WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica

2021-09-14T23:21:09Z

Bot: Automatski unos stranica

Nova stranica

[[Image:1987 CPA 5891.jpg|thumb|150px| 1987 marka USSR, obilježava istraživanje termonuklearne fuzije na tokamaku]]

'''Tokamak''' je stroj za proizvodnju [[torus|toroidalnog]] magnetskog polja za razgraničenje [[Plazma|plazme]]. To je jedan od najviše istraživanih kandidata za proizvodnju kontrolirane [[nuklearna elektrana|termonuklearne]] [[nuklearna fuzija|fuzijske energije]]. U novije se [[Vrijeme (fizika)|vrijeme]] uređaji ovakvog tipa nazivaju zajedničkim imenom [[fuzijski reaktor|fuzijski reaktori]].

Pojam '''tokamak''' je [[transliteracija]] ruske riječi '''токамак''' koja je sama po sebi kratica od ruske riječi: "'''то'''роидальная '''ка'''мера в '''ма'''гнитных '''к'''атушках" – toroidalna komora s [[Magnetizam|magnetiziranim]] [[Zavojnica|zavojnicama]] (vjerojatno ''tochamac''). Alternativna, vjerojatno starija, skraćenica postoji, značenja toroidalna komora sa aksijalnim magnetskim poljem ('''''to'''roidal'naya '''kam'''era s polem '''ak'''sial'nym magnitnym'').<ref>[http://www.merriam-webster.com/dictionary/tokamak Merriam-Webster Online]</ref> Izumljen je 1950-ih od strane [[sovjetski Savez|sovjetskih]] fizičara [[Igor Jevgenjevič Tamm|Igora Jevgenjeviča Tamma]] i [[Andrej Saharov|Andreja Saharova]] (koji je bio inspiriran originalnom idejom [[Oleg Lavrentjev|Olega Lavrentjeva]]<ref>Bondarenko B D "Role played by O A Lavrent'ev in the formulation of the problem and the initiation of research into controlled nuclear fusion in the USSR" Phys. Usp. 44 844 (2001) available [http://ufn.ru/ufn01/ufn01_8/Russian/r018m.pdf online]</ref>).

Tokamak se odlikuje [[Azimut|azimutnom]] (rotacijskom) simetrijom i uporabom plazme koja prenosi električnu struju za generiranje [[Spirala|spiralne]] komponente magnetskog polja potrebne za stabilnu ravnotežu. To se može usporediti s drugim fuzionim [[reaktor]]om, [[stelarator]], koji ima diskretnu rotacionu simetriju i u kojoj se magnetska polja proizvode od strane vanjskih navoja u kojima se stvara zanemariva [[Električna struja|električna struja]] koja teče kroz plazmu.

== Povijest ==

Iako je istraživanje nuklearne fuzije započelo ubrzo nakon [[Drugi svjetski rat|Drugog svjetskog rata]], programi su prvobitno klasificirani. Tek su na konferenciji [[Ujedinjeni narodi|Ujedinjenih naroda]] 1955. (International Conference on Peaceful Uses of Atomic Energy u Ženevi) ti programi bili otkriveni i međunarodna znanstvena suradnja mogla je nastupiti.

[[Eksperiment|Eksperimentalna]] [[Istraživanja|istraživanja]] tokamaka započela je 1956. grupa sovjetskih [[Znanost|znanstvenika]] na čelu s [[Lev Arcimovič|Levom Arcimovičem]] na [[Kurčatovljev institut|Kurčatovljevu institutu]] u [[Moskva|Moskvi]]. Grupa tih znanstvenika je konstruirala prvi tokamak, najuspješnija verzija od njih je bio verzija [[T-3]], a najveća je bila verzija [[T-4]]. T-4 je bila testirana u 1968. u [[Novosibirsk]]u.<ref>[[Great Soviet Encyclopedia]], 3rd edition, entry on "Токамак", available online [http://slovari.yandex.ru/art.xml?art=bse/00079/49400.htm here] </ref>

Godine 1968., na trećem [[IAEA]] u Novosibirsku, ruski znanstvenici su objavili da su postigli temperature [[Elektron|elektrona]] od preko 1000 eV u tokamaku. To je iznenadilo [[Ujedinjeno Kraljevstvo|britanske]] i [[Sjedinjene Američke Države|američke]] znanstvenike koji su bili daleko od postizanja takvih preformansi. Oni su ostali sumnjičavi dok tek nekoliko godina kasnije nisu bili provedeni novi testovi, potvrđujući ispravno mjerenje temperature.

