- здійснення умов, при яких високотемпературна плазма зберігає в заданому обсязі свої щільність (концентрацію ядер) n і темп-ру T протягом досить довгих. часу. У дослідженнях з керованого термоядерного синтезу (УТС), де й виник термін "У. п.", Необхідна тривалість т збереження пор. кинетич. енергії ядра (енергетичних. час життя) оцінюється з умови, що темп зменшення цієї енергії за одиницю часу,. не перевищує темпу виділення енергії в актах синтезу в розрахунку на одне ядро:
МеВ), що виділяється при синтезі двох ядер; -ср. час між актами злиття ядер; -сеченіе злиття ядер з відносить. швидкістю u; кут. дужки означають усереднення по максвелловскую розподілу швидкостей. Темп-pa виражена в енергетичних. шкалою. Її характерний масштаб Т
10 кеВ (темп-pa 1 кеВ відповідає 11. 10 6 До них). В "робочому" діапазоні темп-р дейтерій-тритиевой плазми від 10 до 20 кеВ швидкість термоядерної реакції зростає приблизно квадратично з температурою. В цьому випадку нерівність (1), що визначає ниж. кордон енергетичних. часу життя, може бути записано у вигляді
10 кеВ загальне число ядер дейтерію і тритію не повинно перевищувати Nмакс
З нерівності (3) можна зробити висновок, що термоядерні реакції в плазмі можливі в двох протилежних випадках.
1) Якщо плазма не схильна до дії зовн. сил, то вона вільно розлітається в усі осторонь зі швидкістю близько теплової швидкості ядер зі пор. масою M. Для D-T плазми з рівними концентраціями дейтерію і тритію
Тиск плазми помітно падає лише за час розльоту. де R - характерний поч. розмір нагрітої плазми. Протягом проміжку часу параметри плазми можна вважати незмінними, і якщо щільність плазми і відповідно її тиск дуже високі (щільність n на два порядки вище твердотільної, відповідно тиск p
10 10 -10 11 ат!), То необхідна умова здійснення термоядерної реакції (3) може бути виконано. Оскільки збереження поч. високої щільності енергії відбувається за рахунок інерції плазми. то такий підхід до здійснення керованої термоядерної реакції назвали інерціальним утриманням плазми. При инерциальном утриманні поч. термоядерна плазма створюється за допомогою лазерного випромінювання (див. Лазерний термоядерний синтез) або пучків прискорених частинок. Инерциальное утримання здійснюється і під час вибуху термоядерної бомби. Квазінепереривних виділення термоядерної енергії в УТС на основі инерциального утримання має відбуватися у вигляді мікровзривов з періодом при загальній кількості частинок в кожному мікровзривов N 5 ГДж. Cp. потужність тут визначається періодом повторення мікровзривов і при с буде такою ж, як і при з в умови квазістаціонарного утримання. 2) При стаціонарному (або квазістаціонарному) утриманні, коли час життя плазми перевищує час вільного розльоту, її тиск передається, в кінцевому рахунку, на конструкц. матеріали і обмежена їх міцністю ( сотень атмосфер). Згідно з умовою (3), енергетичних. час життя повинно бути достатньо великим: мс при p = 1000 ат; с при р = 1АТ. Такі тривалості утримання вимагають віддалення високотемпературної області плазми від стінок камери або, точніше, багаторазового спаду тиску від максимального в центрі до мінімального на краях. Спадає розподіл тиску можна здійснити при магн. У. п. Магнітне у.