Что такое Токамак? Это устройство называют надеждой человечества. Много лет назад в нашей стране озаботились найти надежный источник энергии. Казалось бы, в то время, энергии было достаточно, более того залежные запасы угля, нефти, газа считались неисчерпаемыми. Тем не менее, ученые понимали, что при возрастающей потребности энергии, эти запасы все равно закончатся. Начались поиски альтернативного источника, который обеспечил бы человечество на многие и многие годы.
Источником энергии является вода, это самый доступный и дешевый продукт, пригодный для извлечения из неё дешевых, безопасных благ человечества.
Вода, через высокочастотный нагрев индуктором (СВЧ) до состояния плазмы сулит нам энергетическое благополучие. Пройдём этот путь и поймем, возможна ли эта тернистая тропинка к энергетическому благополучию?
Начальная формула воды Н2О распадается на ион ОН— с отрицательным зарядом и ион (протон) с положительным знаком Н+.
НОН = ОН— + Н+
На рис.1. Изображены этапы, ионизации воды и её разогрева ее до состояния плазмы.
Поз.1. Вода распадается на положительный ион водорода Н+ (протон) и отрицательно заряженный ион ОН—. Дальнейшая ионизация воды изображена на позиции 2. Нагрев заставляет выделиться из иона ОН—, протон и электрон. На этом этапе, сохраняется в целости атом кислорода. Дальнейший нагрев заставит атом потерять электроны внешнего уровня, Поз.3. а затем и остальные Поз.4, Поз.5. Поз.6. рисунка – это продукт синтеза гелий.
Рис.1.
Опишем подробнее процесс, изображенный на рисунке 1.
В конструкции Токамака предусмотрено специальное устройство – ИНДУКТОР, с помощью которого вода ионизируется и разогревается до состояния плазмы. На рисунке Поз.1. изображена частица, отделившаяся от молекулы воды. Частица имеет положительный заряд, что означает, это протон, который мог бы присутствовать в любом химическом элементе.
Казалось бы, всё просто, но почему на первом этапе от молекулы воды выделен только один протон водорода, ведь каждый из двух протонов водорода, находящийся в молекуле воды, имеет равное удаление от ядра кислорода? Поэтому они должны иметь одинаковые связи с ядром, что подразумевает одинаковые свойства.
Предположим, что оба протона выделились из молекулы воды. На Поз.2. изображено, что оба протона выходят из молекулы воды.
Что же остается в молекуле? 8 протонов и 10 электронов, то есть 2 электрона не имеют жесткой связи с ядром кислорода. Поэтому не имеющие связи электроны, тоже покидают молекулу. Остается типичный атом кислорода, но он нейтрален.
Что имеем? В свободном движении, два электрона, с отрицательным зарядом и два протона с положительным зарядом и нейтральный атом кислорода.
Просится вопрос. Если будем повышать температуру процесса ионизации, атомы кислорода останутся неизменным? То есть, при достижении температуры 5000 Ко градусам и выше, кислород сохранит свою формулу?
Мы знаем, что даже при значительно меньших температурах электроны всех веществ реагируют, увеличением орбитальной скорости. Тогда можно предположить, что скорость электронов в атоме кислорода достигнет такой величины, которой будет достаточно, чтобы они все покинули ядро. Они его покинут в разное время, при разных температурах, но покинут. Третья позиция.
Потеряв все электроны, протоны тоже отправляются в свободное хаотическое движение. Поз.4. Смесь электронов и протонов – это и есть ПЛАЗМА!
Продолжаем наращивать температуру, скорости электронов и протонов растут. Поз.5. Увеличение скоростей, преодолевая электростатические силы отталкивания заставляет сталкиваться протоны. Возникает вопрос. Почему не сталкиваются электроны и протоны, ведь у них, в отличии от протонов есть взаимные силы притяжения? Это можно объяснить большой разницей скоростей электронов и протонов. Легкие электроны имеют значительно большую скорость, поэтому уловить их сложно.
Достигнута температура, когда протоны преодолев силы отталкивания, образовали ядро, которое подразумевает удваивание сил, которых достаточно для притягивания скоростных электронов. Образован первый атом гелия. Объединением двух протонов начался термоядерный синтез. Считается, что образование гелия – это выделение колоссального количества тепла.
Чтобы воссоздать такой процесс, была изобретена термоядерная установка. Рис.2.
Рис.2.
Солнце стало примером бесконечной энергии. Процессы, происходящие на Солнце, стали прообразом термоядерной установки. Была взорвана термоядерная бомба, основанная не на делении ядра, а на термоядерном синтезе. Взрыв Т/Я бомбы дал уверенность, что такой синтез можно создать на Земле. Так родился Токамак, в котором было решено произвести синтез частиц, при соединении которых выделяется много, очень много энергии. Это была и есть конечная цель создания термоядерной установки, которая должна обеспечить человечество неограниченной и безопасной энергией. На основании научных данных, изобретена, спроектирована и собрана установка под названием ТОКАМАК.
