JET
JET (Joint European Torus)
Этот самый большой на сегодняшний день, наряду с японским JT-60U, токамак мира был создан организацией Евратом в Великобритании, в научном центре Culham Lab. Большой радиус его тора: 2.96 м. Малый радиус: 0.96 м в горизонтальном направлении и 2.1 м - в вертикальном. Объём плазмы - чуть менее ста кубометров. Тороидальное поле: 3.45 тесла.
Токамак представляет собой тороидальную вакуумную камеру, из которой сперва откачивают воздух, а затем заполняют её горючим. После этого с помощью индуктора, в камере создают вихревое электрическое поле. Индуктор является первичной обмоткой большого трансформатора, в котором камера токамака - вторичная обмотка. Электрическое поле вызывает протекание тока и зажигание в камере плазмы. Но для достижения термоядерных температур этого ещё недостаточно. Для данной цели используется комбинированный нагрев плазмы за счёт инжекции быстрых нейтральных атомов и ионно-циклотронного резонанса. Кстати, JET - единственный функционирующий в настоящее время токамак, который может оперировать не только с дейтериевой, но и с дейтериево-тритиевой плазмой (такой способностью обладал также американский TFTR, работавший в 1982-1997 гг.).
JET принадлежит к так называемому "третьему поколению" токамаков, наряду с JT-60U, TFTR, DIII-D, Asdex-U, Tore Supra, T-15. Эти токамаки имеют размеры большого радиуса тора около 2-3-х метров, и токи в них могут достигать нескольких мегаампер.
Внешний вид JET.
Эксперименты с плазмой, содержащей помимо дейтерия тритий, начались на JET 9 ноября 1991 г. Максимальная мощность энерговыделения в результате термоядерных реакций в первом опыте составила 1.7 мегаватт. 30 октября 1997 г. в заключительном эксперименте с дейтериево-тритиевой смесью на JET была достигнута рекордная на сегодня мощность термоядерного энерговыделения 16.1 мегаватт при полной мощности дополнительного нагрева около 25 мегаватт. В некий момент энерговыделение почти сравнялось с мощностью плазменных потерь, точнее - составило около 90% от неё.
Рубеж, когда достигается равенство потерь энергии и энерговыхода реакции синтеза, получил название режима "перевала". На японском токамаке JT60-U на модельной дейтерий-дейтериевой смеси было даже достигнуто положительное энергетическое сальдо (в смысле, энерговыделение превысило бы потери, будь плазма дейтериево-тритиевой). В полноценном же энергетическом реакторе энерговыход должен в пять раз превышать плазменные потери - в этом случае станет возможным самоподдерживающееся термоядерное горение, так как плазма сможет нагреваться в результате торможения образующихся при синтезе ионов гелия.
На рисунке ниже изображён токамак JET изнутри, а на вставке справа - плазма в нём. Её свечение показано цветом. Вообще-то, раскалённая плазма в центре ловушки светится в невидимых рентгеновских лучах. А на снимке заметна плазма, попавшая на стенки и охладившаяся.
Внутри. Напоминающая надувной матрас штука на стене слева от центра снимка - одна из антенн нагрева при помощи ионного циклотронного резонанса.
В результате экспериментов с дейтериево-тритиевой плазмой под воздействием нейтронного излучения внутренняя часть вакуумной камеры становилась радиоактивной, и людям уже нельзя было находится в ней. Для проведения работ внутри камеры пришлось соорудить сложную систему с дистанционным управлением.
На снимках: дистанционно управляемый робот-манипулятор обслуживает рабочую камеру токамака. А именно, заменяет компоненты дивертора - системы, служащей для очистки плазмы от загрязняющих её примесей.
("Укрощение плазмы", Г. Воронов)
То же фото, но кликабельное.
Робот за углом.
Серьёзной проблемой реактора является выбор конструкционных материалов, в первую очередь - материалов первой стенки камеры. Она испытывает большие нагрузки, подвергаясь воздействию излучения, частиц плазмы и образующихся в реакциях энергичных нейтронов.
Атомы материалов, из которых состоят поверхности, непосредственно окружающие плазму, попадают в неё и таким образом её загрязняют. Особенно негативно влияние тяжёлых атомов, так как их присутствие в плазме ведёт к большим потерям энергии на излучение. По этой причине такие поверхности предпочтительно делать из материалов с малым атомным номером. Сегодня все внутренние поверхности крупных токамаков выкладывают графитовыми плитками. Для подавления химического распыления плитки покрывают с помощью газового разряда боросодержащими плёнками.
В JET помимо графита в качестве материала стенок применялся бериллий. Он ещё легче, и при его применении плазма получается лучше по своим свойствам, но у бериллия имеется недостаток в виде сравнительно низкой температуры плавления в 1270 градусов Цельсия, и, кроме того, из-за него образуется токсичная пыль.
Оплавившиеся бериллиевые плитки.
Схематический рисунок токамака JET.
А на рисунке ниже показан реактор ITER, превосходящий установку JET не только по всем линейным размерам (примерно вдвое), но и по величине используемых в нём магнитных полей и протекающих через плазму токов. Намеченная проектировщиками мощность установки - 500 мегаватт (при затрате энергии на входе системы около 50 мегаватт).
("На пути к термоядерной энергетике", Кристофер Ллуэллин-Смит)
Видео.
Click to viewДополнительная ссылка: фотосет fusionenergyvisual, посвящённый JET: http://www.flickr.com/photos/fusionenergyvisual/sets/72157612860804018/.