Возможноатрон
Возможнотрон устройством , был первым термоядерным энергетическим основанным на концепции пинча , созданным в 1950-х годах. Придуманный Джеймсом (Джимом) Таком во время работы в Национальной лаборатории Лос-Аламоса (LANL), он причудливо назвал устройство, рассчитывая на то, что оно сможет вызывать реакции термоядерного синтеза. [1]
Первый образец был построен зимой 1952/53 года и быстро продемонстрировал ряд нестабильностей в плазме, которые мешали концепции пинча. Последовала серия модификаций, призванных исправить эти проблемы, что привело к созданию окончательной модели «S-4». Ничто из этого не оказалось плодотворным.
История [ править ]
попытки Ранние синтеза
Ученые Лос-Аламосской национальной лаборатории уже давно занимаются изучением ядерного синтеза, и к 1946 году они подсчитали, что стационарную плазму необходимо нагреть до 100 миллионов градусов Цельсия (180 миллионов градусов по Фаренгейту), чтобы «воспламениться» и высвободить сеть. энергия. [2] Это представляло жизненно важный интерес для создателей ядерной бомбы использование небольшого «спускового крючка» атомной бомбы , где для обеспечения необходимой температуры использовалось .
Уловить эту энергию в меньшем промышленном масштабе будет непросто, поскольку плазма при такой температуре расплавит любой физический контейнер. Поскольку плазма электропроводна, было очевидно, что ее можно удерживать с помощью магнита, но правильное расположение полей не было очевидным. Энрико Ферми отметил, что простой тороид приведет к вытеканию топлива из «бутылки». [3] Было изучено несколько устройств, в частности стелларатор, разработанный примерно в 1950 году.
Z-пинч [ править ]
Альтернативным подходом стала концепция «щипка», разработанная в Соединенном Королевстве . [3] В отличие от подходов с магнитной бутылкой , в пинч-устройстве необходимое магнитное поле создавалось самой плазмой. Поскольку плазма электропроводна, если через плазму пропустить ток, это создаст индуцированное магнитное поле. Это поле, посредством силы Лоренца , будет сжимать проводник. В случае с плазмой сила сжала бы ее в тонкую нить, «сжимая» ее. Поскольку ток должен был быть очень большим, пинч-устройства не пытались удерживать плазму на продолжительное время. Они попытаются быстро достичь условий термоядерного синтеза, а затем извлечь энергию из полученных горячих продуктов.
Техника пинчинга была запатентована в 1946 году Джорджем Пэджетом Томсоном и Мозесом Блэкманом , которые исследовали как линейные, так и тороидальные пинч-машины. Джим Так впервые познакомился с этими концепциями в январе 1947 года на встрече, организованной в Исследовательском институте атомной энергии в Харвелле . [4] [5] Так изучил работу Томсона-Блэкмана и пришел к выводу, что они не достигнут состояния термоядерного синтеза, но, тем не менее, будут интересны как экспериментальная система. Работая в лаборатории Кларендона Оксфордского университета , он организовал финансирование экспериментального устройства и приступил к его сборке. Прежде чем оно было завершено, его заманило в США предложение о работе в Чикагском университете (Иллинойс). [5]
Другие команды Великобритании продолжили свои усилия. Томсон передал свои концепции Стэнли (Стэну) В. Казинсу и Алану Альфреду Уэру (1924–2010 гг.). [6] ), который собрал устройство линейного пинча, используя старое радиолокационное оборудование, и начал работу в 1947 году. В последующих экспериментах использовались большие батареи конденсаторов для хранения энергии, которая быстро передавалась в плазму через соленоид , обернутый вокруг короткой трубки. Эти эксперименты продемонстрировали ряд динамических нестабильностей, из-за которых плазма распадалась и ударялась о стенки трубки задолго до того, как она сжималась или нагревалась достаточно для достижения необходимых условий термоядерного синтеза. [3]
После непродолжительного пребывания в Чикаго Так был нанят Лос-Аламосом для работы над проектом «Супер» ( водородная бомба ). [5] где ему поручили рассчитать сечение реакции синтеза дейтерия и трития ядерное . Эта работа продолжала подогревать его интерес к термоядерной энергетике, и в течение 1951 года он провел некоторое время, размышляя над этой проблемой. [7]
В Лос-Аламосе Так ознакомил американских исследователей с британскими усилиями. К этому моменту Лайман Спитцер представил свою концепцию стелларатора и обсуждал эту идею с энергетическим истеблишментом в поисках финансирования. В 1951 году он обратился в Комиссию по атомной энергии США (AEC) с просьбой профинансировать свой проект. Так скептически отнесся к энтузиазму Спитцера и считал его агрессивную программу развития «невероятно амбициозной». [8] Так предложил гораздо менее агрессивную программу, основанную на ущемлении интересов. Оба мужчины представили свои идеи в Вашингтоне, округ Колумбия, в мае 1951 года. В июле Спитцер получил 50 000 долларов, а Така выслали без финансирования. [8] Чтобы не отставать, Так убедил Норриса Брэдбери , директора Лос-Аламоса, выделить ему 50 000 долларов из дискреционного бюджета. [3]
Все еще не убежденный в том, что эта концепция сработает с первой попытки, он назвал этот подход, при участии Станислава Улама , Возможноатроном. [7] [9] Так собрал небольшую команду и, используя найденные детали и бюджетные деньги, построил первый Возможноатрон в 1952/53 году. [3] В возможнотроне использовалась тороидальная трубка, изготовленная в местной стекольной мастерской. В середине тороида находился большой железный сердечник трансформатора , который использовался для индукции тока в газ.
