Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Разработка комплекса программных средств на основе приближения эффективного радиуса для моделирования кинетики процессов в перспективных термоядерных реакторах с D- 3He-топливом

10.12.2025 2025 - №04 Актуальные проблемы ядерной энергетики

А.И. Годес О.В. Кондрашов Д.В. Федоров В.Л. Шаблов

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.4.01

УДК: 533.9

Статья посвящена развитию альтернативной концепции топливного цикла термо­ядерных реакторов с магнитным удержанием плазмы, использующих D- 3He-топливо, обращение к которому, как считается, позволит решить ключевые проблемы устройств с традиционным D-T-топливом: необходимость обращения с радиоактивным тритием и так называемую проблему первой стенки, возникающую из-за интенсивного потока высокоэнергетичных нейтронов из ТЯР. В этой связи возникают задачи повышения точности предсказания характеристик малорадиоактивного D-3He-топливного цикла ТЯР с магнитным удержанием плазмы и определения путей повышения эффективности их функционирования с учетом особенностей D-3He-топлива: более высокие температуры реализации, как следствие, более высокие потери на тормозное и магнитотормозное излучения и использование магнитных конфигураций с высоким значением параметра β (β – отношение газокинетического давления плазмы к магнитному давлению). Для решения обозначенной проблемы необходимо располагать комплексом расчетно-теоретических подходов к моделированию процессов в плазме и детальному описанию энергетического баланса плазмы, основанных на современных данных по скоростям термоядерных реакций и корректном описании энергетических потерь на тормозное и магнитотормозное излучения. Излагается комплекс программных средств для расчета скоростей основных термоядерных реакций, базирующийся на приближении эффективного радиуса, аналитических параметризаций потерь на оба вида излучения с учетом релятивистских эффектов и для моделирования кинетики протекающих в плазме процессов в сочетании с определением параметров критерия Лоусона и тройного критерия Лоусона для различных режимов использования D-3He-топлива.

Ссылки

  1. Велихов Е.П., Ильгисонис В.И. Перспективы термоядерных исследований. Вестник Российской академии наук. 2021;91(5):470–478. DOI: 10.31857/S0869587321050248
  2. Рыжков С.В., Чирков А.Ю. Системы альтернативной термоядерной энергетики. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017, 200 с.
  3. Wurzel S.E., Hsu S.C. Progress toward fusion energy breakeven and gain as measured against the Lawson criterion. Phys. Plasmas. 2022;29:062103. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0083990
  4. Khvesyuk V.I., Chirkov A.Yu. Low radioactivity D-3He fusion fuel cycles with 3He production. Plasma Phys. Control. Fusion. 2002;44(2):253. DOI: https://doi.org/10.1088/0741-3335/44/2/308
  5. Чирков А.Ю. О возможности использования D-3He с наработкой 3He в термоядерном реакторе на основе сферического токамака. Журнал технической физики. 2006;76(9):51–54.
  6. Годес А.И., Шаблов В.Л. Критерий Лоусона для различных сценариев использования D-3He-топлива в термоядерных реакторах. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2023;2:134–147. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.2.11
  7. Бекефи Дж. Радиационные процессы в плазме. М.: Мир, 1971, 437 с.
  8. Трубников Б.А. Универсальный коэффициент выхода циклотронного излучения из плазменных конфигураций. Вопросы теории плазмы. Выпуск 7. М.: Атомиздат, 1973, с. 274–300.
  9. Stott P.E. The feasibility of using D – 3He and D – D fusion fuels. Plasma Phys. Control. Fusion. 2005;47:1305–1338. DOI: https://doi.org/10.1088/0741-3335/47/8/011
  10. Albajar F., Bornatici M., Engelmann F. RAYTEC: a new code for electron cyclotron radiative transport modelling of fusion plasmas. Nuclear Fusion. 2009;49(11):115017. DOI:https://doi.org/10.1088/0029-5515/49/11/115017
  11. Bosch H.S., Hale G.M. Fusion cross-sections and thermal reactivities. Nuclear Fusion. 1992;32(4):620–622.
  12. Xu Y., Takahashi K., Goriely S., Arnould M., Ohta M., Utsunomiya H. NACRE II: an update of the NACRE compilation of charged-particle-induced thermonuclear reaction rates for nuclei with mass number A < 16. Nuclear Physics A. 2013;918:61–169. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2013.09.007
  13. Zerkin V.V., Pritychenko B. The experimental nuclear reaction data (EXFOR): Extended computer database and Web retrieval system. Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A. 2018;888:31–43. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.01.045
  14. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 3. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М.: Наука, 1974, 752 с.
  15. Bethe H.A. Theory of the effective range in nuclear scattering. Physical Review. 1949;76(1): 38–50.
  16. Никитиу Ф. Фазовый анализ в физике сильных взаимодействий. М.: Мир, 1983, 416 с.
  17. Caughlan G. R., Fowler W. A. Thermonuclear reaction rates V. Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1988;40(2):283–334. DOI: https://doi.org/10.1016/0092-640X(88)90009-5
  18. Хвесюк В.И., Чирков А.Ю. Производство энергии в амбиполярных реакторах с D-T, D-3He и D-D топливными циклами. Письма в ЖЭТФ. 2000;26(21):61–65.
  19. Роуз Д., Кларк М. Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции. М.: Госатомиздат, 1963, 487 с.
  20. Готт Ю.В., Юрченко Н.И. Влияние пространственного распределения параметров плазмы на работу термоядерного реактора. Журнал технической физики. 2022;22(12):1794–1802. DOI: https://doi.org/10.21883/JTF.2022.12.53746.135-22

управляемый термоядерный синтез скорости термоядерных реакций приближение эффективного радиуса моделирование процессов в D- 3He-плазме

Ссылка для цитирования статьи: Годес А.И., Кондрашов О.В., Федоров Д.В., Шаблов В.Л. Разработка комплекса программных средств на основе приближения эффективного радиуса для моделирования кинетики процессов в перспективных термоядерных реакторах с D- 3He-топливом. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2025. – № 4. – С. 6-18. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2025.4.01 .

Открыть PDF файл