В вышедшем в двух частях первом томе ИНТ «Физика плазмы» были освещены главные направления исследований по управляемому термоядерному синтезу (УТС) как на основе квазистационарного магнитного удержания плазмы в замкнутых (токамак) и открытых системах, так и на основе инерционного удержания (лазерный и электронный УТС). Были описаны также используемые в настоящее время эффективные методы нагрева плазмы до термоядерных температур.

В настоящем сборнике два первых обзора посвящены двум другим направлениям исследований по магнитному удержанию плазмы.

Одно из них, близкое к токамакам, относится к замкнутым стационарным системам, в которых, в отличие от токамака, нет необходимости возбуждать ток в плазме для её удержания. Эти системы, называемые стеллараторами, по геометрии используемого магнитного поля сложнее своих «собратьев» — токамаков и за последнее десятилетие широкого распространения токамаков по лабораториям мира отстали от них по параметрам плазмы. В самое последнее время исследования по стеллараторам активизировались, и можно с уверенностью прогнозировать их дальнейшее широкое развитие. Обзор по стеллараторам написан одним из энтузиастов и активным участником развития стеллараторной программы профессором М. С. Рабиновичем, возглавляющим соответствующие исследования в Физическом институте АН СССР им. П. Н. Лебедева.

Другое направление — системы, основанные на сильном сжатии плазмы магнитным полем (пинчи). Исторически пинчи были первыми системами, где в 1952 г. в плазме получены реакции синтеза ядер дейтерия. Из этого направления исследований родились интересные устройства типа «плазменного фокуса», представляющие собой импульсные источники нейтронного излучения с весьма разнообразным применением. Обзор по пинчевым системам с большой степенью сжатия написан кандидатами физико-математических наук В. А. Бурцевым, В. А. Грибковым и Т. И. Филипповой.

Третий обзор сборника ставит целью осветить важный раздел исследований по УТС — проблему реактора на основе токамака.

Каким должен быть реактор, основанный на магнитной изоляции высокотемпературной плазмы, — этот вопрос встал, естественно, в первые же дни исследований по УТС. Обнаружившиеся, однако, в процессе исследований такие трудности, как неустойчивости плазмы, далеко отодвинули решение чисто реакторных проблем. Около двух десятков лет считалось преждевременным и даже неприличным говорить о них, поскольку не был решён положительно вопрос о самой возможности получения достаточно длительно удерживаемой термоядерной плазмы. Между тем вопрос о требованиях, предъявляемых к реактору, не должен быть безразличен исследователям физики высокотемпературной плазмы. Такие инженерные требования, как условие технологичности отдельных узлов реактора, возможность замены выходящих из строя элементов и т. п., необходимо учитывать и физикам при выборе направления своих исследований по программе УТС. Необходимость увязывания развиваемых физических исследований с требованиями, которым должен удовлетворять реактор, остро ощущали Г. И. Будкер, И. Н. Головин, внесший существенный вклад в инициирование инженерных проработок реактора, и другие. Призыв Г. И. Будкера на Международной конференции 1968 г. в Новосибирске перейти к практическим шагам на пути к реализации термоядерной программы вызвал цепную реакцию активизации инженерных исследований проблем термоядерного реактора. Начиная с 1969 г. стали регулярно проводиться международные конференции по инженерным проблемам управляемого синтеза. Во многих лабораториях мира создаются специальные инженерные группы. По времени это совпало с успехами исследований на токамаках и выхода токамаков на международную арену. Поэтому в большинстве инженерных проработок за основу реактора берётся токамак. В 1976 г. по инициативе академиков Е. П. Велихова и Б. Б. Кадомцева для разработки реакторных проблем создаётся коллектив инженеров и физиков во главе с проф. В. В. Орловым в ИАЭ им. И. В. Курчатова. В 1978 г. Международное агентство по атомной энергии поддержало инициативу Советского Союза о создании международной группы по проработке проекта международного реактора-токамака Интор. Эта группа интенсивно принялась за работу и активизировала деятельность инженерно-физических групп национальных лабораторий. В результате к настоящему времени накоплен значительный багаж знаний по всем многочисленным аспектам проблемы термоядерного реактора. Инженерные проработки оказали существенное влияние и на развитие физических исследований по удержанию плазмы, переставив акценты на приоритете физических исследований. Обозначилась первостепенная важность обеспечения чистоты плазмы, контроля её параметров, необходимость борьбы с неустойчивостью срыва в токамаке. От физиков теперь требуется уже не столько «знать», сколько «уметь». Деятельность Международной рабочей группы по Интору привела к выявлению главных задач физики плазмы сегодняшнего дня и помогла скоординировать программу исследований по УТС. Помещаемый в сборнике обзор участников этой группы доктора физико-математических наук В. И. Пистуновича и кандидата физико-математических наук Г. Е. Шаталова по проблеме реактора-токамака, представит, несомненно, интерес как для инженеров и физиков — «токомачистов», так и для исследователей других направлений УТС.

