Принцип удержания плазмы в магнитном поле токамака

В ядерной физике, при исследованиях УТС

для удержания плазмы в некотором объёме,

используется магнитная ловушка — устройство,

удерживающее плазму от контакта с элементами термоядерного реактора.

Принцип удержания плазмы основан на взаимодействии

заряженных частиц с магнитным полем,

а именно на спиральном вращении заряженных частиц

вдоль силовых линий магнитного поля.

Однако, в результате столкновений заряженные частицы

стремятся покинуть магнитное поле.

Поэтому для создания эффективной магнитной ловушки

используются мощные электромагниты потребляющие

огромное количество энергии или применяющие сверхпроводники.

Термоядерный реактор намного безопаснее ядерного реактора.

Количество находящихся в нем радиоактивных веществ невелико.

Энергия, которая может выделиться в результате какой-либо аварии,

тоже мала и не может привести к разрушению реактора.

При этом в конструкции реактора есть несколько естественных барьеров, препятствующих распространению радиоактивных веществ.

Например, вакуумная камера и оболочка криостата должны быть герметичными, иначе реактор просто не сможет работать.

Тем не менее, при проектирования ITER

большое внимание уделялось радиационной безопасности,

как при нормальной эксплуатации, так и во время возможных аварий.

Для предотвращения распространение трития и пыли, если они выйдут за пределы вакуумной камеры, необходима специальная система вентиляции,

которая должна поддерживать в здании реактора пониженное давление.

При строительстве реактора, ITER например, будут применяться материалы,

уже испытанные в ядерной энергетике.

Благодаря этому, наведённая радиоактивность будет сравнительно небольшой.

В частности, даже в случае отказа систем охлаждения,

естественной конвекции будет достаточно для охлаждения

вакуумной камеры и других элементов конструкции.

Даже в случае аварии, радиоактивные выбросы не будут опасны для населения.

Цикл топлива

Реакторы первого поколения будут работать на смеси дейтерия и трития ( D-T) Нейтроны, которые появляются в процессе реакции, поглотятся защитой реактора,

а выделяющееся тепло будет использоваться для нагревания теплоносителя,

и эта энергия, в свою очередь, будет использоваться для вращения генератора.

Тритий получают по реакциям:

Реакция с ⁶Li является экзотермической, обеспечивая получение небольшой энергии.

Реакция с ⁷Li является эндотермической.

Топливо типа D-T имеет ряд недостатков:

- Реакция продуцирует значительное количество нейтронов,

которые активируют реактор и теплообменник.

Нейтронное облучение во время D-T реакции настолько велико,

что после первой серии тестов на JET для завершения годового цикла тестов пришлось разработать роботизированную систему дистанционного обслуживания.

- Требуются мероприятия для защиты от возможного истока радиоактивного трития.

- Только около 20 % энергии синтеза выделяется

в форме заряженных частиц (остальное — нейтроны),

что ограничивает возможность прямого превращения энергии синтеза в электроэнергию.

- Использование D-T реакции зависит от имеющихся запасов лития,

которых значительно меньше чем запасы дейтерия.

Существуют виды топлива, которые лишены указанных недостатков.

Но их использованию препятствует ограничение –

малое значение критерия Лоунсона.

Из всех видов горючего дейтерий-тритиевая смесь требует самого низкого значения nτ, ( на порядок), и самую низкую температуру реакции, ( в 5 раз).

Таким образом, D-T реакция является необходимым первым шагом,

однако использование других видов горючего остается важной целью исследований.