Stellarátor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 13. prosince 2020; kontroly vyžadují 7 úprav .

Stellarator  je typ reaktoru pro řízenou termonukleární fúzi . Název pochází z lat.  stella je hvězda , což by mělo naznačovat podobnost procesů probíhajících ve stelarátoru a uvnitř hvězd. Vynalezen americkým fyzikem L. Spitzerem v roce 1950, první vzorek byl postaven pod jeho vedením v následujícím roce v rámci tajného projektu Matterhorn .

Konstrukce a princip činnosti

Stellarator je uzavřená magnetická past pro zadržování vysokoteplotního plazmatu . Zásadní rozdíl mezi stelarátorem a tokamakem je v tom, že magnetické pole pro izolaci plazmatu od vnitřních stěn toroidní komory je kompletně vytvářeno vnějšími cívkami, což mimo jiné umožňuje jeho využití v kontinuálním režimu. Jeho siločáry procházejí rotační transformací, v důsledku čehož tyto čáry opakovaně obíhají podél anuloidu a tvoří systém uzavřených toroidních magnetických ploch vnořených do sebe.

Ve všech stelarátorech postavených ve 20. století byly konfigurace rotační transformace navzájem podobné [1] , jedna z těchto konfigurací byla zažádána o autorský certifikát SSSR pod názvem Torsatron [2] . V této konfiguraci bylo potřebné magnetické pole vytvořeno dvěma vinutími - šroubovitým (vytvářející podélné magnetické pole s vlastností transformace rotace siločar) a poloidálním (kompenzačním) vinutím jej kryjícím, pomocí kterých součástka magnetického pole kolmého k rovině torusu, vytvořeného proudem spirálového vinutí, je kompenzováno v objemu plazmatu . Zařízení stelarátor-torsatron je názorně ukázáno zde [3] . Konfigurace typu „torsatron“ měla k dokonalosti daleko a měla mnoho faktorů, které v praxi výrazně zkracovaly teoretickou dobu zadržení plazmatu. Plazmové zadržování v tokamacích proto mělo dlouhou dobu výrazně lepší výkon než ve stelarátorech [1] . Studium chování plazmatu ve stelarátorech-torsatronech však umožnilo v budoucnu vytvořit stelarátory zásadně nového typu (viz níže).

Výrazného pokroku ve vývoji stelarátorů bylo dosaženo na počátku 21. století díky mohutnému rozvoji počítačových technologií a zejména počítačových systémů pro inženýrské projektování. S jejich pomocí byl optimalizován magnetický systém stelarátoru. V důsledku toho se objevila zcela nová konfigurace rotační transformace - pokud v konfiguraci "torsatron" bylo potřebné magnetické pole vytvořeno dvěma vinutími - spirálovým a poloidálním (viz výše), pak v nové konfiguraci bylo magnetické pole vytvořeno výhradně jedno vinutí, sestávající z modulárních trojrozměrných toroidních cívek, jejichž zakřivený tvar byl vypočítán pomocí výše uvedených počítačových programů [1] .

Pracovní postup

Toroidní vakuová nádoba (stellarátor na rozdíl od tokamaku nemá azimutální symetrii – magnetický povrch má tvar „zmačkané koblihy“) je odčerpána do vysokého vakua a poté naplněna směsí deuteria a tritia. Poté se vytvoří a zahřeje plazma. Energie se do plazmatu vnáší pomocí elektromagnetického záření  - tzv. cyklotronové rezonance . Po dosažení teplot dostatečných k překonání Coulombova odpuzování mezi jádry deuteria a tritia začnou termonukleární reakce .

Skutečnost, že pro magnetické zadržení plazmatu je zapotřebí spíše toroidní než kulovitá nádoba, přímo souvisí s „ježčí větou“ , podle níž „kulovitého ježka“ nelze česat – alespoň v jednom bodě ježek bude jehličí stát kolmo k "povrchu ježka". To přímo souvisí s topologickou vlastností povrchu - Eulerova charakteristika koule je 2. Na druhou stranu je možné torus hladce pročesat, protože jeho Eulerova charakteristika je 0. Při uvažování vektoru magnetického pole jako jehla, je zřejmé, že uzavřenou magnetickou plochou může být pouze plocha s Eulerovou charakteristikou rovnou nule - včetně té toroidní.

Někteří aktivní stelarátoři

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 E. P. Velikhov , S. V. Putvinskij. Termonukleární reaktor  // Termonukleární energie. Stav a role v dlouhodobém horizontu. - 1999. Archivováno 20. září 2020.
  2. ↑ Torsatron - Autorské osvědčení SSSR 15.1.1976 - SU 433908 | Základ patentů SSSR . Datum přístupu: 16. června 2015. Archivováno z originálu 17. června 2015.
  3. ↑ Encyklopedie fyziky a techniky - stelarátory . Datum přístupu: 16. června 2015. Archivováno z originálu 17. června 2015.
  4. ↑ Pravidla sloučení. Německo spustilo nejvýkonnější termonukleární reaktor . Získáno 6. července 2020. Archivováno z originálu dne 25. září 2020.

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích