Токамак из Фонтенай-Окса-Розы

Тр
Токамак из Фонтенай-Окса-Розы
Тип устройства	Токамак
Расположение	Fontenay-aux-Rose , Париж, Франция
Принадлежность	Полицейский участок атомной энергии
Технические спецификации
Крупный радиус	98 см (39 дюймов) ; (часто перечисляется как 1 м)
Незначительный радиус	20 см (7,9 дюйма) (позже 24 см (9,4 дюйма))
Объем плазмы	1 м 3
Магнитное поле	6,0 т (60 000 г) (тороидальная)
Нагревающая сила	2,2 МВт
Продолжительность разряда	0,25 с
Плазма ток	400 тыс. Лет (конец 600)
Температура плазмы	3 кеВ (электроны)
История
Дата (ы) строительства	1970 по 1973 год
Год (ы) операции	1973–1986
Преуспевает	Разорвать выше

Tokamak de Fontenay-aux-Rose ( TFR ) был первым французским Токамаком , построенным в исследовательском центре Комиссии по атомной энергии Франции (CEA) в Фонтенай-о-роз , коммуне в юго-западном пригороде Парижа. Проект был возглавлял опровержением Пола-Генри , и иногда его в шутку называют «опровержение Токамака Факра»-каламбур от опровержения имени и французское слово «опровержение», что означает «мусор».

TFR был примерно таким же размером, как и современный советский T-3 и американский симметричный токамак , но имел больший внутренний объем плазмы и гораздо более мощный источник питания, который приводил в плазменные токи до 400 000 ампер и до полузащиты. Завершенное в 1973 году, он оставался самым сильным в мире Токамаком до 1976 года, когда он был превзойден Принстоном Большой Торус . Он подвергся нескольким крупным обновлениям в течение своей жизни, которые постоянно улучшали ее производительность.

Среди основных открытий, сделанных на TFR, была проблема сбежавших электронов . В 1973 году, всего через несколько месяцев после начала работы, такое событие сгорело отверстия через вакуумное судно, что требует широкого ремонта. В следующем исследовании выявил новый тип нестабильности плазмы , который ранее не был замечен, сегодня известный как неоклассический транспорт . С тех пор было найдено ряд подобных вопросов, и теперь все они классифицируются как «сбои».

Заменяющее вакуумное судно было быстро поставлено, и устройство вскоре достигло своих целей дизайна. Позже он был расширен несколько раз с более мощными источниками питания и большим количеством систем отопления. TFR был выведен из эксплуатации в 1986 году, когда это был самый старый эксплуатационный токамак. Он был заменен Tore Supra в главном центре атомных исследований Франции, Cadarache .

История

Токамак Раш

Когда в 1965 году концепция Токамака была впервые выявлена советскими исследователями, результаты были настолько хорошими, что международные наблюдатели уволили их из -под контроля. Последующее наблюдение в 1968 году показало еще лучшие результаты, в 10-100 раз лучше всего можно увидеть в других лабораториях. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Еще раз другие лаборатории отклонили советские результаты. На этот раз, однако, Лев Артимович был подготовлен . Он пригласил команду британских исследователей по прозвищу «The Culham Five», чтобы измерить температуру электронов в устройстве T-3, используя их недавно разработанное Laser Thomson Discatation Diagnostic Equipment, чтобы увидеть, были ли температура, которые они измеряли, были точными. ^{[ 3 ]} После нескольких месяцев настройки и калибровки, к лету 1969 года измерения, проведенные под надзором Дерека Робинсона, показали, что результаты были даже лучше, чем Советы сообщили в предыдущем году. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Результат - это то, что сегодня известно как «токамакский спешник». Эти результаты свидетельствуют о том, что Tokamak был первым крупномасштабным устройством, которое явно преодолела значительный барьер для прогресса до этой даты, диффузии BOHM . В то время как некоторые эксперименты в Великобритании и США также показали признаки победы в этом пределе, они сделали это при более низких температурах, которые не были полезны для слияния. Токамака Плазма оставалась стабильной даже при самых высоких температурах, на которые было способно устройство. Интерес почти ко всем другим подходам уменьшился, и к 1970 году во всем мире были десятки усилий, чтобы победить советские результаты. ^{[ 6 ]}

Тр

В 1970 году было принято решение о концентрации всех исследований Fusion во Франции во Фонтенэй-Ото-Розе , отражая аналогичное решение Великобритании, которое привело к тому, что Ukaea Culham в 1965 году. Планирование TFR началось сразу под руководством Пол-Генри , и Дизайн иногда в шутку называется «опровержением Токамака Фацен». ^{[ 7 ]} Основываясь в основном на советской конструкции T-3, TFR был одинаковым по измерениям и конструкции, но имел гораздо большие источники питания, которые позволили бы им производить более высокую плотность плазмы и в течение более длительного времени, ^{[ 8 ]} и больший внутренний объем плазмы 1 кубического метра. Для сравнения, современный Iter Tokamak составляет 840 кубических метров. ^{[ 7 ]}

TFR произвела свою первую плазму 22 марта 1973 года. Система быстро увеличила свою мощность до трех месяцев спустя, когда отверстие сгорело через внутреннюю стенку вакуумной камеры. Причина этого была быстро определена как из -за луча быстрых электронов , примерно 50 кэВ. Луч, образованный защелкой электронов в магнитном зеркале, сформированном в торе, который подстроен до критического порога. ^{[ 9 ]} В этот момент взаимодействие между электронами и окружающей плазмой вызывает эффект, который был впервые предложен в качестве механизма распространения молнии . ^{[ 10 ]}

Этот ранее невидимый эффект зеркалирования сегодня известен как неоклассический транспорт , который образуется тем, что магнитное поле сильнее во внутреннем радиусе Тороида, чем внешнее, что приводит к отражению низкоэнергетических частиц, когда они движутся по путям, которые приближаются к их ближе к внутренний край. По мере того, как больше этих частиц накапливаются в этих «банановых орбитах», названных так, названными в результате их изогнутой формы, они могут достичь точки, где у них достаточно плотности, чтобы создать канал заряда, который ускоряет их в окружающей плазме, а полученные электронные всплески известный как сбежавшие электроны . ^{[ 9 ]} Сегодня эти события являются частью более широкой группы аналогичных проблем, известных в целом как «разрушения». ^{[ 11 ]}

Вакуумная камера была заменена, и эксперименты начали снова увеличивать производительность, достигнув первоначальных целей по производительности в октябре 1974 года. К тому времени TFR был самым мощным токамаком в мире, достигнув ионных температур 1 кэВ и Лоусона критерий 2.5 ⨉ 10 ¹²/см .S. ^{[ 8 ]}

Даже при более крупных источниках питания система не смогла нагреть плазму до температуры слияния. Это была одна из основных проблем с базовым дизайном Tokamak по сравнению с более ранними системами, такими как Z-Pinch , которые также сильно нагревали их плазму. Чтобы решить это, TFR запланировал почти с самого начала ^{[ 12 ]} Чтобы включить впрыск нейтрального луча , или NBI, который использует небольшой ускоритель частиц , чтобы выстрелить отдельные атомы топлива в реакционную камеру. NBI оба снабжают свежее топливо, а также энергию, которая нагревает плазму. К концу 1975 года инжекторы 500 кВт повысили рабочие температуры до 2 кэВ, хотя при относительно низкой плотности электронов 4,4 ⨉ 10 ¹³/cm³. ^{[ 8 ]}

Продолжающиеся улучшения

В 1977 году вакуумная камера была заменена новой конструкцией, которая удалила внутреннюю оболочку меди , которая была включена для стабилизации плазмы. Советские исследователи разработали новую систему, используя дополнительные магниты и контроль обратной связи, которая предотвращала вертикальное движение плазмы, которую ранее выполняла оболочка. ^{[ 13 ]} Помимо упрощения дизайна, новый макет позволил камере иметь больше точек доступа. ^{[ 8 ]}

