Условия термоядерного горения. В наиболее горючей смеси, содержащей равные количества дейтерия и трития, термоядерное пламя вспыхивает при температуре свыше 50 млн. градусов.
Нагрев плазмы до такой температуры представляет собой хотя и трудную, но вполне разрешимую задачу ведь плотность плазмы в реакторе примерно в 100 тыс. раз меньше плотности газа при атмосферном давлении.
Для интенсивного протекания реакции синтеза в токамаке нужно, чтобы плазма занимала достаточно большой объм. Лишь в этом случае частицы и излучения не успеют выйти из плазмы раньше, чем произойдт необходимое для поддержания управляемой реакции число единичных актов синтеза. Математически это можно выразить следующим образом произведение плотности плазмы n на характерное время удержания энергии в плазме должно превосходить некоторое критическое значение зависящее от температуры.
Для DT-цикла n см. Это соотношение называют условием зажигания термоядерной реакции. Как указывалось выше, в термоядерном реакторе плотность DT-плазмы должна превышать, поэтому составляет примерно 1 с. Величина характеризует скорость отвода энергии от плазмы к стенкам реактора. В настоящее время получены вполне наджные экспериментальные и теоретические результаты по удержанию и нагреву плазмы в токамаках.
Они позволяют уверено экстраполировать достигнутые значения е параметров к тем, которые требуются для реактора. 3.2 Нагрев плазмы. Для получения термоядерной температуры джоулев нагрев оказывается недостаточным. С ростом температуры сопротивления плазмы уменьшается, и эффективность такого способа падает. Для дальнейшего увеличения температуры требуется дополнительный нагрев плазмы. Наиболее перспективными представляются два метода нагрева пучками быстрых атомов и токами высокой частоты.
Пучки быстрых атомов формируются с помощью инжекторов ускорителей заряженных частиц, например ядер дейтерия дейтронов. Ускоренные дейтроны проходят через специальный слой нейтрального газа и превращаются в быстрые атомы дейтерия, которые беспрепятственно проникают в плазменный шнур токамака под любым углом к магнитному полю. Уже существуют инжекторы с мощностью пучка свыше 2 МВт при энергии атомов 20-40 кэВ. Использование инжекторов привело к значительному повышению температуры плазмы.
Так на токамаке PLT США этим способом удалось нагреть плазму до 70 млн. градусов. Наряду с инжекцией атомов широко изучается нагрев плазмы высокочастотным магнитным полем. Поместив вблизи рабочей камеры петлю с током высокой частоты, можно возбудить в плазме электромагнитные волны. При соответствующем подборе частоты эти волны будут эффективно поглощаться в плазме, нагревая е. Ввод около 3МВт мощности в области ионной циклотронной частоты с которой ионы вращаются в магнитном поле на той же установке PLT позволил нагреть плазму до 40 млн. градусов.
Если частота возбуждаемых в плазме колебаний близка к циклотронной частоте электронов которая в 3680 раз выше частоты вращения дейтронов, то происходит интенсивный нагрев электронов плазмы. Высокая эффективность нагрева плазмы таким методом была впервые продемонстрирована в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова и в последствии подтверждена на других установках. 3.3