一个有关原子新闻的热门网站，《世界核新闻》报道了由英国私人公司Tokamak Energy拥有的ST40托卡马克的发射（第一等离子）。 该新闻非常有趣，特别是如果您知道我将尝试介绍的内容。
Tokamak Energy的创始人Alan Sykes以1比1的比例在ST-40附近。托卡马克能源公司（TE）成立于2009年（仅次于当今世界上最大的JET托卡马克），自2012年以来已获得资金（今天该初创公司已筹集3500万美元）用于建造一系列通往能源反应堆的托卡马克。 在国际热核实验堆（ITER）的价值超过20亿美元的背景下，而不是导致一座反应堆，它看起来很奇怪吗？ 让我们做对。
热核聚变的主要问题不是进行热核反应，而是我们进行反应的反应堆的大小应合理。 如果将反应堆的尺寸增加到千米，将功率增加到兆瓦，则几乎任何融合概念都可以使用，但是这种设计在现实生活中并不适用。 在寻求这样的结构和尺寸的热核等离子体时，等离子体学家的工作实质是，在合理设计反应器（例如加热系统）的情况下，其尺寸将最小。
来自Tokamak Energy的有关“第一等离子” ST40的视频。 在框架中-托卡马克真空室，带有用于燃烧的加热系统，没有磁性系统。 美丽的绿色辉光-一种辉光放电，用于清洁腔室壁，与热核等离子体没有直接关系球形托卡马克只允许您在相同的热核能下降低等离子线的尺寸，从而正式降低了反应堆的成本。 自1986年以来（第一篇文章发表时）就已经了解了这一理论基础，并在90年代通过实验得到了证实。 我在一篇有关
新型俄罗斯托卡马克 （也是球形）的帖子中写了更多有关此的内容。
组装ST40真空室。 在ITER中，它看起来只是一个用于储存工业用水的容器，仅此而已:)。实际上，托卡马克能源公司（Tokakak Energy）试图在20年前将该发现的等离子体技术商业化。 在实现这一目标的过程中，存在许多工程难题，其中有些难题似乎是无法克服的，或者无论如何都无法以合理的价格克服。 因此，关于推动TE向前发展的新闻喜忧参半。 显然，所有这些成功都将在某个时刻结束。
目前，TE的资产包括发射一个非常小的tokamak（实际上是台式机）ST-25，然后将其转换为高温超导体，并具有将等离子体在tokamak中保持29小时的记录（真实，等离子，对于热核温度和密度设置来说非常低） ） 下一次于4月28日发射的托卡马克已经很严重了。 如此严重，以至于您认为无法克服的工程难题是可以克服的。
未来托卡马克的设计将被浸入用于保温的大型真空容器-低温恒温器中。 它的内部是一个由环形和多极线圈组成的铜磁系统，其内部是一个托卡马克真空室。 一个重要的技术特征是合并压缩线圈，它解决了中央螺线管的中央立柱容积不足的问题。因此，ST40。 这是一台纯粹的研究机器，应该成为能源原型机ST185的中间阶段之一（该原型机将根据计划于2025年建造，最终将非常怀疑其中的一个）。 球形托卡马克，等离子线半径仅为40厘米，真空室尺寸为1.5 x 2.2米，这是在严重汽车的背景下产生的碎屑。 完全完成后，它应达到Q = 1 ... 2的等离子体参数（因此，温度为10 keV，对于如此小的尺寸也是如此），其中Q是热核动力与加热的比率。 让我提醒您，今天，等离子体积的JT-60U托卡马克的Q = 1.2记录大几十倍，位于ST40 JET附近，等离子体积也大40倍，一次只达到Q = 0.7。 实际上，如果确定了ST40的计算参数，那么对于托卡马克来说这将是一个令人难以置信的突破。
用各种方法模拟DT等离子体的中子产率ST40。 根据另一种球形托卡马克MAST的参数重新计算，在加热2兆瓦时，即产生约3兆瓦的热核能，即 Q〜1.5，但是结果可能更糟。ST40与前代产品的真正区别是什么？ 这是一个球形托卡马克，具有足够强的3特斯拉场（应该注意，这是球形托卡马克中的记录），并对其进行了尽可能多的优化以获得高Q。高场本身就是一项成就。 球形托卡马克的问题在于物理学需要一个直径尽可能小的中心柱（以使等离子体形状尽可能接近球体），这意味着环形线圈和中心螺线管的内部电弧的最小面积。 环形线圈的电流决定了磁场的强度，尽管事实上电流密度不能高于某些参数，对于铜和超导系统而言。 反过来，中央螺线管是等离子体能量的主要泵送所必需的，并且其尺寸也从下方受到严格限制。
