्रयोगों के दौरान की गई थी। सिद्धांत से यह पता चला कि इसके साथ प्लाज्मा घनत्व में तेज उछाल आना चाहिए, जिसे जल्द ही थॉमसन ने लेजर बीम के बिखरने से खोजा।

मुख्य सोलनॉइड से गुजरने के बाद, किरण आउटपुट नोड में प्रवेश करती है, जो इलेक्ट्रॉनों की एक शक्तिशाली किरण, साथ ही प्लाज्मा प्रवाह को नष्ट किए बिना प्राप्त करने में सक्षम है। ऐसा करने के लिए, आउटपुट नोड में चुंबकीय क्षेत्र अपसारी होना चाहिए, जिससे बीम में ऊर्जा घनत्व 50 गुना कम हो जाए, और बीम रिसीवर ग्रेफाइट होना चाहिए। ग्रेफाइट की ख़ासियत, सबसे पहले, यह है कि इसमें तरल चरण नहीं होता है, यह तुरंत वाष्पित हो जाता है; दूसरे, इसका घनत्व कम (2 ग्राम/सेमी 3) है, जिसके कारण इसमें इलेक्ट्रॉन रेंज धातुओं की तुलना में अधिक है, और इसलिए, ऊर्जा बड़ी मात्रा में जारी होती है और विस्फोटक विनाश की सीमा से अधिक नहीं होती है। ग्रेफाइट, और इसलिए ग्रेफाइट का क्षरण छोटा है - प्रति शॉट लगभग 1 माइक्रोन। इंस्टॉलेशन के आउटपुट पर एक शक्तिशाली प्लाज्मा प्रवाह की उपस्थिति भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों के लिए सामग्रियों के विकिरण पर प्रयोग करना संभव बनाती है: इन रिएक्टरों को इतने उच्च स्तर के थर्मल भार के अधीन किया जाएगा, जो अभी भी अवास्तविक है आज अन्य प्लाज़्मा प्रतिष्ठानों में उपलब्धि हासिल करें।

एक अन्य महत्वपूर्ण कार्य जिसे आउटपुट नोड का उपयोग करके हल किया जा सकता है वह मुख्य सोलनॉइड के माध्यम से बीम परिवहन की सुरक्षा सुनिश्चित करना है। समस्या की जटिलता इस तथ्य में निहित है कि सोलनॉइड (30 kA) में बीम करंट स्थिरता सीमा (GOL-3 कैमरे के लिए - 12 kA) से अधिक है, इसलिए बीम अस्थिर है और दीवार पर फेंका जा सकता है या इंट्रा-चैंबर संरचनाएं, जो उनके विनाश का कारण बनेंगी। इस प्रयोजन के लिए, बीम इंजेक्शन से पहले, आउटपुट नोड में एक डिस्चार्ज (बिजली) मारा जाना चाहिए, और फिर मुख्य सोलनॉइड को अपेक्षाकृत ठंडे (कई ईवी) प्रारंभिक प्लाज्मा से भर दिया जाएगा, जिसमें इलेक्ट्रॉन बीम के इंजेक्शन पर, ए काउंटर करंट प्रेरित होता है, और यह बीम करंट की पूरी तरह से भरपाई करता है, जो सामान्य तौर पर सिस्टम की स्थिरता सुनिश्चित करेगा (कुल करंट 3 kA से अधिक नहीं होगा)।

सीटीएस की सबसे गंभीर समस्याओं में से एक प्लाज्मा स्थिरता है, यानी, ऐसी स्थितियां बनाना जिसके तहत विभिन्न प्लाज्मा अस्थिरताओं के विकास के कारण प्लाज्मा चुंबकीय क्षेत्र में जाल नहीं छोड़ सकता है। खुले जालों के लिए, सबसे खतरनाक नाली की अस्थिरता है। इसका सार यह है कि प्लाज्मा बल की चुंबकीय रेखाओं को अलग कर देता है और उनके बीच से खिसक जाता है। जीओएल-3 प्लाज्मा में, यह अस्थिरता विभिन्न प्लाज्मा रेडी पर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के बदलाव के कारण दब जाती है, जो प्लाज्मा में धाराओं के जटिल विन्यास के कारण उत्पन्न होती है। प्लाज्मा के केंद्र में बीम धारा प्रवाहित होती है और वहां उच्च स्तर की अशांति भी होती है। प्लाज्मा के माध्यम से रिवर्स करंट प्रवाहित होता है, लेकिन केंद्र में अशांति के कारण, इसका प्रतिरोध बढ़ जाता है - और रिवर्स करंट प्लाज्मा कॉर्ड की सतह के साथ प्रवाहित होता है। सीधी-रेखा धारा अपने चारों ओर एक गोलाकार चुंबकीय क्षेत्र बनाती है, जो परिनालिका के अनुदैर्ध्य क्षेत्र के साथ मिलकर एक सर्पिल चुंबकीय क्षेत्र देती है। अलग-अलग त्रिज्याओं पर, धारा अलग-अलग होती है (और अलग-अलग दिशाओं में बहती है) - इसलिए, सर्पिल की पिच और दिशा भी अलग-अलग होती है। इसीलिए जब एक प्लाज़्मा खांचा चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं को एक त्रिज्या पर अलग धकेलता है, तो यह एक अलग कोण पर क्षेत्र रेखाओं का सामना करता है और उन्हें अलग नहीं कर सकता - इस तरह खांचे की अस्थिरता को दबा दिया जाता है।

