На иллюстрации изображен японский токамак JT-60SA Team. Как стало известно, ученые из Института термоядерного синтеза, в городе Нака, запустили в эксплуатацию передовой токамак под аббревиатурой JT-60SA, который является наиболее крупным действующим устройством данного класса, основанным на сверхпроводящих экспериментальных технологиях. Устройство предназначено для ведения экспериментов по длительному удержанию горячей дейтериевой плазмы в рамках исследований для создаваемого международного токамака-реактора ITER. JT-60SA создавался с 2013 года на базе токамака JT-60, первоначально запущенного в конце 80-х годов прошлого века и два раза модернизировавшегося.
Его сверхпроводящая магнитная система содержит 18 катушек тороидального поля и шесть полоидальных обмоток, а также центральный соленоид, выполненных из ниобий-титана и станнида триниобия и охлаждаемых гелием.
Большой радиус вакуумной камеры токамака составляет 2,96 метра, а малый — 1,18 метра. За поддержание тока в плазме отвечают системы волнового нагрева, такие как LHCD, ICRF и ECRH, а Максимальное значение тороидального магнитного поля составляет 2,25 тесла, тока плазмы — 5,5 мегаампер.
Вакуумная камера обладает двойными стенками, между которыми циркулирует во время работы борированная вода для повышения степени нейтронной защиты. Камера с магнитной системой помещена в цилиндрический криостат диаметром около 14 метров и высотой 15,5 метра. Зажигание разряда и нагрев плазмы осуществляются за счет систем волнового нагрева (ECRH) и инжекции нейтралов.
Первая плазма в токамаке была получена 23 октября 2023 года, ток плазмы составил около 130 килоампер. В начале ноября удалось получить конфигурацию плазмы с Х-точкой, через которую частицы могут покидать область удержания, направляясь к дивертору, а 1 декабря 2023 года был зажжен на 11 секунд разряд с силой тока в один мегаампер.
Ожидается, что JT-60SA сможет создавать и удерживать высокотемпературную дейтериевую плазму до ста секунд и генерировать тепловую мощность до 41 мегаватта. Внутренние компоненты камеры, обращенные к плазме, на первом этапе будут углеродными, затем станут углеродными с вольфрамовым покрытием, а затем — полностью металлическими. Задачами для установки станут исследования для проектов ITER и DEMO по методам получения, нагрева и длительного удержания горячей плотной плазмы, предотвращения срывов и неустойчивостей, а также поведения материалов при высоких тепловых нагрузках и интенсивном облучении. Ранее мы рассказывали о том, как в России состоялся физический пуск токамака Т-15МД.
Справка:
Токамак – это тороидальная магнитная ловушка, предназначенная для осуществления управляемого термоядерного синтеза (УТС). Термин «токамак» был предложен И. Н. Головиным в 1955-1956 гг. Это аббревиатура слов ТОк, КАмера, МАгнитная Катушка, обозначающих основные элементы устройства.
Магнитное поле служит для удержания высокотемпературной плазмы (1) в тороидальной вакуумной камере (2), ограждая плазму от контакта со стенками камеры. В токамаке магнитное поле складывается из поля катушек (3) и поля (4) тока (5), текущего непосредственно по плазме в тороидальном направлении (тороидального тока).
Поле тока перпендикулярно направлению самого тока и полю катушек. Оно закручивает силовые линии магнитного поля по винту, и в итоге они образуют набор вложенных друг в друга тороидальных поверхностей. Такая магнитная конфигурация обеспечивает равновесие плазмы в токамаке, устраняя тороидальный дрейф заряженных частиц плазмы. Отдельная заряженная частица может удерживаться в токамаке бесконечно долго; т. е. токамак является идеальной ловушкой.
Потери плазмы в устройстве определяются переноса процессами, связанными со столкновениями частиц и турбулентностью плазмы. Обмотки (6) служат для создания вертикального поля, обеспечивающего удержание плазменного шнура в целом, и позволяют контролировать форму его сечения.
Отличительная черта токамака – присутствие электрического тока. Для его создания применяется принцип обычного трансформатора с индуктором (7). Первичной обмоткой трансформатора служит центральный соленоид (8), а вторичной, одновитковой обмоткой – собственно плазма. Ток в токмаке создает необходимую для удержания плазмы компоненту магнитного поля и нагревает плазму.
Благодаря такому сочетанию удержания и нагрева токамак занял лидирующее место среди других систем магнитного УТС, таких как стеллараторы, открытые ловушки, пинчи, пинчи с обращенным полем и др. Однако ток может служить и причиной неустойчивостей плазмы, наиболее опасная из которых – неустойчивость срыва, приводящая к выбросу плазмы на стенку и прекращению разряда в токамаке. Задача длительного поддержания тока – главная трудность в обеспечении стационарной работы токамака.
Автор: Александр Войтюк
Источник: https://nplus1.ru/, https://neftegaz.ru/
