Astron (termoyadroviy reaktor) - Astron (fusion reactor)

Niderlandiyaning radio astronomiya guruhi uchun qarang ASTRON.

The Astron ning bir turi termoyadroviy quvvat tomonidan kashshof bo'lgan qurilma Nikolas Xristofilos va qurilgan Lourens Livermor milliy laboratoriyasi 1960-70 yillar davomida. Astron noyob hibsga olish tizimidan foydalangan va shu kabi zamonaviy dizaynlarda uchraydigan bir qator muammolardan qochgan yulduzcha va magnit oyna. Loyihaga cheklangan nazorat bilan kiritilgan bir qator o'zgarishlar tufayli rivojlanish juda sekinlashdi, natijada keyingi rivojlanishni nazorat qilish uchun ko'rib chiqish qo'mitasi tuzildi. Astron qo'mita tomonidan belgilangan maqsadlarga erisha olmadi; 1972 yilda moliyalashtirish bekor qilindi va 1973 yilda rivojlanish tugadi. Shunga o'xshash dizaynlar ustida ishlash, uni hech qachon amaliy avlod uchun ishlatib bo'lmaydigan degan nazariy muammoni namoyish etgan ko'rinadi.

Tarix

Kuchli diqqat

Christofilos mustaqil ravishda kontseptsiyasini ixtiro qilgani bilan mashhur kuchli diqqat, ishlatiladigan xususiyat zarracha tezlatgichlari. U birinchi bo'lib 1940-yillarning oxirlarida liftlarni o'rnatish kompaniyasini boshqarayotganda ish boshladi.[1] va 1948 yilda u o'sha paytdagi Kaliforniya universiteti nomiga xat yozgan Radiatsiya laboratoriyasi Berkli-da tezlatgichni yo'naltirish bo'yicha bir nechta g'oyalarni bayon qildi. Bir nechta muammolarga ishora qilgan maktubini qaytarishganda, u ularni hal qildi va yana yozdi. Ushbu ikkinchi xat e'tiborga olinmadi. 1950 yilda Christofilos patentga ariza topshirdi, 1956 yilda AQSh Patenti 2.736.799 deb berilgan.[2]

Xuddi shu vaqtda, Ernest Courant, Milton Stenli Livingston va Xartlend Snayder ning Brukhaven milliy laboratoriyasi xuddi shu muammoni ko'rib chiqdilar va xuddi shu echimni o'ylab topdilar, bu haqda 1952 yil 1-dekabr sonida yozdilar Jismoniy sharh.[3] U qog'ozni ko'rgach, Xristofilos ikki oydan keyin AQShga sayohat uyushtirdi. Brukxavenga yo'l olgach, u g'azab bilan ularni patentidagi g'oyani o'g'irlashda aybladi. Shuningdek, u a'zolari bilan uchrashdi Atom energiyasi bo'yicha komissiya, va uning advokatlari bilan uchrashgandan so'ng, ular unga patent uchun 10 ming dollar to'lashdi.[4]

Astron taklifi

Patentni sotib olish bilan mashhur Kristofilos AQSh fizikasi dunyosiga kirishga muvaffaq bo'lgan juda katta shuhrat va etarli pulga ega bo'ldi. 1953 yil aprel oyida u yig'ilishda qatnashdi Sherwood loyihasi va Yunonistonda ishlagan yana bir g'oyasi - Astronni taqdim etdi.[5]

Asosiy g'oya yuqori energiyani quyish edi elektronlar ichiga magnit oyna ("tank"). Elektronlar oynada ushlanib, tank hajmining tashqi yuzasi yonida oqim qatlamini hosil qilib, uni "E-qavat" deb atagan. Elektron qatlamning o'zi kuchli ishlab chiqaradi magnit maydon u barpo etilgach va tok zichligi zichligiga etganidan so'ng, maydonlar "teskari" bo'lib, uzluksiz qamoq maydonini tashkil etuvchi yopiq chiziqlarning yangi konfiguratsiyasiga aylanadi. E qatlami muvaffaqiyatli shakllangandan so'ng, termoyadroviy yoqilg'isi uning ichidagi maydonga AOK qilinadi va E-qatlam bilan o'zaro ta'sirida qizdirilib, termoyadroviy haroratiga etkaziladi.[6]

Ushbu tartibga solish uchlari ochiq maydon chiziqlariga ega bo'lgan asosiy magnit ko'zgu kontseptsiyasining asosiy muammolaridan birini hal qildi. Yoqilg'i ushbu yo'nalish bo'yicha reaktordan chiqib ketishi mumkin. Shunday qilib, nometall tabiiy ravishda tarqaldi plazma, garchi dizaynerlar bu muammoni mashinalarni juda yuqori haroratda ishlatish orqali hal qilishlari mumkinligiga ishonishgan. Amalda bu qochqin asosiy nazariyadan ham yuqori ekanligini isbotladi va hech qachon ular erishmoqchi bo'lgan darajada ishlamadi.[7]

O'sha paytda, Sherwood hali ham sir bo'lib, u birinchi marta kontseptsiyani bayon qilganida muammolarni keltirib chiqardi. U sahnaga chiqishidan oldin oldingi mashg'ulotning formulalari doska ehtiyotkorlik bilan o'chirilgan edi. U doskani o'zining tenglamalari bilan to'ldirganda, kimdir unga ko'tarib, ostidagi yangisini ochib beradigan tugmachalarni yordam ko'rsatdi. Ushbu narsa o'chirilmadi va har qanday sezgir material oqishini oldini olish uchun shoshilinch harakatlarga olib keldi. Takroriy hodisadan qochish uchun Xristofilosga Brukxavendagi ish berildi, u erda Astron nazariyasi ustida ishlashni davom ettirishi mumkin edi.[8]

Astron sinovlari

1956 yilda Kristofilos nihoyat xavfsizlik uchun ruxsat oldi va u darhol hozirgi holatga o'tdi Lourens Livermor milliy laboratoriyasi (LLNL) Astron konsepsiyasi ustida ishlashni boshlash uchun. Ikki yildan so'ng u 1958 yilda bu g'oyani taqdim etishi uchun etarli yutuqlarga erishildi Tinchlik uchun atomlar ular qurishni taklif qilgan tizim modeli bilan birga Jenevadagi konferentsiya. Bu plazma joylashgan magnit shisha va relyativistik elektronlarni ta'minlovchi zarracha tezlatgichi bo'lgan ikkita asosiy qismdan iborat edi.[9]

Muvaffaqiyatiga qaramay, Kristofilos har doim laboratoriyada begona edi. Vaqt "U hali ham fizika bo'yicha hech qanday ilmiy darajaga ega emas va uning yunoncha talaffuzi, yunoncha volubility va ehtirosli bahsga muhabbat uni begonaga aylantiradi".[10] Bu fizikani ishqalanishiga olib keldi va Astron dasturini bekor qilishga chaqirdi. Hammasi 1963 yilda ko'rib chiqilgan Sherwood loyihasi harakat bekor qilish uchun rasmiy qo'ng'iroqlarni olib keldi. Shu bilan birga, dasturning boshqariladigan termoyadroviy dasturini qo'llab-quvvatlovchilari bor edi, xususan Glenn Seaborg va Jon S. Foster, ikkalasi ham LLNL bilan mustahkam aloqada. Foster, xususan, Vashingtondagi laboratoriyalarga rivojlanishni buyurgan guruhlardan xavotirda edi. Ko'p tortishuvlardan so'ng, dasturni davom ettirishga ruxsat berilishi to'g'risida qaror qabul qilindi, ammo 1965 yilga qadar maydon o'zgarishini namoyish qilish kerak.[11]

1963 yilga kelib jamoa kerakli xususiyatlarga ega bo'lgan yangi turdagi indüksiyon tezlatgichini ishlab chiqdi va qurdi. Tezlatgich dizayni a sifatida qiziqishga olib keldi zarracha nurli qurol Project Seesaw dasturida o'qigan.[12] Biroq, qurilish paytida guruh elektronlar tezlashtiruvchi hududga qaytish uchun erkin ekanligini angladilar. Kristofilos buni tankga kirgandan keyin elektronlarni biroz sekinlashtiradigan rezistor simlarni kiritish orqali hal qildi, shuning uchun ular endi qaytib chiqib ketishi uchun zarur bo'lgan energiyaga ega bo'lmaydilar.[13]

Xatolarni dazmollash bo'yicha bir necha ishdan so'ng, 1964 yil iyun oyida birinchi natijalar e'lon qilindi. Tezlatgich ishladi, 4 MeV va 120 amperda ishladi va barqaror elektron qatlam tasdiqlandi, faqat 2 A / sm oqim hosil qildi, atigi 0,05% maydonni teskari yo'naltirish uchun zarur bo'lgan diamagnitik maydonning.[14] Ish 1965 yilgi bekor qilish maqsadini bajarish uchun davom etdi, ammo oxir-oqibat muvaffaqiyatsiz tugadi. Biroq, elektron qatlam barqaror edi, shuning uchun Herb-Allison qo'mitasi uni keyingi milga qadar davom ettirishni tavsiya qildi.[15]

1967 yilga kelib bu ko'rsatkich 6 foizga yaxshilandi, ammo baribir bu barqaror elektron qatlamdan ancha oldinda edi. 1968 yilda Kristofilos va T. Kennet Fowler kuchliroq tezlatgichni va tankni yangilashni so'rab ma'ruza yozdilar.[16]

Tekshiruv

Yangilash uchun mablag 'oxir-oqibat berildi, lekin faqat AEC tomonidan tuzilgan Ad Hoc Panel tomonidan to'g'ridan-to'g'ri nazorat qilish evaziga. Shu nuqtada "an'anaviy" dizaynlar, yulduzcha va magnit nometall uzoq vaqt davomida haqiqiy plazmalar ustida ishlagan va bosim va haroratni asta-sekin oshirib borgan. Boshqa tomondan, astron o'zining birinchi foydali E-qatlamini qurishdan ancha oldinda edi, bu plazma eksperimentlari uchun zarur shart edi.[17]

Ad Hoc Panel salbiy hisobotni qaytarib berdi, masalan, tezlatgich ishlashi kabi operatsion masalalarda juda ko'p kuch sarflangani, elektron plata har doim ham barqaror bo'ladimi yoki yo'qmi degan nazariy tadqiqotlar olib borishda kam yoki kam harakat qilinganligi haqida shikoyat qildi. shakllanishi[18] Bundan tashqari, panel shuni ta'kidladiki, hech kim ishlamaydigan va barqaror Astronning ishlashi uchun u bo'shatgandan ko'ra ko'proq kuch talab qilishi yoki qilmasligini jiddiy o'rganmagan. Bu Astronda jiddiy tashvish tug'dirdi, chunki uning relyativistik elektronlari katta miqdordagi quvvatni tarqatib yuboradi elektron sinxrotron nurlanishi.[19]

Christofilos buni allaqachon ko'rib chiqqan va operatsion dizayndan foydalanishni taklif qilgan protonlar elektronlar o'rniga va bir xil darajadagi energiya yo'qotishlariga duch kelmaydi. Biroq, o'sha paytda bunday tezlatgich mavjud bo'lmagan va panel uni qurish oddiy bo'lishiga juda shubha bilan qaragan.[20]

Yangilash

Astroning yangilanishi 1969 yilda boshlandi va bu davrda ish boshladi. Ushbu davrda, Panelning maslahatiga binoan, LLNLdagi nazariy bo'linmalar kontseptsiyaga ancha jiddiy qarashni boshladi. Tizimning kompyuter modellarini yaratish jarayonida ular birinchi navbatda tezlatgichdan elektronlarning individual impulslari kutilganidek E qatlamida to'planib qolmaganligi sababli, "stacking" muammosiga duch kelishdi. Bryus Langdon stacking shunchaki ishlamasligini namoyish etdi.[21]

Biroq, Fowlerning taklifi Astronni ushbu muammodan xalos qildi. Uning ta'kidlashicha, tankning markazidan pastga tushadigan ikkinchi magnit maydon qo'shilsa, E qatlamini yaratish uchun zarur bo'lgan tashqi maydon miqdori kamayadi. Kristofilos ushbu o'zgarish bilan davom etdi va 1971 yilda sinovlarni boshladi; bu oqimning pasayishi bilan ham, elektronlarni ushlab qolishdagi muvaffaqiyat bilan ham ancha yaxshilangan ish faoliyatini namoyish etdi. Bu shuningdek, ikkita impulsni stakalashga imkon berdi, bu esa maydonni 15% diamagnitik kuchga etkazdi.[21]

Aston bir necha marotaba zarba berishda ishlaganida, jamoa Kornell universiteti shunga o'xshash dizayn ustida ishlagan edi. Biroq, ushbu Relativistic Electron Coil Experiment (RECE) istifleme kontseptsiyasidan ko'ra elektronlarning bitta uzun pulsidan foydalangan. 1971 yil oxirlarida ular maydonni to'liq o'zgartirishga erishganliklarini e'lon qilishdi. Xristofilos taassurot qoldirmadi; ushbu dizayn barqaror termoyadroviy generatori uchun foydali bo'lmaydi, faqat doimiy ravishda impulslarni qo'shib, mashina o'zini saqlab turishi mumkin edi.[22]

Bekor qilish

Astron bilan bog'liq muammolar davom etayotganligi va RECE guruhi dastlab 1968 yilda taklif qilgan maqsadlariga erishishga muvaffaq bo'lganligi ko'rinib turibdi, ikkinchi Ad Hoc Panel shafqatsiz hisobotni e'lon qildi. Ular "Astron" jamoasi "qiyinchiliklarni tushunish uchun emas, balki ularni chetlab o'tish yoki ularni chetlab o'tish uchun topqir usullarni izlayotgani" ni ta'kidladilar.[23] Roy Gould, AEC tomonidan boshqariladigan termoyadroviy dasturining rahbari, Astron loyihasini davom ettirishga imkon berishda aniq edi, ammo u faqat ma'lum bir vaqt jadvalida bir qator maqsadlarga erishgan taqdirdagina.[24]

Qachon Robert Xirsh 1972 yilda AEC tomonidan boshqariladigan termoyadroviy qo'liga o'tdi, u o'rganilayotgan yondashuvlarni tasniflash va takroriy va kam maoshli loyihalarni yo'q qilish uchun keng ko'lamli tekshiruvni boshladi. Bilan hayajonli natijalarni hisobga olgan holda tokamak 1968 yilda chiqarilgan Hirsch har biri ancha katta byudjetga ega bo'lgan nisbatan kam loyihaga ega dasturni ma'qulladi.[25] Astron singari ko'plab dasturlarda hech qanday yaqin muddatli to'lov yo'q edi va Xirsh ularni bekor qilishni xohladi.

1972 yil 24 sentyabrda Kristofilos uchrashdi Jeyms Shlezinger AECning, ammo uchrashuv haqida hech qanday ma'lumot yo'q. Uzoq kunlardan so'ng u mahalliy odamga bordi Holiday Inn uzoq uyga borishni saqlash uchun. O'sha kuni u katta yurak xurujiga duchor bo'ldi va vafot etdi.[24]

Richard Briggs loyihaning rejasini 1973 yil iyun oyida rejalashtirilgan to'xtash vaqtigacha o'z zimmasiga oldi. Uning rahbarligi ostida Astron Fowler tomonidan kiritilgan yangi stabillashadigan maydonni o'rganishga qaytdi va bitta kattaroq impulslar yordamida qurilma 50% diamagnetik kuchga ega bo'ldi, bu juda katta Kristofilosning impuls zanjirlari bilan harakatlari. Ularning yakuniy hisobotida "E-qavatni ko'p pulsli in'ektsiya yo'li bilan to'plash umuman muvaffaqiyatsiz tugadi" deb aytilgan va o'chirish vaqtida ular fizikaning qanday muammo to'planishini cheklashini hali ham tushunmaganliklarini ta'kidladilar.[26]

Astrondan keyin

Astron yopilgan bo'lsa-da, RECE bilan ish Kornellda bir muncha vaqt davom etdi. Jamoa o'z ishlarining bir qismi sifatida elektronlardan protonlarga o'tishga harakat qildi. Biroq, ba'zilar gumon qilgandek, "P-qavat" ni qurish qiyin kechdi va maydonlarni protonlar bilan almashtirish hech qachon amalga oshirilmadi. Ushbu harakatning so'nggi versiyasi FIREX 2003 yilda yopilib, Astron kontseptsiyasi hech qachon ishlamasligi uchun faqatgina nazariy sabab bo'lganligini namoyish etdi.[27]

Relyativistik elektron halqa ham rol o'ynadi notekis torus dizayn. Bu torus hosil qilish uchun bir qator oynalarni bir-biriga bog'lab, oynalarni "uchlarini tiqish" uchun yana bir urinish edi. Elektronlar to'g'ridan-to'g'ri quyish orqali emas, balki tashqi mikroto'lqinli elektron-siklotronli isitish (ECH) orqali yuqori energiyaga yo'naltirildi.[28]

Tavsif

Astron moslamasi ikkita bo'limdan iborat edi, chiziqli tezlatgich va magnit oynali "tank". Ular to'g'ri burchak ostida qurilgan, bir tomonida gazning chiqishi tankning yon tomoniga otilgan.[29]

