yavor1 (553178), страница 102
Текст из файла (страница 102)
(48. 2! ) Концентрация частиц в термоядерной плазме пж 10'* и-*. Отсюда для индукции удерживающего магнитного поля получим Вэ)г 2репИТ ж)' 2 4п.10 '10" ° 1,38 10 " 10'ж 8 Т. Создать такое стационарное поле пока не удается, но в импульсе достигаются и более сильные поля. Сжимающее магнитное поле можно получить либо за счет внутренних токов в самой плазме, либо за счет внешнего магнитного поля, возникающего при протекании тока в проводах. Рассмотрим для примера идею одного эксперимента. 2.
На рис. 48.7 изображена установка для сжатия плазменного шнура быстро нарастающим магнитным полем. Это явление называется тэта-линч (от английского !о р!пс)т — сжать, ущипнуть). Газ, находящийся в кварцевой трубке 1, ионизируется с помощью вспомогательного высокочастотного генератора 2 путем создания в газе тлеющего разряда. После возникновения плазмы в трубке 487 разрядное устройство д вызывает искру в разрядном промежутке 4, вследствие чего виток 5 подключается к конденсаторной батарее 6.
При разряде конденсаторов через виток протекают огромные токи, порядка миллиона ампер. Вследствие этого внутри витка создается практически однородное магнитное поле, силовые линии которого направлеяы вдоль трубки (продольное поле). Индукцию этого поля можно оценить с помощью выражения В- !»,»22а, которое получается из (40.21) при условия, что г, = — а — радиусу витка.
Полагая аж0,1 м, »'=10' А, Х получим Вж4п 1О'l2 10" 0,1ж » жбТ. Быстро нарастающее магнитное поле сжимает плазму в очень узкий шнур. Процесс я и сжатия плазмы идет настолько быстро, что возникающая при 4 этом ударная волна разогревает плазму свыше 10 миллионов градусов, т. е. до наиболее высоких температур, которые удач лось получить в лаборатории. 3. Одним из недостатков тзталинча является утечка плазмы в торцы трубки. Бороться с Рис. 48.7. утечкой плазмы через торцы можно несколькими способами. Можно, например, изготовить трубку в виде замкнутого кольца — тороида, у которого нет торцов.
Такие установки созданы в ряде стран: в СССР «Альфа», в Англии «Зета». Однако в тороидальной установке есть свои недостатки — здесь плазма отжимается магнитным полем к внешней стенке трубы. Бороться с утечкой плазмы с торцов можно с помощью магнитных пробок. Так называются созданные на концах трубки участки с повышенной индукцией магнитного поля — иными словами, с большой концентрацией силовых линий. Ионы и электроны, из которых состоит плазма, движутся в магнитном поле по винтовым линиям (~ 41.7), навивающимся на силовые линии.
Вблизи магнитной пробки скорость продольного движения уменьшается, скорость вращения нарастает и ион, отразившись от магнитной пробки, возвращается опять в центральную часть камеры. Магнитные пробки используются в советской установке «Огр໠— одной из крупнейших установок данного типа в мире. 4. Основным недостатком всех существующих установок является малое время удержания горячей плазмы.
Причина заключается в наличии целого ряда неустойчивостей плазмы, вследствие чего плазменный шнур начинает колебаться и изгибаться. Коснувшись стенок, плазма отдает им часть энергии и охлаждается. Кроме того, часть плазмы всегда утекает через магнитные пробки. В настоящее время в ряде крупнейших лабораторий мира интенсивно исследуктгся различные методы стабилизации высокотемпературной плазмы. Достигнуты довольно крупные успехи. Однако до сих пор не удалось получить плазму с температурой Т~ 10' К, концентрацией л) 10" м ' и временем удержания т 0,1 с. Любопытно, что отдельные параметры уже достигнуты.
Так, на «Огра-1» получена плазма с Т =9 10' К, т = 0,1 с, но с малой концентрацией: лж!О'4 м-'. В установках с фокусированным пинчем (СССР, США) — плазма с Т= 2.10' К, л =-10" м-', но с малым временем удержания: т= 2 10-' с. По-видимому,со временем удастся преодолеть все неустойчивости и получить плазму с нужными параметрами, но когда это будет и каким образом удастся достичь этого результата — пока еще не ясно.
9 48.9. МГД-генератор 1. На тепловых электростанциях процесс преобразования внутренней энергии топлива в энергию электрического тока весьма сложен, а к.п.д. не превосходит 30'Ь. Энергия топлива в топке и котле преобразуется в энергию пара, в паровой турбине энергия пара преобразуется в кинетическую энергию ротора.
Ротор турбины вращается вместе с ротором генератора, вследствие чего в статоре возбуждается ток. Цепочка преобразований энергии «топка— котел — турбина — генератор» оказывается достаточно сложной. Рис. 48.8. Низкий к.п.д. определяется в основном турбиной, у которой температура рабочего тела (пара) относительно низка («-.750'С), а также потерями на всех этапах преобразования энергии. Между тем, если раскаленные и в результате этого ионизированные газообразные продукты горения заставить двигаться поперек магнитного поля, то в этой плазме, как и в любом проводнике, возникнет э.д.с. индукции. Эту э,д.с, можно снять с плазмы с помощью соответствующих электродов. 2.