环形场线圈和中心柱的铜导体。 在发射过程中的第一阶段，将24个D形匝分成3组（左下图），持续1 ... 10秒，传导电流约为100 kA事实证明，工程限制决定了球形托卡马克中的低场……或拒绝了标准发射方法。 ST40使用一种新的方法来启动等离子体加热和产生环形电流-压缩和重新连接磁力线。 这种现象是造成太阳耀斑的原因，并且可以很好地加热等离子体。 这种方法的有效性尚不明确，这是ST40的首要任务-它将学习如何在不使用中央螺线管的情况下启动等离子电流（ST40设计中的小DC仍可在启动过程中保持平坦的电流分布，但其体积比经典产品小约10倍。方案）。
当两个方向相反的场管“短路”并消失以释放能量时，磁重新连接是磁场重新配置的现象。 在图片中，这些是“流入”域的外管，能量沿垂直箭头方向释放。
试图突破极限的第二种工程解决方案是使用冷却至液氮温度的铜系统。 这样可将铜的电阻降低20-30倍，并使电流密度增加数十倍。 小型ST40可以在Q和热核能方面赶上大型昂贵机器的诀窍是一个死胡同-这种解决方案不允许切换到工作超过10秒的托卡马克。 TE在这里依赖于高温超导性，但是考虑到电绝缘和热绝缘，中子保护，结构组件等所占的体积，中央电流栏中所需的工程密度（每平方毫米至少100安培）很难实现。 例如，在
ITER环形磁铁中，工程电流密度仅为11 A / mm ^ 2。 这是球形托卡马克最困难的障碍之一，托卡马克能源公司将如何解决这个问题尚不清楚。
环，用于将压缩重新连接线圈固定在ST40真空室内。 托卡马克能源公司的工程师已经面临着热核磁体领域的一个问题-巨大的变形动力，但对于能源原型，这些力将增长一个数量级。正如我所说的，这个项目让人回味无穷。 其中之一是无条件的惊喜，甚至是对微型热核装置参数的热情，从理论上讲，这将使最严重的托卡马克人获得国家数亿美元的资助。 第二种感觉是对现实的失望。
实际上，ST40的“启动”只是一组真空操作，并且通过锂等离子体中的辉光放电（美丽的绿色）清洁内表面。 即使按照最简单的配置，磁性系统尚未组装并安装在真空室中，尽管根据一年前的计划，这应该在16/17年之交发生。 在关闭JET和JT-60U传送带的记录之前，该安装仍必须进行几次重大升级（在托卡马克周围安装一个低温恒温器，为磁体创建液氮冷却系统，将磁体电源系统升级为存储能量的十倍之多，安装中性射束注入器等）。 。）-以这样的工作节奏，只有这些任务才能拖延到2025年。
尽管ST40真空室不是一个简单的产品，但其复杂度远小于整个安装的复杂度，更不用说随后的超导“ ST *”了。 因此TE工程师才刚刚起步。我们在谈论Q时讨论的“热核电”，在ST40的情况下也将是稍微虚拟的，它是从DD等离子体的中子输出（ST40实际将与之配合使用）转换为DT（但是，中子电的这种转换是相当明确的） 。 这是由于以下事实：使用tri意味着完全不同的安装类别，需要多年从原子调节器获得许可才能使用and，并且很可能在建造特殊建筑物时使用tri。 也许TE已经在进行这项工作，以获得更多的核执照，如果不是为此，那么是为下一辆汽车，但到目前为止，这还没有任何广告，在工程解决方案和计划中是看不到的。 就是说，托卡马克的核部分是一种珠穆朗玛峰，很少有项目可以攀登，这是非常困难，非常昂贵和不安全的。 核组件最终决定了电厂的成本和工程外观，而“遗忘”则意味着遗忘了约50％的复杂性和复杂性。
这些想法使我们顺利地提出了一个我无法回答的问题-今天，谁在投资世界各地的融合初创公司？为什么投资？ 在过去十年中，托卡马克能源公司，
Tri Alpha能源公司 ，
General Fusion公司 ，
Helion能源公司等项目明显蓬勃发展，尽管事实是电力市场萧条，没有补贴的任何类型的新电厂建设都无利可图，发展中国家除外。 如果Tri Alpha提出了安装无中子聚变的想法，这种想法可能不需要许可证，而General Fusion希望“低技术”聚变的想法行得通，那么对于或多或少的传统方案，很难想象您如何支付费用-同样的方式尽管有这样一个设施的工程可行性，但想像一下“每个家庭中的核反应堆”的回报是多么困难。
要么投资者仍然处于60到70年代的范式中，要么他们希望开拓新市场（例如，为减少二氧化碳排放量而更换燃煤发电厂），或者冒险心理使人们对广泛的任何项目进行投资市场（电力市场仍然是最大的市场之一）。 但是，事实仍然是，在现代世界中，有钱可以让您检查铁中的许多“垂直”构想，也许其中一个甚至可以在ITER达到满负荷运行之前就提供第一热核能。
PS我们使用了
Tokamak Energy instagram上的照片，
该文章介绍了ST40的工程和物理基础以及
选择托卡马克尺寸的
物理“原理” 。