== Toridalni dizajn ==

[[Image:Tokamak fields lg.png|thumb|200px|right|Tokamak; magnetsko polje i struja]]

[[Ion|Ioni]] i elektroni u centru fuzijske plazme su na vrlo visokim temperaturama te imaju razmjerno velike [[Brzina|brzine]]. U cilju održavanja procesa fuzije, [[Elementarna čestica|čestice]] iz vruće plazme moraju biti zadržane u središnjem dijelu, ili će se plazma brzo ohladiti. Fuzijski reaktori iskorištavaju činjenicu da na nabijene čestice u magnetskom polju djeluje [[Lorentzova sila|Lorentzova sila]].

Rano istraživani fuzijski reaktori bili su na varijanti [[Z-pinch]] te koriste električnu struju za generiranje [[poloidalno magnetsko polje|poloidalnog magnetskog polja]] koje bi plazmu zadržalo uz linearnu [[os]] između dvije točke. Istraživači su otkrili da su plazme zatvorene u toroidalnom obliku (vidi sliku, gornji crtež), u kojima [[Zemljino magnetsko polje|magnetne silnice]] teku paralelno u odnosu na toroidalnu os, sklone nestabilnosti. [[Dizajn|Dizajni]] tokamaka i [[stelaratora]] kombiniraju poloidalna polja (vidi sliku; crtež u sredini pokazuje poloidalno polje) s [[toroidalnim poljima]] za stabiliziranje plazme, čineći potpomognutu fuziju izvedivom. Paralelni protok čestica (ali ne i okomit) na [[Magnetsko polje|magnetsko polje]], u toroidalno-poloidalnom magnetskom polju, uvija se u spiralni put duž toroidalne osi (vidi sliku; donji crtež).

== Zagrijavanje plazme ==

U operativnom fuzijskom reaktoru, dio energije koji se generira će služiti za održavanje temperature plazme dok se novi [[Deuterij|deuterij]] i [[Tricij|tricij]] uvode. Međutim, kod pokretanja reaktora, bilo iz početka ili nakon privremenog isključivanja, plazma će se morati zagrijati na svoju radnu [[temperatura|temperaturu]] veću od 10 keV (preko 100 milijuna [[Celzijev stupanj|stupnjeva Celzija]]). U postojećim tokamacima, ekspreminentom magnetske fuzije ne proizvodi se dovoljno energije potrebne za održavanje temperature plazme.

=== Ohmsko zagrijavanje ===

Budući da je plazma [[Električni vodič|električni vodič]], moguće je zagrijati plazmu induciranjem struje u njoj, u stvari, [[Elektromagnetska indukcija|inducirana struja]] koja zagrijava plazmu obično stvara poloidalno polje. Struja se inducira sporim povećanjem jakosti struje koja protječe kroz elektromagnetski [[Transformator|namot]] povezan s plazmom: plazma se može promatrati kao sekundarni namot transformatora. To je inerentni ritmični proces, jer postoji ograničenje jakosti struje koja može proći kroz primarni namot. Tokamaci stoga moraju raditi u kratkim periodima ili se oslanjati na druge načine [[Grijanje|grijanja]] i provođenja struje. Grijanje uzrokovano induciranom strujom zove se ohmsko (ili otporno) grijanje, to je ista vrsta grijanja koja se javlja u električnoj žarulji ili električnom grijaču. Generirane [[Toplina|topline]] ovise o otporu plazme i struje. No, kako i temperatura zagrijane plazmi raste, [[Električni otpor|otpor]] se smanjuje i ohmsko grijanje postaje sve manje učinkovito. Čini se da je maksimalna temperatura plazme ostvariva ohmskim grijanjem u tokamak oko 20-30 milijuna stupnjeva Celzija. Da bi se postigle još više temperature, moraju se koristiti metode dodatnog grijanja.

=== Injektiranje neutralnog snopa ===

[[Injektiranje]] neutralnog snopa uključuje uvođenje atoma visoke energije (velikom brzinom) na ohmsko grijanu, magnetski zatočenu plazmu. [[Atom]]i su ionizirani dok prolaze kroz plazme te budu zarobljeni od strane magnetskog polja. Visoko energizirani ioni tada prenose dio svoje energije na čestice plazme neprestanim [[sudar]]ima s njima, povećavajući tako temperaturu plazme.