На этом принципе и основан магнитогидродиламичевкий генератор, сокращенно: МГД-генератор. Схема его устройства изображена на рис. 48.8. Газ, возникающий при сгорании топлива, 489 проходит через сопло Лаваля (см. 9 30.13), вследствие чего его внутренняя энергия превращается в кинетическую. При движении газа в сильном поперечном магнитном поле возникает э.д.с.
индукции — положительные ионы движутся к верхнему электроду, свободные электроны — к нижнему. Замыкая электроды на внешнюю нагрузку, получим в цепи ток. Для анализа эффективности генератора нужно оценить его э.д.с., электрический и тепловой к.п.д. 3. Электрический к.п.д, равен отношению мощности, потребляемой внешней нагрузкой, к полной мощности: !зя Чза — (з ()( 1 где )7 — сопротивление внешней нагрузки, г — внутреннее сопротивление генератора. Для уменьшения внутреннего сопротивления генератора нужно повысить электропроводность плазмы.
Это можно сделать путем повышения температуры плазмы, а также путем добавления в газ в качестве присадок паров щелочных металлов, имеющих малую работу выхода электрона. Применяются соли калия, реже — цезия из-за его дороговизны. Рабочие температуры газов в МГД-генераторе лежат выше 2000 К. Ниже этой температуры проводимость газа столь мала, что генератор вообще не работает. 4. Повышение температуры газа благотворно сказывается и на тепловом к.п,д. генератора (см. 629.5), который растет с ростом разности температур рабочего тела и окружающей среды.
При температурах около 2000 К тепловой к.п.д. стремится к 90аУз (см. й 29.6). Кроме того, повышение температуры газа позволяет увеличить скорость движения газа в сопле Лаваля, вследствие чего растет э.д.с. Вместе с тем резко возрастает износ стенок сопла, ибо такие высокие температуры разрушают любые материалы. 5. Росту э.д,с. способствует также увеличение индукции магнитного поля. Для этой цели сопло МГД-генератора помещают в зазоре мощного электромагнита.
Магнит с железным сердечником и с охлаждаемыми обмотками позволяет получить поле с индукцней до 2 Т, что соответствует магнитному насыщению железа. В перспективе возможно применение магнитов без железа, но со сверхпроводящнми обмотками ($ 75.10). Плотность тока в таких обмотках доходит до 2.!Оз А/мз, индукция поля — до 6 Т. Но пока применение магнитов со саерхпроводящей обмоткой осложняется огромными трудностями поддержания в больших областях пространства температур жидкого гелия. В настоящее время МГД-генераторы еще не вышли из стадии лабораторного эксперимента. В !968 г.
в Советском Союзе была создана полупромышленная установка. Сконструированный советскими учеными МГД-шнератор в течение нескольких часов давал ток. В будущем, по-видимому, генераторы данного тапа найдут широкое применение. ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 280 49! Агрегатные состояния тела 170, 346 Адиабата идеального газа 244 — квазнстатическая 253 — ударная 288 Адиабатная оболочка 177 Адсорбцни 335 Аккумуляторы 470 Аморфные тела 310, 53! Аиизотропня 308 Аннан 466 Антиферромагнетизм 431 Барометрическое распределение 237 Ближний порядок 324 Броуновское движение 215, 267 †2 Вакуум 471 Вектор 32 †, абсолютная величина 33 — единичный 400 — намагниченности 416 — полврнзацин 37Э смыцсни» 374 Вероятность термодинамическая 257, — †, связь с энтропией 26! Вес тела 5! Весы крутильные 75 — пружинные 51 — рычажные 52 Вэаимадепствие гравитационное 46 — куланавсйае 46 — обменное 430 — сильное 195 — слабое 195 — упругое 46 Влажность воздуха абсолютная 344 — — относительная 346 Возгонка 337 Волна звуковая в газе 284 — круговая 282 — ударнаи 283 — — головная 287 — упруги» возмущений 282 —, фронт 282, 284 Время, однородность !7 — релаксации 253, 387 — свободного пробега электрона 451 — собственное 112 Второе начала термодинамики 265 — — статистический смысл 266 Вязкость газов 329 — жидкостей 330 Газ идеальный 225 — — вырождение 231, 232 — †, уравнение состояния 228 — электронный 317, 449 Гальванический элемент 469 — —, злектродвнжущая сила 470 Генератор магиитогидродинамнческий 489 — электростатический Ван-де.Граафа Э70 Гигрометр Ламберта 345 Гистерезис 423 График движения 19 — скорости равноперезюиного движения 40 Давление 150 — газа 222 — †, единицы намерения 223 — — идеального 228 — заторможенной жидкости (полное) 297 — насыщенного пара 339 — под искривленной поверхиастью жидкости 333 Дальний порядок 311 Двигатель тепловой 271 — —, к,п.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
