ЯДЕРКА_lectures

Рис.20. Схематически установку, предложенную И.Е.Таммом и А.Д.Сахаровым.

Пинч эффект возникает в результате воздействия магнитного поля самого тока на себя. Если мы проанализируем воздействие магнитного поля плазменного шнура на ионы, движущиеся в этом шнуре, то мы убедимся что сила Лоренца, действующая на ионы плазмы, будет сжимать плазменный шнур. Этот пинч – эффект способствует увеличению времени существования плазмы. Создание постоянного магнитного поля, удерживающего ионы плазмы от столкновений со стенками тора, осуществляется с помощью сверхпроводящих соленоидов.

В СССР было создано несколько токамаков. В самом крупном из действующих токамаков, созданных в 1975 году – токамаке Т 10 было достигнуто значен6ие параметра

nτ ≈ 6 1012 cм−3 с при температуре плазмы Т ≈1,2 10 7 К . Неустойчивость плазменного шнура обусловлена различными причинами. Одна из причин – «выжимание» плазменного шнура от внутренней стенки тора к стенке с большим радиусом. Это явление возникает вследствие того, что давление магнитного тороидального поля в области, близкой к стенке тора с меньшим радиусом больше давления магнитного поля в области, прилегающей к стенке тора с большим радиусом. Другой причиной является неоднородность плазменного шнура. Части шнура с меньшим радиусом будут сильнее пережиматься магнитным полем вследствие пинч – эффекта, что приведет к разрыву плазменного шнура.

На построенном в США токамаке TFTR было достигнуто рекордное значение времени τ = 0,19с. Внешний радиус тора равняется R = 248см. . На этой установке была

получена температура Т = 2.2 108 К . Стоимость указанного токамака – 314 миллионов долларов США.

Американский физик Спитцер предложил для создания условий длительного существования плазмы установку, которую он назвал стеллатором. Если тороидальную камеру изогнуть в виде восьмёрки, то такая камера, грубо говоря, будет представлять собой стеллатор. Если создаваемые внутри кждой из двух областей «восьмерки» магнитные поля будут совершенно идентичны, то частицы, благополучно миновавшие одну из областей, могут благополучно «проскочить» и другую такую область. Таким образом можно увеличить время существования плазмы.

Существуют и альтернативные способы осуществления термоядерного синтеза. Советский физик академик А.М.Прохоров предложил интересный способ осуществления такой реакции. Способ заключался в втом, что крупинки твердого термоядерного горючего (дейтерия) в сободном падении проходили через область, в которой создавалась высокая температура, создаваемая батареей лазеров, излучение которых фокусировалось в этой очень малой области (практически – точке). Лазерное излучение разогревало кусочки дейтерия. При этом твердый дейтерий начинал испаряться. При испарении происходило сильное сжатие остающейся некоторое время твердой фазы до таких условий, при которых начиналась термоядерная реакция. Такая установка могла работать в импульсном режиме. Термоядерный синтез происходил в этой установке, А.М.Прохоров даже демонстрировал этот процесс по телевидению.

Упомянем еще об одном способе, предложенном советским физиком, академиком Я.Б.Зельдовичем, который заключается в использовании так называемых мезатомов. Если в атоме дейтерия заменить электрон мюоном (старое название мю – мезон) то получится

мезоатом. Радиус такого мезоатома rµ = h2mµe2 = 2,55 10−11см. Без всякого нагревания такой мезоатом может сблизиться с другим атомом дейтерия. При этом может осуществиться термоядерный синтез. Правда, мюон нестабилен, его время жизни равно

τ = 2,2 10−6 с , однако расчеты показывают, что за это время мезоатом успеет осуществить достаточное число реакций синтеза.

Однако, несмотря на наличие некорого количества альтернативных способов осуществления управляемого термоядерного синтеза, международное научное сообщество в качестве основного избрало способ осуществления термоядерного синтеза с помощью строительства более мощных токамаков. Мы можем надеяться, что в не столь далеком будущем будет создан демонстрационный термоядерный реактор. Наконец, после создания демонстрационного реактора будет открыт путь к строительству электростанции, работающей на использовании реакции термоядерного синтеза.

Литература

1.Таблицы физических велдичин. Справочник под редакцией академика И.К. Кикоина, М

. Атомиздат. 1976.

2.Д.В. Сивухин, Общий курс физики, том 5, Атомная и ядерная физика. М. Физматлит МФТИ 2002.

3.К.Н. Мухин, Экспериментальная ядерная физика тома 1 и 2,. М., Атоиздат, 1974.

4.Г. Фрауенфельдер, Э. Хенли, Субатомная физика, М., Мир, 1989.

5.Л.Б. Окунь, Физика элементарных частиц., М., Наука, 1988.

6.В. Вайскрпф, Физика в двадцатом столети, М., Атоиздат, 1977.

7.Р. Фейнман, Характер физических законов, Библиотечка «Квант»,М., «Наука». 1982.

8.Я. Кокеде, Теория кварков, М., «Мир»,1971.

9.50 лет современной ядерной физике, Сборник статей, М., Энкергоатомиздат, 1982.

10.Ф. Индурайн, Квантовая хромодинамика., М., «Мир». 1986.

11.А.Г. Ситенко, В.Н. Тартаковский, Лекции по теории ядра, М., Атомиздат, 1972.

12.Л.Д. Ландау, я.Б. Смородинский, Лекции по теории ядра, М. Физматгиз, 1955.

13.Х. Джорджи, Единая теория Элементарных частиц и сил. УФН, том 136, стр. 287, (1982).

14.Я.Б. Зельдовия, М.Ю. Хлопов, Драма идейц в познании природв, Библиотечка

«Квант», М.,»Наука», 1988.

15.Л. Валантэн, Субатомная физика ядра и частиц., М.,»Мир», 1986.

16.В.М. Михайлов, О.Е. Крафт, Ялерная физика., Ленинград, Издательство Ленинградского Университета, 1988.

17.Б.Х. Ишмухаметов, Одноэлектронные задачи квантовой механики в квазиклассическом рассмотрении., Издательство Уральского Госуниверситета им. А.М. Горького. Свердловск 1981.

18.Дж. Хединг., Введение в метод фазовых интегралов (Метод ВКБ).,М. 1965.

19.И.М. Дремин, А.Б. Кайданов, Квантовая хромодинамика и феноменология сильных взаимодействий. УФН, том 176 стр 275 (2005)

20.Ф.А. Вильчек, Асимптотическая свобода : от парадоксов к парадигмам. УФН, том 175,

стр 1324, (2005