Tankning nisbatan oddiy misoli edi magnit oyna asosan uzoq vaqtdan iborat bo'lgan kontseptsiya elektromagnit ushbu mintaqalarda magnit maydonini oshirish va oynani hosil qilish uchun ikkala uchida qo'shimcha sariqchalar mavjud.[30] Oddiy oynada yonilg'i plazmasidagi ionlar burchak ostida AOK qilingan, shuning uchun ular maydon deyarli chiziqli bo'lgan uchidan chiqib ketolmaydilar. Shu bilan birga, ikkala tomonda to'g'ri energiya ionlari qochib qutuladigan halqali mintaqa mavjud edi va turli xil hisob-kitoblar bu ko'rsatkich juda yuqori bo'lishini ko'rsatdi.

Yoqilg'i oldidan oynaga elektronlarni quyish orqali E qatlami ikkinchi magnit maydonini hosil qiladi, bu esa halqali joylarni idishni markaziga qaytarib olishiga olib keladi. Olingan maydon naychaga o'xshab shakllangan va shunga o'xshash Field-Reversed Configuration yoki FRC.[30] Ushbu qurilmalar orasidagi asosiy farq - maydonni teskari yo'naltirishga erishish usuli; Astronda E-qatlam bilan va FRC uchun plazmadagi oqimlar bilan. Klassik oynaga o'xshab, Astron elektronlarni oynaning markaziga aylanishini ta'minlash uchun ularni ozgina burchak ostida oynaga kiritdi.[29]

Bugungi kunda Astron ko'pincha FRC kontseptsiyasining kichik klassi hisoblanadi.[31]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

Iqtiboslar

  1. ^ Coleman 2004 yil, p. 5.
  2. ^ Coleman 2004 yil, 5-6 bet.
  3. ^ Ernest Courant, M. Stenli Livingston va Xartland Snayder. "Kuchli yo'naltirilgan sinxrotron - yangi yuqori energiya tezlatuvchisi", Jismoniy sharh 88-jild (1952). p. 1190.
  4. ^ Coleman 2004 yil, 8-9 betlar.
  5. ^ Coleman 2004 yil, p. 9.
  6. ^ Bromberg 1982 yil, p. 120.
  7. ^ Coleman 2004 yil, p. 11.
  8. ^ Coleman 2004 yil, 11-12 betlar.
  9. ^ Coleman 2004 yil, 15-16 betlar.
  10. ^ Bromberg 1982 yil, p. 122.
  11. ^ Bromberg 1982 yil, p. 123.
  12. ^ Coleman 2004 yil, p. 20.
  13. ^ Coleman 2004 yil, p. 19.
  14. ^ Coleman 2004 yil, p. 21.
  15. ^ Bromberg 1982 yil, p. 202.
  16. ^ Coleman 2004 yil, 22-23 betlar.
  17. ^ Coleman 2004 yil, 26-27 betlar.
  18. ^ Bromberg 1982 yil, p. 203.
  19. ^ Coleman 2004 yil, 29-31 betlar.
  20. ^ Coleman 2004 yil, p. 32.
  21. ^ a b Coleman 2004 yil, p. 34.
  22. ^ Coleman 2004 yil, p. 35.
  23. ^ Coleman 2004 yil, p. 37.
  24. ^ a b Coleman 2004 yil, p. 40.
  25. ^ Coleman 2004 yil, p. 38.
  26. ^ Coleman 2004 yil, p. 42.
  27. ^ Coleman 2004 yil, p. 43.
  28. ^ Jim Kobl, "Mikroto'lqinli pechda ishlaydigan pog'onali Torus tajribasi", Los Alamos milliy laboratoriyasi, 2011 yil 18-avgust
  29. ^ a b Coleman 2004 yil, p. 52.
  30. ^ a b Coleman 2004 yil, p. 49.
  31. ^ Kornelis Marius Braams, Piter Stott, "Yadro sintezi: yarim asrlik magnitlangan sintez bo'yicha tadqiqotlar", CRC Press, 2002, p. 106

Bibliografiya

  • Bromberg, Joan Liza (1982). Birlashma: fan, siyosat va yangi energiya manbasini ixtiro qilish. MIT Press.CS1 maint: ref = harv (havola)
  • Coleman, Elisheva (2004 yil 4-may). Yunon olovi: Nikolas Xristofilos va "Astron" loyihasi Amerikaning "Fusion Program" dasturida (PDF). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2017 yil 7-yanvarda. Olingan 31 oktyabr 2011.CS1 maint: ref = harv (havola)