С токамаками во многом связано и развитие методов численного моделирования процессов в плазме. Об этих методах и их значении рассказывается в кратком обзоре пионеров соответствующих исследований профессоров Ю. Н. Днестровского и Д. П. Костомарова. В настоящее время в издательстве «Наука» готовится монография этих авторов, которая более подробно осветит задачи, методы и результаты численного моделирования в физике высокотемпературной плазмы.

ОТ РЕДАКТОРА
В. Д. Шафранов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА СТЕЛЛАРАТОРАХ
М. С. Рабинович
Физический институт им. П. Н. Лебедева АН СССР

1. Введение	6
2. Описание стеллараторов	13
2.1. Стелларатор Клео	16
2.2. Вандельштейн VIIA (W-VIIA)	17
2.3. Стелларатор Л-2	18
2.4. Стелларатор Гелиотрон Е	19
2.5. Стелларатор-токамак ЛРР-Т-2	20
3. Удержание нагретой ллазмы в стеллараторах	20
3.1. Электронная теплопроводность	20
3.2. Предельно достижимая плотность плазмы при омическом нагреве	28
3.3. Ионная теплопроводность и удержание частиц	30
3.4. Сравнение токамака и стелларатора в одной установке
(ЛРР-Т-2)	31
3.5. Исследование вспомогательных методов нагрева на установке
Клео	34
3.6. Предельные токи в стеллараторе Л-2. Взаимодействие плазмы
со стенкой. Магнитная и углеродная диафрагмы	39
3.7. Нейтральная инжекция в стеллараторе W-VIIA	45
3.8. Бестоковый режим в W-VII-A	48
4. Изучение колебаний плазмы в стеллараторах	51
4.1. Неустойчивость срыва	51
4.2. Большие срывы	56
4.3. Внутренние срывы	57
4.4. Флуктуации плотности плазмы	58
5. Следующий шаг стеллараторной программы	60
5.1. Стелларатор ХФТИ АН УССР Ураган-3	61
5.2. Стеллараторы Торекс-4 и Торекс-А (Массачузетский институт
технологии)	62
5.3. Стелларатор Вистор-U (Висконсинокий университет)	65
5.4. Стелларатор Л-3 ФИАН	66
5.5. Другие системы	68
Литература	71

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПИНЧЕВЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ
В. А. Бурцев, В. А. Грибков, Т. И. Филиппова
Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова
Физический институт им. П. Н. Лебедева АН СССР
Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова

1. Введение	81
1.1. Основные физические процессы при пинч-эффекте	81
1.2. Классификация пинчей	83
2. Классический Z-пинч	85
3. Плазменный фокус (ПФ)	90
3.1. Введение	90
3.2. Общее описание процессов в ПФ	92
3.3. Основные параметры и проблемы ПФ	98
3.3.1. Ток через пинч	98
3.3.2. Напряжение на пинче	101
3.3.3. Распределение плотности	102
3.3.4. Температура и энергия на частицу	103
3.3.5. Быстрые частицы и механизм ускорения. К.п.д. систем	104
3.3.6. Динамика пучков электронов и ионов	105
3.3.7. Нейтроны. Масштабные закономерности	106
3.3.8. Вопросы согласования разрядной камеры с источником
энергии	109
3.4. Возможности ПФ как источника энергии в импульсном УТС	110
3.4.1. Источник импульсной мощности для сжатия мишеней	110
3.4.2. Источник нейтронов на основе ПФ	112
3.4.3. ПФ как генератор мощных электронных и ионных пучков
и способ получения сверхплотных пинчей	113
4. Микропинчи	113
4.1. Физические процессы и экспериментальные результаты	113
4.2. Термоядерные применения микропинчей	117
5. Тета-пинчи	119
5.1. Основные физические процессы. Режим работы	120
5.2. Проблема удержания плазмы и уход частиц через торцы	122
6. Силовое воздействие на пинчи электронными пучками и лазерами	124
6.1. Нагрев пинчевого образования лазерным излучением	125
6.2. Нагрев пинчей с помощью РЭП	126
6.3. Комбинированный нагрев	127
6.4. Создание на основе пинчей мощных источников некогерентного
и когерентного излучений	128
7. Заключение	129

ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР НА ОСНОВЕ ТОКАМАКА
В. И. Пистунович, Г. Е. Шаталов
Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова

1. Введение	139
2. Физические основы реактора-токамака	143
2.1. Удержание энергии и частиц я плазме реактора-токамака	143
2.1.1. Нульмерная модель расчёта	143
2.1.2. Одномерные численные расчёты	146
2.2. Регулирование состава плазмы	150
2.2.1. Накопление гелия и протия	150
2.2.2. Поступление примесей и эрозия стенки	151
2.2.3. Допустимый уровень примесей	152
2.2.4. Регулирование уровня примесей	153
2.2.5. Функции дивертора	154
2.2.6. Типы диверторов	155
2.2.7. Альтернативные решения	157
2.2.8. Подпитка топливом	158
2.3. Нагрев плазмы до зажигания термоядерной реакции	158
2.3.1. Нагрев плазмы путем инжекции нейтралов	159
2.3.2. Высокочастотный нагрев плазмы	161
2.4. Равновесие и устойчивость плазмы	161
2.4.1. Предельные β	162
2.4.2. Неустойчивость срыва	162
2.4.3. Управление равновесием и устойчивостью	162
2.5. Рабочий цикл	163
2.5.1. Начальная стадия	163
2.5.2. Горение реакции	163
2.5.3. Стадия гашения	164
2.6. Непрерывное поддержание тока в токамаке	164
3. Инженерные аспекты реактора	165
3.1. Магнитная система	165
3.1.1. Тороидальные обмотки	165
3.1.2. Индуктор	166
3.1.3. Обмотки равновесия	166
3.1.4. Обмотки дивертора	166
3.2. Вакуум	167
3.3. Система энергопитания	168
3.4. Общая компоновка реактора	168
3.5. Монтаж и дистанционное обслуживание	169
4. Первая стенка, бланкет и защита реактора	169
4.1. Первая стенка и конструкционные материалы	169
4.2. Бланкет	173
4.2.1. Бланкет чистого термоядерного реактора	174
4.2.2. Бланкет гибридного термоядерного реактора	177
4.3. Защита термоядерного реактора	181
4.4. Радиоактивность реактора	182
4.4.1. Тритий	182
4.4.2. Активация конструкционных материалов	183
4.4.3. Радиоактивность гибридных реакторов	183
5. Термоядерные реакторы в энергетике	185
5.1. Гибридные реакторы	185
5.2. Чистые термоядерные реакторы	187
Литература	187

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ В ФИЗИКЕ ПЛАЗМЫ
Ю. Н. Днестровский, Д. П. Костомаров
Институт атомной энергии им. И. В. Курчатова
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

1. Роль математического моделирования в исследованиях по физике
плазмы	190
1.1. Задачи моделирования	190
1.2. Классификация моделей	192
2. Магнитогидродинамические модели	195
2.1. Равновесие	196
2.2. Эволюция равновесия	197
2.3. Устойчивость	198
2.3.1. Решение временной линеаризованной системы
МГД-уравнений	199
2.3.2. Исследование знака потенциальной энергии	200
2.3.3. Минимизация функционала энергии для нахождения спектра
собственных частот	201
2.4. Нелинейные задачи	202
2.4.1. Нелинейное развитие внешних мод	203
2.4.2. Нелинейное развитие внутренних мод m/n=1	203
2.4.3. Нелинейное развитие внутренних мод m/n ≥ 2	203
2.4.4. Винтовые моды с двумя резонансными поверхностями	203
2.4.5. Винтовое равновесие	203
2.4.6. Взаимодействие винтовых мод	204
3. Модели кинетических процессов с кулоновскими столкновениями	204
3.1. Оператор кулоновских столкновений	204
3.2. Математические задачи для кинетических уравнений
с кулоновскими операторами	205
4. Транспортные модели	208
4.1. Физические предпосылки транспортных моделей	208
4.2. Потоки энергии и частиц	210
4.3. Модель для нейтралов	214
4.4. Примеси	215
5. Гибридные модели	217
5.1. Модели нагрева плазмы с помощью инжекции пучка нейтралов
высокой энергии	217
5.2. Влияние МГД-перемешивания на баланс энергии и частиц	219
6. Заключение	221
Литература	222

Книги на ту же тему

Вопросы теории плазмы. Выпуск 5, Леонтович М. А., ред., 1967
Стеллараторы, 1991
Вопросы теории плазмы. Выпуск 16, Кадомцев Б. Б., ред., 1987
Собрание трудов в двух томах (комплект из 2 книг), Соловьёв Л. С., 2001
Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 3, Шафранов В. Д., ред., 1982
Вычислительные методы в физике плазмы, Олдер Б., Фернбах С., Ротенберг М., ред., 1974
Магнитное пересоединение: магнитогидродинамическая теория и приложения, Прист Э., Форбс Т., 2005
Магнитное пересоединение в двумерных и трёхмерных конфигурациях, 1996
Математическое моделирование плазмы. — 2-е изд., перераб. и доп., Днестровский Ю. Н., Костомаров Д. П., 1993
Управляемый термоядерный синтез, Киллин Д., ред., 1980
Физика высокотемпературной плазмы, Саймон А., Томпсон У., 1972
Вопросы теории плазмы. Выпуск 7, Леонтович М. А., ред., 1973
Вопросы теории плазмы. Выпуск 17, Кадомцев Б. Б., ред., 1989
Вопросы теории плазмы. Выпуск 2, Леонтович М. А., ред., 1963
Вопросы теории плазмы. Выпуск 9, Михайловский А. Б., ред., 1979
Вопросы теории плазмы. Выпуск 8, Леонтович М. А., ред., 1974
Вопросы теории плазмы. Выпуск 18, Кадомцев Б. Б., ред., 1990
Взаимодействие сильных электромагнитных полей с плазмой, Геккер И. Р., 1978
Известия высших учебных заведений. Радиофизика: Нелинейные волны, 1976
Коллективные явления в плазме. — 2-е изд., испр. и доп., Кадомцев Б. Б., 1988
Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса, Заславский Г. М., Сагдеев Р. З., 1988
Введение в нелинейную физику плазмы, Кингсеп А. С., 2004
Многоволновые процессы в физике плазмы, Куклин В. М., Панченко И. П., Хакимов Ф. Х., 1989
Статистическая теория неравновесных процессов в плазме, Климонтович Ю. Л., 1964
Неравновесные явления: Уравнение Больцмана, Ланфорд III О. Э., Гринберг У., Полевчак Я., Цвайфель П. Ф., Эрнст М. X., Черчиньяни К., Кэфлиш Р. Э., Шпон Г., 1986
Введение в физику плазмы, Смирнов Б. М., 1975
Основы электродинамики плазмы: Учебник для физических специальностей университетов. — 2-е изд., перераб. и доп., Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А., 1988
Теория многих частиц, Власов А. А., 1950
Введение в физику плазмы, Чен Ф., 1987
Процессы переноса в пристеночных слоях плазмы, Котельников В. А., Ульданов С. В., Котельников М. В., 2004
Физика лазерного термоядерного синтеза, Басов Н. Г., Лебо И. Г., Розанов В. Б., 1988
Труды ФИАН; Т. 203. Рентгеновская диагностика лазерной термоядерной плазмы, Склизков Г. В., ред., 1990
Диагностика плотной плазмы, Басов Н. Г., Захаренков Ю. А., Рупасов А. А., Склизков Г. В., Шиканов А. С., 1989
Исследование гидродинамической неустойчивости в задачах лазерного термоядерного синтеза методами математического моделирования, Лебо И. Г., Тишкин В. Ф., 2006
Эховые явления в плазме и плазмоподобных средах, Павленко В. Н., Ситенко А. Г., 1988
Электродинамика плотных электронных пучков в плазме, Кузелев М. В., Рухадзе А. А., 1990
Волны в магнитоактивной плазме, Гинзбург В. Л., Рухадзе А. А., 1970

elapsed time 0.019 sec

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему