PL 
EnglishDomyślny
Українська☢️ Reaktor termojądrowy
Ustaw temperaturę, gęstość i czas utrzymania plazmy, by przetestować kryterium Lawsona i sprawdzić, czy reaktor osiągnie próg opłacalności lub pełny zapłon.
O fizyce plazmy fuzyjnej i kryterium Lawsona
Łączenie lekkich jąder atomowych uwalnia energię, ponieważ powstałe jądro jest silniej związane niż jego składniki, lecz dodatnio naładowane jądra muszą najpierw pokonać wzajemne odpychanie kulombowskie, zbliżając się na odległość rzędu femtometra, gdzie przejmuje kontrolę krótkozasięgowe silne oddziaływanie jądrowe. Wymaga to ekstremalnych energii cieplnych, więc paliwo fuzyjne istnieje jako w pełni zjonizowana plazma swobodnych jąder i elektronów, którą trzeba utrzymać z dala od jakiejkolwiek ściany materialnej, zwykle za pomocą silnych pól magnetycznych ukształtowanych — w tokamaku — w helikalne linie pola owijające się wokół toroidalnej komory próżniowej.
Kryterium Lawsona, wyprowadzone przez Johna Lawsona w 1955 roku, formalizuje kompromis między trzema kluczowymi parametrami plazmy: iloczyn gęstości, czasu uwięzienia i temperatury musi przekroczyć próg, zanim moc uzyskana z fuzji przewyższy moc zużywaną na ogrzewanie i utrzymanie plazmy. Ponieważ żaden pojedynczy parametr nie musi dominować, różne podejścia do fuzji wybierają różne kompromisy — tokamaki z uwięzieniem magnetycznym stawiają na umiarkowaną gęstość utrzymywaną przez około sekundę, podczas gdy podejścia z uwięzieniem inercyjnym sprężają paliwo do bardzo wysokiej gęstości na zaledwie kilka nanosekund — a odczyt wartości Q w tym symulatorze pokazuje, gdzie dana kombinacja T, n i τ_E znajduje się względem progu opłacalności energetycznej.
Często zadawane pytania
Dlaczego fuzja wymaga tak ekstremalnych temperatur?
Dodatnio naładowane jądra odpychają się wzajemnie siłą elektromagnetyczną (kulombowską). Aby doszło do fuzji, dwa jądra muszą zbliżyć się na odległość około 1 femtometra (10⁻¹⁵ m), gdzie zaczyna dominować silne oddziaływanie jądrowe. Klasycznie wymaga to energii kinetycznych rzędu 1 MeV, co odpowiada temperaturze 10 miliardów K. Tunelowanie kwantowe pozwala na fuzję przy niższych energiach (~100 keV, czyli ~1 miliard K), ale nawet to jest 6-7 razy więcej niż temperatura jądra Słońca. Słońce kompensuje to ogromną masą i długim czasem uwięzienia; fuzja laboratoryjna musi osiągać wyższe temperatury, by uzyskać odpowiednie tempo reakcji w znacznie mniejszych urządzeniach.
Czym jest kryterium Lawsona?
Kryterium Lawsona, wyprowadzone przez Johna Lawsona w 1955 roku, mówi, że iloczyn gęstości plazmy, czasu uwięzienia energii i temperatury musi przekroczyć próg, aby moc uzyskana z fuzji przewyższyła energię włożoną w ogrzewanie: nτT > 3×10²¹ keV·s/m³ (dla fuzji D-T). Zwiększenie dowolnego z trzech czynników może zrekompensować niedobory pozostałych. Tokamaki zwykle pracują przy umiarkowanej gęstości (n ~ 10²⁰ m⁻³) i długich czasach uwięzienia (τ ~ 1 s), podczas gdy w fuzji inercyjnej stosuje się ekstremalnie wysokie gęstości przy bardzo krótkich czasach uwięzienia (nanosekundy).
Jak tokamak utrzymuje plazmę za pomocą pola magnetycznego?
Tokamak wykorzystuje dwie składowe pola magnetycznego: silne pole toroidalne (wzdłuż długiego obwodu torusa), wytwarzane przez nadprzewodzące cewki owinięte wokół komory, oraz pole poloidalne (wzdłuż krótkiego obwodu), generowane częściowo przez prąd płynący przez samą plazmę. Łączą się one w helikalne linie pola, które owijają się wokół torusa na zagnieżdżonych powierzchniach toroidalnych. Naładowane cząstki poruszają się spiralnie wzdłuż linii pola, a jeśli linie pola zamykają się same w sobie po owinięciu wokół torusa, cząstki pozostają uwięzione. Współczynnik bezpieczeństwa q (stosunek nawinięcia toroidalnego do poloidalnego) musi wszędzie przekraczać 1, aby uniknąć niestabilności typu kink.