п. - наиб. велика область досліджень в проблемі УТС. Вона традиційно ділиться на три складові частини: рівновагу; стійкість; процеси переносу енергії і часток. Р а в н о в е з і е. При приміщенні плазми у зовн. магн. поле його взаємодія з елект. струмами, що неминуче виникають в плазмі, що знаходиться в магн. поле, або спеціально порушуваними в ній, може врівноважити градієнт тиску плазми в усьому її обсязі (див. Рівновага плазми, Магнітні пастки). Циліндричні. плазмовий шнур, який спирається торцями на електроди, може бути урівноважений в радіальному напрямку власної. магн. полем В пропускається по ньому електричні. струму J (пінч-ефект). Урівноваження плазми в усіх напрямках власної. магн. полем неможливо. Це випливає з інтегральної теореми вириала: Тут -тиск в поперечному, а -в поздовжньому напрямку до магн. полю В; dV- елемент обсягу інтегрування, обмеженого поверхнею, що проходить поза плазми, де її тиск дорівнює нулю; dS - векторний елемент цієї поверхні; (В одиницях СІ). При поширенні області інтегрування до нескінченності права частина (4) звертається в нуль, якщо немає зовн. магн. поля, і необхідна умова рівноваги не виконується. Рівновага тороїдального плазмового шнура круглого перетину з малим а й великим R радіусами при наявності тороїдального поля Вт всередині і ВВН. поза плазми (системи "токамак" і "пинч з зверненим магн. полем") описується умовами рівноваги по малому і великому радіусів тора: Тут кут. дужки означають усереднення за обсягом плазми; - внутр. індуктивність одиниці довжини плазмового шнура з розподіленим тороідальним струмом; -Створювати зовн. провідниками поперечне площині тора магн. поле, яке утримує тороидальний плазмовий шнур від розтягування. Його напрямок таке, що з зовн. боку тора воно посилює, а з внутрішньої послаблює власної. поле тороїдального струму J. Рівновага по великому радіусу тора в стелараторах зобов'язане взаємодії вторинної тороидальной компоненти щільності струму з еф. азимутним магн. полем стелараторі. У с т о ї год і в і с т ь. Задоволення теоретич. умовами рівноваги ще не досить для У. п. Плазма - надзвичайно рухлива середу. Випадково виникли в ній обурення можуть наростати і розкидати плазму. Тому що утримує магн. поле повинно бути таким, щоб плазма, по крайней мере, зберігала б свої положення і форму, т. е. була б стійкою по відношенню до великомасштабних, магнітогідродінаміч. збурень (див. Стабілізація неустойчивостей плазми). П р про ц е з з и п е р е н о с а е н е р г і й і ч а с т і ц. Складна геометрія магн. поля, необхідна для макроскопически стійкої рівноваги плазми, призводить в загальному випадку до посилених, залежний від геометрії поля "неокласичних переносам" енергії і часток плазми, т. е. до погіршення її утримання (див. Перенесення процеси). Тому конфігурація утримує магн. поля повинна вибиратися такий, щоб траєкторії дрейфового руху частинок в магн. поле не дуже сильно відхилялися від магн. поверхонь. Ще більшу небезпеку для У. п. Представляє можливість розвитку мелкомасштабной турбулентності плазми, яка залежить від розподілу щільності і, темп-ри T, щільності поздовжнього струму, а також від ф-ції розподілу часток за швидкостями, що приводить до аномальних переносам, т. Е. до сильного погіршення утримання. Проблема переносу виявилася головною в УTC на основі магн. утримання. Крім магн. утримання в різний час висувалися ін. ідеї У. п електростатичного, утримання газовою хмарою, комбінаціями цих методів з магн. утриманням. Ці методи не набули широкого розвитку. Літ .: Шафранов В. Д. Рівновага плазми в магнітному полі, в сб. Питання теорії плазми, в. 2, під ред. M. А. Леон-товіча, M. 1963; Захаров Л. E. Шафранов В. Д. Рівновага плазми з струмом в тороїдальних системах, там же, ст. 11, під ред. M. А. Леонтовича і Б. Б. Кадомцева, M. 1982; Пустовіт-тов В. Д. Шафранов В. Д. Рівновага і стійкість плазми в стелараторах, там же, ст. 15, під ред. Б. Б. Кадомцева, M. +1987.Схожі статті