Исследования в области физики плазмы и термоядерного синтеза Полтарыхина А. У04-01

Содержание Плазма Определение Характеристики Классификация Примеры Термоядерный синтез Определение Типы реакций Реакторы: Токамаки Стеллараторы ITER Инерциальные Перспективы развития

Определение плазмы Плазма – это квазинейтральная среда, состоящая из заряженных и нейтральных частиц Квазинейтральный = количество положительных и отрицательных зарядов в единице объема практически одинаково Плазма частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы

Историческая справка Исследования электрических разрядов начались еще в XVII веке (Отто фон Герике, 1672) Различные источники солидарно приписывают авторство понятия «плазма» в физике и химии американскому химику Ирвингу Лэнгмюру, но расходятся в дате, варьируя ее от 1922 до 1929 года Понятие плазмы крови было введено чешским медиком Яном Пуркинье за 80 лет до Лэнгмюра (ок. 1848) Непосредственно слово «плазма» было впервые употреблено в 1928 году I. Langmuir Oscillations in Ionized Gases

Единицы измерения температура Принятая в физике плазмы единица измерения энергии и температуры: электронвольт

Четвертое состояние вещества При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличить температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, то есть молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы.

Некоторые определения и обозначения Плазменная (Ленгмюровская) частота: Радиус Дебая:

Свойства и параметры плазмы Достаточная плотность Приоритет внутренних взаимодействий Плазменная частота

Отличия от газообразного состояния СвойствоГазПлазма Электрическая проводимость Крайне малаОчень высока Число видов частицОдинДва, или три, или более Распределение по скоростям МаксвелловскоеМожет быть немаксвелловское Тип взаимодействийБинарныеКоллективные

Классификация Идеальная плазма – в которой средняя потенциальная энергия взаимодействия частиц намного меньше их средней кинетической энергии. Представляет собой идеальный газ заряженных частиц, то есть газ в котором могут существовать электрическое поле и пространственный заряд, но нет взаимодействия между отдельными частицами. В большинстве встречающихся на практике случаев плазма близка к идеальной. Неидеальная плазма – в которой потенциальная энергия взаимодействия между частицами сопоставима с их кинетической энергией или превышает её. Низкотемпературная плазма – температуpa обычно не превышает 10 5 К (< 10 эВ) Высокотемпературная плазма – понятие употребляется обычно для плазмы термоядерного синтеза, который требует температур в миллионы K Равновесная плазма – плазма, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия Неравновесная плазма – электронная температура существенно превышает температуру ионов

Примеры типов плазмы

Вселенная

Плазма молнии

Околоземная плазма

Солнце Свечение Солнца в диапазонах от видимого до рентгеновского + солнечная корона (спутники SoHO и Yokoh) Активные области Солнца + плазма вблизи края Солнца (спутник Коронас-Фотон)

Типы реакций Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T) 2 H + 3 H = 4 He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ Реакция дейтерий + гелий-3 2 H + 3 He = 4 He + p при энергетическом выходе 18,4 МэВ Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо)

Конструкции реакторов Квазистационарные системы – Токамаки – Стеллараторы – ITER Импульсные «инерциальные» системы

Токама́к Токама́к (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза.

Спасибо за внимание!