توكاماك

التوكاماك Tokamak نوع من أنواع مفاعل نووي الاندماجية وطريقة لبناء هذه المفاعلات. وتوكاماك Tokamak اختصار للمفردة الروسية тороидальная камера в магнитных катушках والتي تعني الغرفة الدائرية داخل مستحثات مغناطيسية.

ما زالت هذه الطريقة قيد البحث والتجربة ولم تصل فترة الاستغلال الاقتصادي بعد. تعمل هذه الطريقة عن طريق حمل درجة حرارة بلازما إلى درجة اندماج نووي. وبما حتى البلازما ذات درجة حرارة عالية جدا فإنه يجب فصلها وإبعادها وجعلها لا تلامس مكونات المفاعل وإلا أتلفته وتسبب ذلك في برودتها وانقطاع التفاعل الاندماجي. يتم في المفاعلات المبنية على كيفية توكاماك جعل البلازما تطفووسط المفاعل دون حتى تلامس أيا من أجزائه عن طريق مغناطيسات تحافظ على الپلازما في مسار دائري. في الوقت الراهن تتمثل الصعوبات أمام هذا النوع من المفاعلات في الحفاظ على تواصل التفاعل الاندماجي أي على حرارة البلازما حيث حتى اختلاف السرعة في طبقات البلازما الدخلية والخارجية يسبب تداخلات تقلل من درجة الحرارة مما يحتاج جعل الحقل المغنطيسي أوالقوة المغناطيسية في شكل لولبي. هذا يتم عن طريق ضخ تيار كهربائي في البلازما يساهم في حمل درجة حرارتها قليلا مع خفض عمل التداخلات الغير مناسبة. كما حتى تبريد المفاعل أيضا لا يسمح بتشغيله المتواصل ولذلك فهويعمل فقط بتبتر نبضي. جميع هذا أدى في أحسن الأحوال حاليا إلى إمكان استرداد كمية الطاقة التي تستهلك لتشغيل المفاعل، أي أنه لا يزال لا يصلح لإنتاج الكهرباء. ويبغي الفيزيائيون حتى مفاعلات تجريبية في المستقبل حتى يثبتوا إمكانية إنتاج طاقة أكبر من تلك اللازمة لتشغيلها.

التاريخ

التصميم

Tokamak magnetic field and current. Shown is the toroidal field and the coils (blue) that produce it, the plasma current (red) and the poloidal field produced by it, and the resulting twisted field when these are overlaid.

احترار الپلازما

Ohmic heating

Neutral-beam injection

الانضعاط المغناطيسي

Set of hyperfrequency tubes (84 GHz and 118 GHz) for plasma heating by electron cyclotron waves on the Tokamak à Configuration Variable (TCV). Courtesy of CRPP-EPFL, Association Suisse-Euratom.

Radio-frequency heating

أنظمة التبريد

الستيلراتور

الستيلراتور هوأيضا طريقة مماثلة لبناء المفاعلات اللإندماجية غير أنها تمتلك ميزة حتى تقليل الخسائر الناتجة عن التداخلات لاقد يكون عن طريق تيار كهربائي يضخ في البلازما بل عن طريق بناء وشكل هندسي أكثر تعقيدا للمغناطيسات التي تولد الحقل المغنطيسي.

ويشهجر كلا المفاعلين في ميزة أنهما أكثر أمنا من المفاعلات التقليدية الانشطارية بسبب حتى تفاعل الانشطار النووي ينبتر بمجرد ملامسة البلازما لجدار المفاعل ، كما حتى النفايات الناتجة أقل إشعاعا من تلك التي تنتج عن مفاعلات نووية انشطارية.

مشروعات التوكاماك التجريبية

عمليات حالية

(مرتبة زمنياً)

Alcator C-Mod

TM1-MH (since 1977 Castor, since 2007 Golem) in Prague, Czech Republic; in operation in Kurchatov Institute since early 1960s; 1977 renamed to Castor and moved to IPP CAS, Prague; 2007 moved to FNSPE, Czech Technical University in Prague, and renamed to Golem
T-10, in Kurchatov Institute, Moscow, Russia (formerly الاتحاد السوڤيتي); 2 MW; in operation since 1975
TEXTOR, in Jülich, ألمانيا; in operation since 1978
Joint European Torus (JET), in Culham, المملكة المتحدة; 16 MW; in operation since 1983
Novillo Tokamak, at the Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares,in Mexico City, Mexico; in operation since 1983
JT-60, in Naka, Ibaraki Prefecture, Japan; in operation since 1985 (Currently undergoing upgrade to Super, Advanced model)
STOR-M, University of Saskatchewan; Canada in operation since 1987; first demonstration of alternating current in a tokamak.
Tore Supra, at the CEA, Cadarache, فرنسا; in operation since 1988
Aditya, at Institute for Plasma Research (IPR) in Gujarat, الهند; in operation since 1989
DIII-D, in San Diego, USA; operated by General Atomics since the late 1980s
COMPASS, in Prague, Czech Republic; in operation since 2008, previously operated from 1989 to 1999 in Culham, United Kingdom
FTU, in Frascati, إيطاليا; in operation since 1990
Tokamak ISTTOK, at the Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Lisbon, Portugal; in operation since 1991

