Нужна ли рукотворной звезде пепельница?
Вообще-то без дивертора — следующей системы, попавшей на детальный разбор — можно обойтись.
Более того — без него жуть как хочется обойтись!
Ведь это же немыслимая балалайка — специальная система, на которую по чуть-чуть утекает прямо та самая горячая плазма из плазменного шнура! Все наши сотни миллионов градусов…
Зачем так поступать-то? Ну неужели этим ученым все неймется? Да и ведь есть же токамаки без дивертора…
Есть-то они есть. Вот только работают в чисто импульсном режиме, на считанные секунды. Нам же в ITER нужны десятки минут одного импульса.
И? В чем проблема-то?
Первая сложность — чем дольше импульс, тем больше попадает в плазму молекул окружающих плазменный шнур материалов. Как их не исполняй — страшный жар, чудовищные электромагнитные поля и те самые зверские термоядерные нейтроны будут выбивать атомы с поверхности. Если наш плазменный импульс — две секунды, это не критичная проблема. А если тысяча секунд — все эти атомы неизбежно попадут в плазменный шнур.
А дальше происходит крайне печальная вещь. Нам нужны в плазме ядра атомов и электрончики от них строго по-отдельности. При сотне миллионов градусов так и происходит. Только в этом случае мы можем удерживать тепловой баланс… Но если в плазму попадает хотя бы один атом, допустим, вольфрама или железа?
С ним происходит печальное. У него заряд ядра раз в пятьдесят больше. И электрончик не один, а сразу несколько электронных оболочек разных орбиталей. Все это хозяйство отколупать от атома — просто не выходит! Слишком крепко они держатся за родное ядрышко. Но тот атом, что сохранил электроны — начинает в невероятных количествах сбрасывать энергию, скидывая ее через излучение — фотоны. Голое атомное ядро так делать не умеет, а вот сохранившее остатки электрончиков — радостно применяет такой тип сброса энергии.
Получается дикое расточительство — разогнанные всеми нашими огромными усилиями атомы в плазме стучатся по болтающемуся в плазме атому «железяки», а она вместо нагрева-разгона, берет и скидывает эту энергию квантами света! По итогу — исключительно эффективно охлаждая плазму!
Сколько над этим не ломали голову ученые с инженерами — ничего лучшего придумать не смогли. Надо лишние тяжелые атомы из плазмы как-то извлекать. Иначе ее просто не нагреть выше определенного предела — минимальные примеси тяжелых атомов начинают настолько серьезно охлаждать плазму, что тепловой баланс окончательно теряет шансы выйти на самостоятельный обогрев.
Вторая проблема обходится без наукоподобных объяснений и прекрасно понятна любому, топившему печку.
Пепел из печи надо куда-то девать! Если у вас нет колосниковой решетки с поддоном внизу, чтобы пепел потом под любимый кустик высыпать — придется периодически махать лопатой.
Термоядерное горение в этом смысле ничем принципиально не отличается от горения обычного!
Вот прореагировали наши дейтерий с тритием, получился гелий и нейтрон. Последний, шельмец, сразу же сбежал. С бланкетом общаться. А гелий — остался!
И слоняется теперь по зоне реакции, как известный персонаж старого фильма «Добро Пожаловать». Еще и спрашивает «а что это вы здесь делаете». Все остальные дейтерии с тритиями, все пытающиеся как-то прореагировать — на него реагируют так же, как и в фильме. Посылают подалее.
Со временем количество слоняющегося без дела гелия нарастает. Шанс полезных компонентов топлива энергетически выгодно столкнуться с другими падает — «а что это вы здесь делаете» становится массовым явлением.
Печка забивается пеплом!
Так что любой токамак, планирующий работать хоть сколько-то долго обязан иметь дивертор.
И вынужден греть плазму, а потом часть нагретой плазмы добровольно выкидывать из зоны реакции. Загружая вместо нее свежее холодное топливо. И это все равно получается выгодней. С этой схемой у нас есть хоть какие-то шансы! Без очистки плазмы — их просто нет. Остынет быстрее, чем греем.
Так что данный компонент токамака, изумительный по своей сложности, представляет из себя вариацию домашней пепельницы.
Да-да.
Пепельница.
Для звезды