Ограничитель был изменен на один из Inconel . Первоначально система использовала ограничитель из молибдена , чья высокая температура плавления позволила ему лучше поглощать тепловую нагрузку ионов, поражающих его. Это также привело к тому, что молибден был разбит в плазму, что вызвало среднюю атомную массу или Z, плазмы, которая превышает 3. Энергия теряется из стабильной плазмы, главным образом благодаря производству света (в этом контексте, известном как излучение), который является продуктом температуры и атомной массы. Из -за z> 3 плотность электронов не может быть увеличена за пределами 6 ⨉ 10 ¹³/cm³. Новый лайнер, наряду с новым систематическим режимом очистки, уменьшил Z обратно в сторону 1 и позволил увеличить плотность до 1,2 ⨉ 10 ¹⁴/cm³. ^{[ 8 ]}

После 1978 года внимание обратилось к тому, чтобы обеспечить больше нагрева за счет использования ионного циклотронного резонансного нагрева или ICRF. ICRF использует радиочастотную энергию, настроенную на частоту ионов циклотрона, чтобы добавить к ним энергию, аналогично тому, как микроволновая печь нагревает воду.

В период с августа 1976 года по сентябрь 1977 года TFR был демонтирован и заменен новым дизайном, иногда известным как TFR-600 . ^{[ 14 ]} Основным отличием с предыдущей версией был максимальный радиус плазмы 24 сантиметров (9,4 дюйма), в сочетании с улучшенным источником питания, способным генерировать ток плазмы 600 кА. ^{[ 13 ]} К августу 1981 года добавление еще пяти линий NBI увеличило мощность отопления ICRF до 2,2 МВт и образовало плазму при 2 кэВ при высокой центральной плотности электронов 2 ⨉ 10 ¹⁴/cm³. ^{[ 12 ]}

Ограничитель Uncel улучшил средний Z, но все же приводил к ионам никеля в плазме. В 1982 году он был заменен одним из углерода, который значительно уменьшил атомную массу, и с этого момента первичные потери не были связаны не с излучением, а потерей электронов. Примерно в 1985 году была установлена новая система отопления, электронную циклотронную резонансную частоту , была установлена в сотрудничестве с Институтом физики плазмы Rijnhuizen (FOM). С окончанием этих экспериментов TRF закрылся после двенадцати лет работы, когда это был самый старый токамак в работе. ^{[ 15 ]}

Описание

TFR был типичным для ранних конструкций Tokamak с использованием цилиндрического поперечного сечения для его плазмы. Вакуумная камера первой версии (TFR 400), используемая с апреля 1973 года по август 1976 года, была умеренно ограничена для ограничения плазмы в рамках радиуса 20 см (7,9 дюйма) в трубе, нагнутой в кольцо 98 сантиметров (39 дюймов) в радиусе Полем ^{[ 16 ]} TFR 600 был аналогичен TFR 400, за исключением того, что толстая медная оболочка была удалена, что позволило радиусу плазмы 24 см (9,4 дюйма) и ток плазмы 600 кА. ^{[ 14 ]}

Однако из-за его внутреннего расположения TFR-600 имел больший 1 кубический метр полезный объем плазмы, чем другие ранние токамаки, такие как советский T-3. Другим важным отличием было гораздо более крупное питание, которое могло бы обеспечить до 400 000 ампер в течение четверти секунды или меньшего количества усилий на срок до полусекунды. ^{[ 7 ]}

Основной поддержкой плазмы была серия из восьми крупных тороидальных магнитов, равномерно распределенных вокруг тора, способного генерировать тороидальное магнитное поле до 6 теслас . ^{[ 16 ]} Внутри них находились два меньших полоидных магнитов, над и под плазматической камерой. Ток был индуцирован в плазму с использованием сердечника трансформатора, расположенного между двумя тороидальными магнитами, его расположение можно увидеть большими кабелями питания, бегущих к нему на вершине сборки. ^{[ 7 ]} Существует значительная открытая комната между тороидальными магнитами, где доступна плазматическая камера. Эти порции имеют ряд портов для впрыска топлива, систем отопления и различных диагностических систем. ^{[ 7 ]}