Outside view of the NSTX reactor
ASDEX Upgrade, in Garching, ألمانيا; in operation since 1991
Alcator C-Mod,MIT, Cambridge, USA; in operation since 1992
Tokamak à configuration variable (TCV), at the EPFL, Switzerland; in operation since 1992
TCABR, at the University of São Paulo, São Paulo, البرازيل; this tokamak was transferred from Centre des Recherches en Physique des Plasmas in Switzerland; in operation since 1994.
HT-7, in Hefei, China; in operation since 1995
HL-2A, in Chengdu, China; in operation since 2002
MAST, in Culham, المملكة المتحدة; in operation since 1999
NSTX in Princeton, New Jersey; in operation since 1999
Pegasus Toroidal Experiment at the University of Wisconsin-Madison; in operation since the late 1990s
EAST (HT-7U), in Hefei, China; in operation since 2006
KSTAR, in Daejon, South Korea; in operation since 2008
SST-1, in Institute for Plasma Research Gandhinagar, الهند; 1000 seconds operation.
IR-T1, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran

عمليات سابقة

The control room of the Alcator C tokamak at the MIT Plasma Science and Fusion Center, in about 1982–1983.

LT-1, Australia National University's plasma physics group built the first tokamak outside of Soviet Union c. 1963
T-3, in Kurchatov Institute, Moscow, Russia (formerly Soviet Union);
T-4, in Kurchatov Institute, Moscow, Russia (formerly Soviet Union); in operation in 1968
Texas Turbulent Tokamak, University of Texas, USA; in operation from 1971 to 1980.
Tokamak de Fontenay aux Roses (TFR), near Paris, France
Alcator A and Alcator C, MIT, USA; in operation from 1973 until 1979 and from 1978 until 1987, respectively.
TFTR, Princeton University, USA; in operation from 1982 until 1997
T-15, in Kurchatov Institute, Moscow, Russia (formerly Soviet Union);عشرة MW; in operation from 1988 until 2005
UCLA Electric Tokamak, in Los Angeles, الولايات المتحدة; in operation from 1999 to 2005
Tokamak de Varennes; Varennes, Canada; in operation from 1987 until 1999; operated by Hydro-Québec and used by researchers from Institut de recherche en électricité du Québec (IREQ) and the Institut national de la recherche scientifique (INRS)
START in Culham, United Kingdom; in operation from 1991 until 1998
COMPASS in Culham; in operation until 2001
HL-1M Tokamak,Chengdu,China; in operation from 1994 to 2001
MT-1 Tokamak, Budapest, Hungary 1979-1998 (Built at the Kurchatov Institute, Russia, transported to Hungary in 1979, rebuilt in 1991 to MT-1M)

مستقبلية

المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي، كاداراش، فرنسا، بقدرة 500 م.و؛ بدأ الانشاء في 2010؛ متسقط إنتاج أول پلازما في سنة 2020.
DEMO; 2000 MW, continuous operation, connected to power grid. Planned successor to ITER; construction to begin in 2024 according to preliminary timetable.

انظر أيضاً

The section on Dimensionless parameters in tokamaks in the article on Plasma scaling
Edge-Localized Mode
Stellarator
Reversed-field pinch
قائمة منطقات الپلازما (فيزياء)

الهوامش

^ Golem tokamak
^ Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Science
^ Ramos J., Meléndez L. et al., Diseño del Tokamak Novillo, Rev. Mex. Fís. 29 (4), 551, 1983
^ Tore Supra
^ DIII-D (video)
^ ISTTOK
^ Alcator C-Mod
^ [1]
^ The SST-1 Tokamak Page
^ "Tokamak". Pprc.srbiau.ac.ir. Retrieved 2012-06-28.
^ "ITER & Beyond. The Phases of ITER". Retrieved 12 September 2012.

المصادر

Horton, W. (2012). Turbulent Transport in Magnetized Plasmas. World Scientific. ISBN .
Braams, C.M., Stott, P.E. (2002). Nuclear Fusion: Half a Century of Magnetic Confinement Research. Institute of Physics Publishing. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
Dolan, Thomas J. (1982). Fusion Research, Volume 1 - Principles. Pergamon Press. نطقب:LCC.
Nishikawa, K., Wakatani, M. (2000). Plasma Physics. Springer-Verlag. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
Raeder, J. (1986). Controlled Nuclear Fusion. John Wiley & Sons. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
Wesson, John (2000). (PDF).
Wesson, John (2004). Tokamaks. Oxford University Press. ISBN . Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)

وصلات خارجية

CCFE - site from the UK fusion research centre CCFE.
Plasma Science - site on tokamaks from the French CEA.
Fusion Programs at General Atomics, including the DIII-D National Fusion Facility, an experimental tokamak.
Fusion and Plasma Physics Seminar at MIT OCW
Unofficial ITER fan club, Club for fans of the biggest tokamak planned to be built in near future.
www.tokamak.info Extensive list of current and historic tokamaks from around the world.
SSTC-1 Overview video of a small scale tokamak concept.
SSTC-2 Section View Video of a small scale tokamak concept.
SSTC-3 Fly Through Video of a small scale tokamak concept.
[2] Information on conditions necessary for nuclear reaction in a tokamak reactor