=== Magnetska kompresija ===

[[Plin]] može biti zagrijan [[kompresija|kompresijom]]. Na isti način, temperatura plazme se povećava ako je brzo komprimirana pojačanjem magnetnog polja. U ovom sustavu tokamaka kompresija se postiže jednostavnim pomicanjem plazma u područje jakog magnetskog polja (tj., radijalno prema unutra). Budući da kompresija plazma zbližava [[ion]]e, proces ima dodatnu korist od olakšanog postizanja potrebne [[Gustoća|gustoće]] za fuzijske reaktore.

=== Radiofrekvencijsko zagrijavanje ===

[[Image:Gyrotron plateforme.jpg|thumb|Set hiperfrekvencijskih cijev (84 GHz i 118 GHz) za grijanje plazme električnim ciklotronskim valovima na TVC-u [[Tokamak à Configuration Variable]]. Courtesy of CRPP-EPFL, Association Suisse-Euratom.]]
Visokofrekventne elektromagnetske valove generiraju [[oscilatori]] izvan torusa. Ako [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetski valovi]] imaju ispravne [[Frekvencija|frekvencije]] (ili valnu duljinu) i polarizaciju, njihova [[Energija|energija]] može biti prenesena na nabijene čestice u plazmi, koje se opet sudaraju s drugim česticama plazme, čime se povećava temperatura plazme.

== Hlađenje tokamaka ==

Tokamak sadrži reaktivnu plazmu koja se spiralno omotava oko reaktora. Budući da je potreban veliki broj [[Kemijska reakcija|reakcija]] u sekundi da bi bila održana reakcija u tokamaku, [[Neutron|neutroni]] visoke energije se oslobađaju brzo u većim količinama. Ti neutroni više nisu toridalnim magnetima zadržani u toku plazme te mogu nastaviti sve dok se ne zaustave na stijenci tokamaka. To je velika prednost tokamak reaktora jer su to neutroni vrlo visoke energije; oslobođeni neutroni pružaju jednostavan način odvađanja topline iz protoka plazme. Unutarnja stijenka tokamaka se mora [[Hlađenje|hladiti]], jer su ti neutroni na vrlo visokim temperaturama te bi mogli rastopiti stijenku reaktora. [[Kriogen sustav]] se koristi za hlađenje magneta i unutarnje stijenke reaktora. Uglavnom se za hlađenje koriste tekući [[Helij|helij]] i tekući [[Dušik|dušik]].<ref> [http://www.dae.gov.in/ni/nijan03/page6.htm Tokamak Cryogenics reference]</ref> [[Keramika|Keramičke]] ploče posebno dizajnirane kako bi mogle podnijeti visoke temperature, također su postavljene s unutarnje strane stijenke reaktora kako bi zaštitile [[magnet]] i reaktor.

