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

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

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

3 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

4 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

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

6 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.

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

8 Свойства и параметры плазмы Достаточная плотность Приоритет внутренних взаимодействий Плазменная частота

9 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

10 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

11 Примеры типов плазмы

12 Вселенная

13 Плазма молнии

14 Околоземная плазма

15 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)

16

17

18

19 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)

20

21

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

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

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36 Спасибо за внимание!