В этой установке специальным устройством - индуктором производится ионизация воды через разогрев до состояния плазмы, в которой произойдёт синтез нового элемента гелия. Рис.2.
Считается, что такой синтез проходит с выделением большого количества энергии.
На начальном этапе, главным препятствием стала очень высокая температура плазмы, которая мгновенно выжигала рабочие стенки оборудования. Человечество ни тогда, ни сейчас не обладает материалами, которые могли бы противостоять температуре в 5000 Ко. 1 (Кельвин) Ко = 273о С.)
Сержант СА Лаврентьев в 1953 году предложил с помощью магнитного поля удерживать плазму на некотором расстоянии от стенок Токамака. что уберегло бы стенки от разрушения.
Предлагается взглянуть на рисунок Рис.2, на котором изображен классическая термоядерная установка – ТОКАМАК.
Попытаюсь прокомментировать этот рисунок. Мы видим ТОР (бублик), в котором разогретая плазма (изображена красным цветом) вращается по трубе. (красная и желтая стрелки). Процессы, которые будут происходить в этой трубе выделят огромное количество энергии, которая будет иметь температуру до 5000 Ко или более 1000000оС. Чтобы такая температура не сожгла стенки тора, плазму решили отодвинуть от стенок с помощью внешнего магнитного поля. На рисунке видно, что между плазмой и стенкой тора есть пространство. Для этого выполнены специальные магнитные тороидальные катушки. (на снимке золотистые витки вокруг тела тора).
В данной хитроумной схеме может разобраться специалист, НО я попробую увидеть то, что, на мой взгляд, основательно препятствует работе установки, изображённой на Рис.2.
Как упомянуто выше, это устройство - Токамак должно подарить людям энергию. Конструкция этой термоядерной установки должна учитывать процессы синтеза, которые происходят на Солнце. Известно, что источником магнитного поля Солнца являются конвекционные потоки заряженных частиц, то есть электрический ток. За счет разности температур, на Солнце имеют место длинные и вертикальные конвекционные потоки.
Если взглянуть, на ТОР, то в нем могут появляться конвекционные потоки, но так как его расположение горизонтальное, то они ограниченны диаметром трубы. Потоки короткие и направлены вверх, то есть, поперек движения плазмы, что вызовет помехи в виде бурления. Так как конвекционный поток направлен не вдоль трубы, а под углом 90о, то он изогнет поток плазмы и приблизит его к стенке трубы, с последующим разрушением.
По описаниям запуска Токамака так и происходит. Длительность работы исчисляется в пределах 10-15 секунд.
На основании многочисленных фото и описаний попробую увидеть то, что, на мой взгляд, основательно препятствует работе установки, изображённой на Рис.2.
1. Горизонтальное расположение ТОРА. За счет этого увеличивается площадь воздействия сил гравитации на плазму. По рисунку понятно, что силы гравитации направлены поперек плазменному потоку, что неизбежно приблизят плазму к стенкам ТОРА.
2. Возникающие поперечные конвекционные потоки плазмы является серьезным препятствием для достижения цели. Они могут изогнуть основной поток и приблизить его к стенке тора.
3. Тороидальные катушки, намотанные поперек движения плазмы, создадут неравномерное магнитное поле, которое исключает точное встречное направление векторов магнитных полей тока плазмы и тока в катушках. Судя по описаниям запуска Токамака, все так и происходит.
Предлагается альтернативная схема Токамака, у которого учтены вышеописанные замечания. Схема Токамака отличается от существующих схем, как конструктивно, так и принципиально. Учтены принципы «механизма», работающего на Солнце, который создаёт магнитное поле Солнечной системы. Обязательным условием для создания магнитного поля Солнца, стала конвекция ионизированной плазмы.
Справка: «Конвекция простыми словами — это перемешивание. Это вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передаётся струями и потоками».
Конвекция должна быть основой работы Токамака. Что же она дает? В отличии от классического варианта Токомака, конвекционные потоки направлены вдоль направления движения плазмы, что и создаёт поток заряженных частиц, то есть, электрический ток. Конвекция, в данном случае, не помеха, а помощник. Без конвекции движения протонов и электронов в плазме, хаотические. Поэтому они поддаются воздействию внешнего магнитного поля слабо и не стабильно. Увеличение мощности внешнего магнита, через увеличение силы тока в катушках, ни к чему положительному не приведет.
Для успешной работы Токамака необходимо выполнить ряд условий, которые принципиально и приближенно повторяли бы процессы, происходящие на Солнце. В Токамаке должна работать конвекция, которая создаст ток плазмы, а это означает направленное движение протонов и электронов. Направленное движение зарядов - это электрический ток, обладающий магнитным поле. Смотри рис.3.
Рис.3.
Конструкция Токамака должна основываться на следующих принципах.
1. Конструкция Токамака обеспечивает конвекцию в нужных объемах. На основании этого требования, выбрана вертикальная форма звена цепи. Рис.3.
2. Витки управляющей обмотки должны быть направлены вдоль конвекционного потока плазмы и охватывать его активную часть. Смотри Рис. 3.