गर्म प्लाज्मा का निदान करना भी एक कठिन कार्य है, अर्थात इसका तापमान, संरचना, घनत्व, चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और बहुत कुछ निर्धारित करना। आप वहां थर्मामीटर नहीं डाल सकते - यह फट सकता है - और प्लाज्मा ठंडा हो जाएगा। विभिन्न विशेष तरीकों का उपयोग करना आवश्यक है, जो निष्क्रिय और सक्रिय में विभाजित हैं। निष्क्रिय निदान का उपयोग करके, आप अध्ययन कर सकते हैं कि प्लाज्मा क्या उत्सर्जित करता है। सक्रिय लोगों की मदद से, उदाहरण के लिए, लेजर प्रकाश या परमाणुओं की किरणों को प्लाज्मा में इंजेक्ट करें और देखें कि इससे क्या निकलता है।

निष्क्रिय निदान के बीच, GOL-3 इंस्टॉलेशन दृश्य, पराबैंगनी, एक्स-रे और गामा क्षेत्रों में फोटॉन डिटेक्टर और स्पेक्ट्रोमीटर, न्यूट्रॉन डिटेक्टर, एक चार्ज एक्सचेंज न्यूट्रल डिटेक्टर, डायमैग्नेटिक जांच और रोगोस्की बेल्ट संचालित करता है। सक्रिय लोगों में कई लेजर सिस्टम, एक परमाणु बीम इंजेक्टर और ठोस-अवस्था अनाज के एक इंजेक्टर शामिल हैं।

हालाँकि टोकामक्स अब रिएक्टर मापदंडों के सबसे करीब हैं (उनमें उच्च तापमान और कारावास का समय है), जीओएल -3 के लिए धन्यवाद, मल्टीमिरर ट्रैप को फ्यूजन रिएक्टर के एक प्रकार के रूप में भी माना जा रहा है। GOL-3 में प्लाज्मा घनत्व औसतन टोकामक्स की तुलना में लगभग सौ गुना अधिक है; इसके अलावा, टोकामक्स के विपरीत, इस इंस्टॉलेशन में प्लाज्मा दबाव पर कोई प्रतिबंध नहीं है। यदि दबाव चुंबकीय क्षेत्र के दबाव के बराबर है (5 टी ~ 100 वायुमंडल का दबाव बनाता है), तो जाल "दीवार" कारावास मोड में चला जाएगा - चुंबकीय क्षेत्र प्लाज्मा से बाहर धकेल दिया जाता है (चूंकि प्लाज्मा है) प्रतिचुंबकीय) कक्ष की दीवारों के पास केंद्रित और बढ़ेगा और फिर भी प्लाज्मा को धारण करने में सक्षम होगा। वर्तमान में, ऐसा एक भी कारण नहीं है जो मूल रूप से मल्टीमिरर ट्रैप में मुख्य थर्मोन्यूक्लियर मापदंडों (एन, टी और कारावास समय) के विकास को सीमित करेगा।

आज GOL-3 इंस्टालेशन टीम के सामने मुख्य कार्य मल्टीपल-मिरर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर की अवधारणा का विकास है, साथ ही इस अवधारणा के मुख्य प्रावधानों का प्रायोगिक सत्यापन भी है।

केवल रोटी से नहीं...बल्कि रोटी से भी

प्लाज्मा अनुसंधान निदान के बिना नहीं किया जा सकता है, और इसलिए बीआईएनपी के विकास को आसानी से खरीदा जाता है। संस्थान कुछ नैदानिक ​​उपकरणों की आपूर्ति के लिए अनुबंध करता है, और शोधकर्ता अपनी कार्यशालाओं में इन उपकरणों के विकास और संयोजन में लगे हुए हैं। ये मुख्य रूप से डायग्नोस्टिक इंजेक्टर हैं, लेकिन कुछ ऑप्टिकल डिवाइस, इंटरफेरोमीटर आदि भी हैं। मामला अभी भी स्थिर नहीं है: बीआईएनपी यह भी जानता है कि पैसा कैसे कमाया जाए।

साहित्य

1. ए. बर्दाकोव, ए. अज़ानिकोव, वी. एस्ट्रेलिन, ए. बेक्लेमिशेव, वी. बर्मासोव। जीओएल-3 मल्टीमिरर ट्रैप में प्लाज्मा हीटिंग और कारावास // फ्यूजन विज्ञान और प्रौद्योगिकी के लेनदेन। - 2007. - वॉल्यूम। 51. - नहीं. 2टी. - पी.पी. 106-111.

