ИНЕРЦИА́ЛЬНОЕ УДЕРЖА́НИЕ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
Книжная версия:
Электронная версия:
ИНЕРЦИА́ЛЬНОЕ УДЕРЖА́НИЕ плазмы, основанный на использовании инерции вещества способ создания и сохранения требуемых условий в плазме (темп-ры и плотности) в течение некоторого времени, т. н. времени И. у. Удержание плазмы необходимо для осуществления управляемого термоядерного синтеза (УТС). В отличие от квазистационарного магнитного удержания, при котором магнитное поле препятствует разлёту плазмы и уменьшает потери энергии, связанные с теплопроводностью и вылетом заряженных частиц, при И. у. плазма движется беспрепятственно, а условия, необходимые для осуществления термоядерного синтеза (напр., слияния дейтерия и трития), создаются и существуют на стадиях сжатия и расширения. Системы, в которых осуществляется И. у., являются в принципе нестационарными: время И. у. tиу складывается из времени сжатия и расширения плазмы.
Наиболее близка к осуществлению УТС реакция слияния ядер дейтерия D и трития T, протекающая по схеме: D+T→4He+n+17,6МэВ(1)
Если в сфере радиуса R0 находится горячая плазма со ср. демп-рой T0, состоящая из ядер трития, дейтерия с плотностями nT, nD и электронов, то количество реакций синтеза dN/dt в сферич. объёме V за единицу времени можно найти из уравнения: dN/dt=nTnD<σv>DT(4/3)πR30∼
Здесь <σv>DT (в см3/с) – скорость реакции (1) в единице объёма, усреднённая по максвелловским распределениям дейтронов и тритонов и зависящая только от темп-ры T0, σ – сечение реакции, v – тепловая скорость частиц. Скорость реакции в объёме V пропорциональна плотности частиц, т. е. плотности вещества ρD, T=mD, TnD, T (mD,T – масса дейтронов и тритонов). Время tиу, в течение которого эффективно протекает термоядерная реакция, пропорционально времени гидродинамич. движения плазмы (сжатия и расширения) tдв=R0/vдв (vдв – скорость гидродинамич. движения). При сжатии плазмы скорость реакции определяется внешними условиями (внешним давлением); при расширении скорость реакции зависит от энергии, выделившейся в плазме в результате реакций. Скорости сжатия и расширения достигают значений 100–1000 км/с.
Важной характеристикой плазмы, определяющей её способность к самоподогреву за счёт поглощения α-частиц, рождающихся в термоядерной реакции, и, следовательно, к осуществлению самоподдерживающейся термоядерной реакции, является отношение размера (радиуса) плазмы R0 к ср. пробегу α-частиц в этой плазме, lα, т. е. число пробегов α-частиц на этом размере плазмы. Отношение R0/lα оказывается пропорциональным произведению плотности плазмы на её размер к моменту начала реакций, R0/lα∼ρ0R0. Наиболее эффективное термоядерное горение в режиме И. у. возможно при плотностях n≫ 1023 см–3, т. е. необходимо существенное сжатие плазмы, которое обычно осуществляют в системах с центральной симметрией (цилиндр, сфера). Препятствием к достижению высоких степеней сжатия является гидродинамич. неустойчивость (см. Неустойчивости плазмы). Для устойчивости системы И. у. необходимы также симметрия и однородность начального состояния плазмы и сжимающего давления.
Для исследования И. у. используют системы с разл. источниками энергии: мощные электрич. разряды с силой тока, превышающей 10 МА, потоки заряженных частиц от ускорителей, пучки фотонов от сверхмощных лазеров (см. Лазерный термоядерный синтез).