== Eksperimentalni tokamaci ==

=== Trenutno u upotrebi ===

<small> (u kronološkom redu od početka operacije)</small>
* T-10, u Kurčatovljevu institutu, Moskva, [[Rusija|Rusija]] (bivši [[Sovjetski savez|Sovjetski Savez]]), 2 MW, u upotrebi od 1975.
* TEXTOR, u [[Jülich]], [[Njemačka|Njemačka]], u upotrebi od 1978.
* Joint European Torus (JET), u [[Culhamu]], [[Ujedinjeno Kraljevstvo|Ujedinjeno Kraljevstvo]]; 16 MW, u upotrebi od 1983.
* JT-60, u [[Naka]], Ibaraki Prefecture, [[Japan|Japan]]; u upotrebi od 1985.
* Stor-M, Sveučilište u [[Saskatchewanu]], [[Kanada|Kanada]]; upotrebi od 1987.: prvo predstavljanje izmjenične struje u tokamaku.
* Tore Supra, u HUP, [[Cadarache]], [[Francuska|Francuska]], u upotrebi od 1988.
* Aditya, u Institut za istraživanje plazme ([[Institute for Plasma Research]], IPR) u [[Gujarat|Gujaratu]], [[Indija|Indija]], u upotrebi od 1989.
* DIII-D u [[San Diego|San Diego]], [[SAD|SAD]]; General Atomics; u upotrebi od kasnih 1980-ih
* COMPASS, u [[Prag|Pragu]], [[Češka Republika|Češka Republika]], u upotrebi od 2008., prethodno u upotrebi od 1989.-1999. u Culhamu, Ujedinjeno Kraljevstvo
* FTU, u [[Frascati]], [[Italija|Italija]]; u upotrebi od 1990.
* Tokamak ISTTOK, na IPFN - Instituto Superior Técnico, [[Lisabon|Lisabon]], [[Portugal|Portugal]]; u upotrebi od 1991.
* ASDEX Upgrade, u [[Garchingu]], Njemačka, u upotrebi od 1991.
* Alcator C-Mod, [[MIT]], [[Cambridge|Cambridge]], SAD; u upotrebi od 1992.
* Tokamak à configuration variable (TCV), na EPFL-u, [[Švicarska|Švicarska]]; u upotrebi od 1992.
* TCABR, na Sveučilištu u São Paulo, [[São Paulo|São Paulo]], [[Brazil|Brazil]]; u upotrebi od 1994.
* HT-7, u [[Hefei]], [[Kina|Kina]], u upotrebi od 1995.
* Mast, u Culhamu, United Kingdom; u upotrebi od 1999.
* NSTX u [[Princetonu]], [[New Jersey|New Jersey]], u upotrebi od 1999.
* ISTOK (HT-7U), u Hefei, Kina, u upotrebi od 2006.
* KSTAR, u [[Daejon]], [[Južna Koreja|Južna Koreja]], u upotrebi od 2008.

=== Donedavno u upotrebi ===

* [[LT-1]], grupa fizičara [[Australskog Nacionalnog Sveučilišta]] napravila prvi tokamak izvan Rusije oko 1963.
* [[T-3]], u Kurčatovljevu institutu, Moskva, Rusija (bivši Sovjetski Savez);
* [[T-4]], u Kurčatovljevu institutu, Moskva, Rusija (bivši Sovjetski Savez), u upotrebi od 1968.
* [[Teksas Burna Tokamak]], Sveučilište u [[Teksas|Teksasu]], SAD; u upotrebi od 1971.-1980.
* [[Alcator i Alcator C]], MIT, SAD; u upotrebi od 1975. do 1982. i od 1982. do 1988.
* [[TFTR]], [[Sveučilište Princeton]], SAD; u upotrebi od 1982. do 1997.
* [[CASTOR]], u Pragu, Češka Republika, u upotrebi od 1983. do 2006.
* [[T-15]], u Kurčatovljevu institutu, Moskva, Rusija (bivši Sovjetski Savez), 10 MW, u upotrebi od 1988. do 2005.
* [[UCLA Electric Tokamak]], u [[Los Angeles|Los Angelesu]], SAD; u upotrebi od 1999.-2005.
* [[Tokamak de Varennes]]; [[Varennes]], [[Kanada|Kanada]], u upotrebi od 1987. do 1999.; upravljao [[Hydro-Québec]] i koristili istraživači iz [[Institut de Recherche électricité en du Québec (IREQ)]] i [[Institut National de la Recherche Scientifique (INRS)]]
* [[START]] u Culhamu, Ujedinjeno Kraljevstvo; u upotrebi od 1991. do 1998.
* [[COMPASS]] u Culham; u upotrebi sve do 2001.

=== Planirano ===

* [[ITER]], u Cadaracheu, Francuska; 500 MW, prva plazma očekuje se 2018.
* [[SST-1]], u [[Institutu za istraživanje plazme Gandhinagar]], Indija; 1.000 sekundi rada; trenutno se sklapaju
* [[DEMO]], 2000 MW, kontinuirano u upotrebi, povezan na naponsku mrežu

== Također pogledajte ==
* Odjeljak o [[Plasma scaling#Dimensionless parameters in tokamaks|Dimensionless parameters in tokamaks]] u članku o [[Plasma scaling]]
* [[Edge-Localized Mode]]

== Bilješke ==
{{izvori}}

== Reference ==

== Vanjske poveznice==
*[http://en.wikipedia.org/wiki/Tokamak] - članak o tokamaku na engleskog wikipediji

[[Kategorija:Strojevi]]

Tokamak - Povijest promjena

WikiSysop: Bot: Automatski unos stranica