2। मल्टीमिरर ट्रैप GOL-3 // प्लाज्मा भौतिकी में आयनों के तेजी से गर्म होने के तंत्र का अध्ययन। - 2005. - टी. 31. - नंबर 6. - पी. 506-520।

दुनिया में नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन पर काम शुरू हुए आधी सदी से अधिक समय बीत चुका है। इस समस्या का समाधान मानवता को ऊर्जा का लगभग असीमित स्रोत प्रदान करना चाहिए।

सबसे पहले, ऐसा लगा कि ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए प्रकाश नाभिक के संलयन के शांतिपूर्ण उपयोग की समस्या को बहुत जल्दी हल किया जा सकता है, खासकर जब से पास में एक उदाहरण था जब परमाणु बम के पहले परीक्षण से लेकर इसके निर्माण तक चार साल से भी कम समय बीत गया था। सोवियत संघ में पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र। लेकिन नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के साथ, सब कुछ बहुत अधिक जटिल हो गया, और इसके कार्यान्वयन का मार्ग पहले की तुलना में कहीं अधिक लंबा हो गया।

इस समस्या को हल करने के लिए उच्च तापमान वाला सघन प्लाज़्मा बनाना, उसे लंबे समय तक रखना और उसमें होने वाली परमाणु प्रतिक्रियाओं की ऊर्जा का उपयोग करना आवश्यक था। प्लाज्मा को सीमित करने के लिए एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करने का प्रस्ताव किया गया था। हालाँकि, पहले प्रयोगों में ही यह पता चल गया था कि चुंबकीय क्षेत्र में प्लाज्मा अप्रत्याशित रूप से व्यवहार करता है और जल्दी से जाल से गायब हो जाता है। प्लाज्मा में होने वाली सबसे जटिल प्रक्रियाओं को समझने और थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर के निर्माण की दिशा में आगे बढ़ने में बहुत समय लगा।

मल्टी-मिरर ट्रैप GOL-3 - के लिए तैयारी प्रयोग जोरों पर है.

आज तक, टोरॉयडल (डोनट-आकार - एड.) टोकामक-प्रकार की स्थापनाओं पर प्रयोगों में, गर्म प्लाज्मा के मापदंडों में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, जिससे आईटीईआर स्थापना के निर्माण के कार्य में सीधे आगे बढ़ना संभव हो गया है। जो थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा दहन 500 मेगावाट के बिजली स्तर पर लंबे समय तक बनाए रखा जाएगा। निस्संदेह, आईटीईआर परियोजना पूरी मानवता के लिए अत्यधिक महत्वपूर्ण है। इसका पैमाना इतना बड़ा है कि इसका कार्यान्वयन व्यापक अंतरराष्ट्रीय सहयोग के आधार पर ही संभव हो सका।

साथ ही, आईटीईआर में थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा दहन के सफल प्रदर्शन का मतलब यह बिल्कुल भी नहीं है कि भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर टोकामक्स के आधार पर बनाए जाएंगे। समानांतर में, उच्च तापमान प्लाज्मा के भौतिकी पर अध्ययन में, इसे रोकने के लिए चुंबकीय दर्पण के साथ खुले जाल का उपयोग करने का प्रस्ताव किया गया था, जो टोकामक्स से टोपोलॉजिकल रूप से भिन्न था। टोकामक्स की तुलना में इन जालों में कई बुनियादी फायदे हैं। विशेष रूप से, वे डिजाइन में सरल हैं, जो भविष्य में फ्यूजन रिएक्टर के रूप में उनके उपयोग के पक्ष में एक महत्वपूर्ण तर्क हो सकता है। हालाँकि, व्यवहार में यह प्रदर्शित किया जाना बाकी है कि इन जालों में उच्च प्लाज्मा मापदंडों को प्राप्त करना संभव है, जो अभी भी आवश्यकता से काफी कम हैं। परमाणु भौतिकी संस्थान एसबी आरएएस में बेहतर प्लाज्मा कारावास के साथ इस प्रकार की आधुनिक सुविधाओं का उपयोग करके हाल के वर्षों में इस दिशा में महत्वपूर्ण प्रगति हासिल की गई है, जो अनुसंधान के इस क्षेत्र में विश्व के नेताओं में से एक रहा है और बना हुआ है।

