Концептуальные проекты термоядерных реакторов (ТЯР) и установок управляемого термоядерного синтеза (УТС) могут быть разделены на две главные категории:
установки с магнитным удержанием и
установки с инерциальным удержанием.
Кроме того, предложен еще целый ряд концепций удержания, имеющих второстепенное значение.
В экспериментах по магнитному удержанию, проводимых в течение уже многих лет, плазма удерживается магнитными силами в пространстве, ограниченном магнитными поверхностями. Конфигурации магнитных поверхностей становятся все более сложными для того, чтобы обеспечить возможность самоподдерживающейся реакции ядерного синтеза. Существует большое количество экспериментальных устройств, представляющих собой разные концепции систем с магнитным удержанием, которые можно разделить на две группы:
- тороидальные или замкнутые системы, подобные токамакам и стеллараторам;
- линейные зеркальные или открытые системы, например магнитные ловушки, амбиполярные магнитные ловушки и т. п.
На рис. 15.10 показано сложное спиральное магнитное поле в большом токамаке, а на рис. 15.11, а и б — удерживающие магнитные поля в магнитной ловушке и распределение в ней напряженности магнитного поля.
15.10. Магнитные поля и плазма в токамаке:
Рис. 15.11. Пространственное распределение напряженности (л) удерживающего магнитного поля (б) в амбиполярной магнитной ловушке:
1 — средняя плоскость; 2 — магнитное зеркало; 3 — обмотка магнитного зеркала; 4 — обмотка магнита; 5 — магнитные силовые линии
1 — результирующее магнитное поле; 2 — вертикальное магнитное поле; 3 — обмотки вертикального поля (вне тора); 4 — Z-ось; 5 — тороидальное магнитное поле; 6 — проводящая оболочка; 7 — плазма; 8 — полондальное магнитное поле; 9 — ось тороида; 10 — вертикальная ось; 11 — тороидальный электрический ток; 12 — большой радиус; 13 — малый радиус
Такими полями и удерживается плазма в установках с магнитным удержанием*.
Системы с инерциальным удержанием изучают в связи с возможностью создания плазмы с помощью мощных лазерных пучков. Концепция создания лазерного термоядерного реактора существенно отличается от концепции реактора с магнитным удержанием. Удержание созданной лазером плазмы осуществляется ее собственной инерцией — плазму удерживают силы инерции положительно заряженных ионов самой плазмы. На рис. 15.12 схематически показана схема неодимового лазера и плазменной установки**.
*Наиболее развитым проектом чистого (не гибридного) реактора на основе токамака является проект реактора ИНТОР ’’International Tokamak Reactor” IAEA Viehna, Phase Two A, Part I (1983), Part II (1986).- Прим. пер.
**О ТЯР с инерциальным удержанием см. Калмыков Ю. К., Комин А. В., Кривошеев М. В. Термоядерные реакторы с инерциальным удержанием: Обзор ОСА-65. М : ЦНИИАтоминформ, 1984. 72 с. - Прим. пер.
Основные материалы, которые, по-видимому, будут использованы в ТЯРс магнитным и инерциальным удержанием, одинаковы. Справедливость этого утверждения можно установить, когда будет продемонстрирована возможность создания устройств с управляемой термоядерной реакцией.
Рис. 15.12. Установка с неодимовым лазером для исследования термоядерной плазмы:
1 — задний отражатель; 2 — импульсные лампы; 3 — стержень из неодимового стекла; 4 — передний отражатель; 5 — призмы; 6 — блок формирования световых импульсов; 7 — неодимовый лазер; 8 — блок генератора; 9 — блок дисковых усилителей; 10 — пучок лазера; 11 — детектор нейтронов; 12 — вакуумная камера; 13 — плазма