Первоначальная версия обошлась в общей сложности 15 миллионов франков, почти половина из которых была финансирована европейской программой ядерных исследований и обучения Европы Европы . ^{[ 7 ]}^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}

Ссылки

Цитаты

^ Арну, Роберт (4 августа 2008 г.). «Август 1968: революция в слиянии» . Итер . Получено 2024-07-17 .
^ Kadomtsev, Boris B. (1969-01-31). «Третья Международная конференция по физике плазмы и контролируемого исследования ядерного слияния (Новосибирск, 1–7 августа 1968 года)» (PDF) . Советская физика Успехи . 12 (1): 133–134. doi : 10.1070/pu1969v012n01abeh003921 . ISSN 0038-5670 .
^ Смирнов, вице -президент (2010). «Фонд Токамака в СССР/России 1950–1990» . Ядерное слияние . 50 (1): 014003. BIBCODE : 2010NUCFU..50A4003S . doi : 10.1088/0029-5515/50/1/014003 . ISSN 0029-5515 .
^ Арну, Роберт (9 октября 2009 г.). «Ведение в Россию с термометром» . Итер .
^ Павлин, Нью -Джерси; Робинсон, округ Колумбия; Forrest, MJ; Wilcock, PD; Санников, VV (ноябрь 1969 г.). «Измерение температуры электрона по рассеянию Томсона в Tokamak T3» . Природа . 224 (5218): 488–490. Bibcode : 1969natur.224..488p . doi : 10.1038/2244888a0 . ISSN 1476-4687 .
^ Бромберг 1982 , с. 181-185.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Arnoux 2013 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и TFR 1985 , с. 1025.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Электроны 1975 .
^ Гуревич, Александр и Зибин, Кирилл (май 2005 г.). «Бегемое поломка и тайны молнии». Физика сегодня . 58 (5): 37–43. Bibcode : 2005pht .... 58e..37g . doi : 10.1063/1.1995746 .
^ Тенненбаум, Джонатан (11 мая 2023 г.). «Восточные прорывы Китая сокращают путь к мощности Fusion» . Азия времена .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} TFR 1985 , с. 1027.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Braams & Stot 2002 , с. 153
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Группа TFR (апрель 1979 г.). «Плазменное заключение в TFR Tokamak». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 11 (1–3): 332–344. Bibcode : 1979jmmm ... 11..332t . doi : 10.1016/0304-8853 (79) 90285-3 .
^ TFR 1985 , с. 1031.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Команда TFR (август 1977 г.). «Экспериментальные результаты по сдерживанию и нагреванию плазмы в токамаке fontenay -au -aus -aus (TFR)» (PDF) . Журнал физики Colloques (по -французски). 38 (C3): C3–9-C3-19. Doi : 10.1051/jphyscol: 1977302 . ISSN 0449-1947 .
^ Ассоциация Евратом/Сиа. «Контролируемое термоядерное слияние» . Cordis | Европейская комиссия . Получено 2024-07-19 .
^ Палумбо, Донато (1987). «Природа и перспективы программы слияния Евратома» . Философские транзакции Королевского общества Лондона. Серия A, математические и физические науки . 322 (1563): 199–211. Bibcode : 1987rspta.322..199p . doi : 10.1098/rsta.1987.0048 . ISSN 0080-4614 . JSTOR 37751 .

Библиография

Арну, Роберт (декабрь 2013 г.). "40 лет " Итер Маг
Braams, CM; Stot, PE (2002-06-20). Ядерное слияние: полвека исследований слияния магнитного заключения . Институт физики. ISBN 9781420033786 .
"TFR, Aux-Rose был проведен. Журнал ядерного слияния . 25 (9): 1025–1032. Сентябрь 1985 г. DOI : 0 10.1088/0029-5515/25 / ISSN 0029-5515 .
Бромберг, Джоан Лиза (1982). Fusion: наука, политика и изобретение нового источника энергии . MIT Press. ISBN 978-0-262-02180-7 .
Беглые электроны и аномальное рассеяние электронов, пойманных в локальные впадины TFR Tokamak (технический отчет). Евратом-сей. Декабрь 1975.
Опровержение, PH (1973). «Tokomak TFR из Фонтенай-Окса-Розы и шаги в направлении термоядерного реактора» (PDF) . J. Phys Симпозии . 34 : C2-49-C2-58. Doi : 10.1051/jphyscol: 1973211 .