GOL-3 नियंत्रण कक्ष।

ऐसे प्रतिष्ठानों में से एक जीओएल-3 मल्टीमिरर ट्रैप है, जहां घने (1023 मीटर -3 तक) प्लाज्मा के साथ प्रयोग किए जाते हैं। इस स्थापना से कई अनूठे परिणाम प्राप्त हुए। विशेष रूप से, सापेक्षतावादी इलेक्ट्रॉन किरण के पारित होने के दौरान प्लाज्मा में सूक्ष्म अशांति के विकास के कारण परिमाण के तीन आदेशों द्वारा अनुदैर्ध्य इलेक्ट्रॉन तापीय चालकता के दमन का प्रभाव खोजा गया, जिससे 4 केवी का इलेक्ट्रॉन तापमान प्राप्त करना संभव हो गया। जाल। मल्टीमिरर चुंबकीय विन्यास में, 1021 m-3 के प्लाज्मा घनत्व पर 2 keV के तापमान पर आयनों के तेजी से गर्म होने के प्रभाव की खोज की गई और उसे समझाया गया। प्राप्त पैरामीटर मल्टीमिरर थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर में भौतिक प्रक्रियाओं का अनुकरण करना संभव बनाते हैं। इसके अलावा, इंस्टॉलेशन थर्मोन्यूक्लियर प्लाज्मा के साथ टोकामक्स में सतह के साथ इलेक्ट्रॉन-गर्म प्लाज्मा की बातचीत के प्रभावों का अध्ययन करना संभव बनाता है।

गैस-गतिशील जाल जीडीएल - प्रोटोटाइप शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोत।

संस्थान ने आधुनिक खुले जालों की एक और योजना प्रस्तावित की और शीघ्रता से कार्यान्वित की - तथाकथित गैस-गतिशील प्लाज्मा जाल (जीपीएल)। जीडीएल की लंबाई और केंद्र और सिरों पर चुंबकीय क्षेत्र का परिमाण इस तरह चुना जाता है कि आयनों का प्रभावी माध्य मुक्त पथ स्थापना की लंबाई से कम हो। ऐसी स्थितियों के तहत, प्लाज्मा जीवनकाल उसी तरह निर्धारित किया जाता है जैसे किसी बर्तन में एक उद्घाटन के माध्यम से साधारण गैस के नुकसान की गणना करते समय किया जाता है, जिसके साथ स्थापना का नाम जुड़ा हुआ है। जीडीटी में प्लाज्मा जीवनकाल इसमें सूक्ष्म उतार-चढ़ाव की उत्तेजना की संभावना के प्रति असंवेदनशील है, और यह प्रयोगात्मक परिणामों की भविष्यवाणी और रिएक्टर स्थितियों के लिए इसके एक्सट्रपलेशन को विश्वसनीय बनाता है। जीडीएल का एक अन्य लाभ एक अक्षीय विन्यास के भीतर प्लाज्मा की हाइड्रोडायनामिक स्थिरता सुनिश्चित करने की क्षमता है। इन सैद्धांतिक निष्कर्षों की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि पहले ही की जा चुकी है। गैस-गतिशील जाल में विशुद्ध रूप से रिएक्टर के संदर्भ में और थर्मोन्यूक्लियर न्यूट्रॉन के सामग्री विज्ञान स्रोत बनाने के आधार के रूप में संभावनाएं हैं।

जीडीएल समूह के युवा कर्मचारी।

जीडीएल स्थापना में, लगभग 4 मेगावाट की कुल शक्ति के साथ ड्यूटेरियम के परमाणु बीम के इंजेक्शन से जाल में प्लाज्मा दबाव को सीमित चुंबकीय क्षेत्र के दबाव के लगभग आधे तक बढ़ाना संभव हो जाता है। इस मामले में देखा गया न्यूट्रॉन विकिरण मुख्य रूप से 45 डिग्री के कोण पर जाल में इंजेक्ट किए गए तेज़ ड्यूटेरॉन के रुकने के बिंदुओं पर केंद्रित है। प्रयोग में उन स्थितियों को पुन: उत्पन्न करने के लिए इंजेक्शन की शक्ति और अवधि को और बढ़ाने के लिए काम चल रहा है जो 0.5 मेगावाट/एम 2 के 14 एमईवी न्यूट्रॉन के फ्लक्स घनत्व के साथ न्यूट्रॉन स्रोत के ड्यूटेरियम-ट्रिटियम प्लाज्मा में मौजूद होंगी। इंजेक्शन में और वृद्धि से न्यूट्रॉन फ्लक्स घनत्व 2 मेगावाट/एम 2 तक बढ़ जाना चाहिए, जो कि अधिकतम भार पर भविष्य के थर्मोन्यूक्लियर टोकामक रिएक्टर की सामग्री के परीक्षण के लिए आवश्यक है।

फोटो वी. नोविकोव द्वारा

ए इवानोव, भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर, बीआईएनपी