Возможнойтрон быстро обнаружил те же проблемы, что и британские эксперименты. Независимо от того, насколько медленно добавлялся ток, как только он достиг критической точки, возникла нестабильность. В 1954 году Мартин Дэвид Крускал и Мартин Шварцшильд опубликовали критическую статью по этому вопросу, в которой предположили, что все устройства Z-пинча по своей природе нестабильны. [10] Так предложил добавить второе, устойчивое, магнитное поле, проходящее вдоль трубки, концепцию, которую он назвал «добавлением основной цепи к плазме». Для проверки вариаций этих концепций было внесено несколько модификаций Возможноатрона, но ни одна из них не оказалась плодотворной. [11]
из моды -пинч выходит Z
За отказом Возможноатрона последовал отказ других пинч-устройств. Другая группа в Лос-Аламосе работала над другой машиной быстрого сжатия, известной как «Колумб», которая использовала электрические поля вместо магнитных и давала те же результаты. Тем временем гораздо более крупная машина ZETA в Великобритании также потерпела неудачу после того, как с большой помпой опубликовала результаты, в которых говорилось, что они успешно достигли термоядерного синтеза. К 1961 году работа над устройствами Z-пинча в основном закончилась, хотя некоторые исследования соответствующей концепции тета-пинча продолжались . [11]
Так никогда не ограничивался концепцией «щипка» и потратил значительные усилия на другие концепции, что привело к тому, что в Лос-Аламосе стали шутить по поводу его явно несфокусированной работы. [12] На протяжении многих лет он руководил разработкой нескольких других концепций, в том числе реактора с частоколом , новых концепций пинч и работы над основными устройствами.
Ссылки [ править ]
- ^ Браун, Лори М.; Паис, Авраам ; и Пиппард А.Б. «Физика двадцатого века» , с. 1636, ЦРК Пресс , ISBN 0-7503-0310-7 . По состоянию на 8 октября 2010 г.
- ^ Филлипс, стр. 64
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Филлипс, стр. 65
- ^ Герман, стр. 40
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Бромберг, с. 20
- ^ "UTPhysicsHistorySite" . Архивировано из оригинала 29 мая 2022 г. Проверено 29 мая 2022 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бромберг, с. 25
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бромберг, с. 21
- ^ Герман, стр. 41
- ^ Краскал, Мартин; Шварцшильд, Мартин (1954). «Некоторые нестабильности полностью ионизированной плазмы». Труды Лондонского королевского общества, серия A. 223 (1154): 348. Бибкод : 1954РСПСА.223..348К . дои : 10.1098/rspa.1954.0120 . S2CID 121125652 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Филлипс, стр. 66
- ^ Бромберг, стр. 58
Библиография [ править ]
- Джоан Лиза Бромберг, «Термоядерный синтез: наука, политика и изобретение нового источника энергии» , MIT Press, 1982 г.
- Робин Херман, «Слияние: поиск бесконечной энергии» , издательство Кембриджского университета, 1990 г.
- Джеймс Филлипс, «Магнитный синтез» , Los Alamos Science , зима/весна 1983 г.
Термоядерная энергия , процессы и устройства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Основные темы |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Процессы, методы |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Устройства, эксперименты |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