Внешние ссылки

Официальный веб -сайт CEA (на английском языке)
Страница CEA об истории исследований Fusion (на французском языке)

[1] Арну, Роберт (4 августа 2008 г.). «Август 1968: революция в слиянии» . Итер . Получено 2024-07-17 .

[2] Kadomtsev, Boris B. (1969-01-31). «Третья Международная конференция по физике плазмы и контролируемого исследования ядерного слияния (Новосибирск, 1–7 августа 1968 года)» (PDF) . Советская физика Успехи . 12 (1): 133–134. doi : 10.1070/pu1969v012n01abeh003921 . ISSN 0038-5670 .

[3] Смирнов, вице -президент (2010). «Фонд Токамака в СССР/России 1950–1990» . Ядерное слияние . 50 (1): 014003. BIBCODE : 2010NUCFU..50A4003S . doi : 10.1088/0029-5515/50/1/014003 . ISSN 0029-5515 .

[4] Арну, Роберт (9 октября 2009 г.). «Ведение в Россию с термометром» . Итер .

[5] Павлин, Нью -Джерси; Робинсон, округ Колумбия; Forrest, MJ; Wilcock, PD; Санников, VV (ноябрь 1969 г.). «Измерение температуры электрона по рассеянию Томсона в Tokamak T3» . Природа . 224 (5218): 488–490. Bibcode : 1969natur.224..488p . doi : 10.1038/2244888a0 . ISSN 1476-4687 .

[FOOTNOTEBromberg1982181-185-6] Бромберг 1982 , с. 181-185.

[FOOTNOTEArnoux2013-7] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Arnoux 2013 .

[FOOTNOTETFR19851025-8] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и TFR 1985 , с. 1025.

[FOOTNOTEElectrons1975-9] Jump up to: ^а ^{беременный} Электроны 1975 .

[10] Гуревич, Александр и Зибин, Кирилл (май 2005 г.). «Бегемое поломка и тайны молнии». Физика сегодня . 58 (5): 37–43. Bibcode : 2005pht .... 58e..37g . doi : 10.1063/1.1995746 .

[11] Тенненбаум, Джонатан (11 мая 2023 г.). «Восточные прорывы Китая сокращают путь к мощности Fusion» . Азия времена .

[FOOTNOTETFR19851027-12] Jump up to: ^а ^{беременный} TFR 1985 , с. 1027.

[FOOTNOTEBraamsStot2002153-13] Jump up to: ^а ^{беременный} Braams & Stot 2002 , с. 153

[:0-14] Jump up to: ^а ^{беременный} Группа TFR (апрель 1979 г.). «Плазменное заключение в TFR Tokamak». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 11 (1–3): 332–344. Bibcode : 1979jmmm ... 11..332t . doi : 10.1016/0304-8853 (79) 90285-3 .

[FOOTNOTETFR19851031-15] TFR 1985 , с. 1031.

[:1-16] Jump up to: ^а ^{беременный} Команда TFR (август 1977 г.). «Экспериментальные результаты по сдерживанию и нагреванию плазмы в токамаке fontenay -au -aus -aus (TFR)» (PDF) . Журнал физики Colloques (по -французски). 38 (C3): C3–9-C3-19. Doi : 10.1051/jphyscol: 1977302 . ISSN 0449-1947 .

[17] Ассоциация Евратом/Сиа. «Контролируемое термоядерное слияние» . Cordis | Европейская комиссия . Получено 2024-07-19 .

[18] Палумбо, Донато (1987). «Природа и перспективы программы слияния Евратома» . Философские транзакции Королевского общества Лондона. Серия A, математические и физические науки . 322 (1563): 199–211. Bibcode : 1987rspta.322..199p . doi : 10.1098/rsta.1987.0048 . ISSN 0080-4614 . JSTOR 37751 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]