3. Электрический ток – постоянный, направлен в противоположную сторону движения конвекционного потока плазмы.
4. Для создания конвекции плазмы, одна ветвь Токамака должна охлаждаться.
5. Установка магнитных устройств для компенсации гравитационных сил, действующих на плазму.
6. Корпус Токамака должен быть проницаемым для магнитных силовых линий.
Есть еще факт, который лишний раз подтверждает необходимость создания условий для активной кавитации в рабочей зоне ТОКАМАКА.
Часто и густо приходят сообщения о солнечной активности, то есть о вспышках на его поверхности.
Например, 26.10.2024 г. На Солнце произошла мощнейшая вспышка, которая вызвала сильнейшее возмущение магнитного поля Земли.
Отмечены отказы в системе электроснабжения и связи.
Вспышка, - это выброс ионизированной плазмы, которая взлетает на большую высоту над поверхностью светила.
Такое движение заряженных частиц, ученые истолковывают, как электрический ток большой силы, который, в свою очередь, увеличивает напряженность части магнитного поля Солнца. Изменение напряжённости магнитного поля Солнца провоцирует бурю магнитного поля Земли.
Описание этого процесса еще раз наводит на мысль, что в Токамаке необходимо организовывать активное движение заряженных частиц. Только тогда плазма Токамака образует свое собственное магнитное поле. На рисунке схематично изображен Токамак, в форме звена цепи, установленный вертикально. Витки управляющей обмотки охватывают корпус по вертикали, что позволяет пропускать электрический ток в ее витках в параллельном, но встречном направлении конвективного движения плазмы. Действие гравитации сведены к минимуму.
Для большего понимания рассмотрим схему Рис.4. На этом снимке акцентируются направления электрических токов.
На рисунке 3, стрелками синего цвета обозначены направления электрического тока катушки. Стрелки сиреневого цвета обозначается конвекционный поток плазмы, который формирует электрический ток плазмы.
Как указано на рисунке 3. Потоки направлены в разные стороны.
Встречное движение потоков обуславливает взаимодействие магнитных полей плазмы и обмотки.
Рис.4.
Из физики известно, что два повода, находящиеся в непосредственной близости друг от друга, при протекании в них встречно направленного электрического тока, отталкиваются. Это говорит о том, что провода отталкиваются одноименными полюсами магнитных полей. Рис 5.
Рис.5.
Как понимать приведённый рисунок? Мы видим, что левый провод на рис 4, как электрический ток в плазме, справа ток в обмотке. При таких направлениях тока в Токамаке, по аналогии отталкивания проводов, плазма будет отодвинута от стенок рабочей зоны. При этом должно выполняться условие. Магнитное поле электрического тока должно быть сильнее магнитного поля тока плазмы. МП о > МО пл.
На рисунке 6 изображен фрагмент рабочей камеры Токамака. Схематично изображены электрические токи обмотки и плазмы и встречно направленные вектора магнитных полей этих токов. Более сильное МП обмотки отодвинет (по аналогии с проводами) плазму от стенки, чем сформирует защитное пространство между плазмой и стенкой. Надо заметить, что корпус Токамака, должен проходим для магнитных силовых линий.
Рис. 6.
Конвекция упорядочивает движение заряженных частиц в термоядерной установке и охладителе. Не грех повториться.
Направленное движение заряженных частиц протонов и электронов - это электрический ток, который, согласно законам физики, обладает своим магнитным полем. Разнонаправленное движение токов, обеспечит встречное направление векторов магнитных полей. Взаимодействие внешнего магнитного поля и магнитного поля электрического тока, полученного в плазме, отодвинет её от стенок устройства.
Под внешним магнитным полем подразумевается обмотка, витки которой повторяют форму Токамака. Такое расположение обмотки позволит защитить все элементы конструкции от высоких температур. Электромагниты должны быть подключены к постоянному напряжению, с возможностью регулирования величины поданного напряжения. Это позволит управлять внешним магнитным полем.
Необходимо предусмотреть, дополнительную магнитную систему, которая компенсирует действие гравитации на плазму. Рис. 7.
Рис. 7.
Это могут быть постоянные магниты….
Предложенная конструкция, позволяет надеяться на успех, НО создание оной таит большое количество препятствий.
В дальнейшем повествовании будут менее уверенные заявления, если не катастрофические…. Дочитайте текст до самого конца. Финал будет неожиданным….
Если учесть то, что уже опубликована, информация, которая сообщает, что подготовка и сама работа Токамака более чем затратная.
Сообщение о том, что Токамак потребляет больше энергии, чем может дать, удручает. Цель создания Токамаа другая – получение энергии. Это обстоятельство заставляет задуматься о балансе энергии в термоядерной установке. Необходимо надо найти причины, которые обуславливают отрицательную разницу энергий.
Проведем анализ.
В работе Токамака ожидается две части энергии, затратная и полезная. По задумке, полезная часть должна быть значительно больше.
Определим энергию, затраченную на подготовку термоядерного процесса.
Ен – энергия, затраченная на разогрев. Ионизация.
Ер – энергия, затраченная на разогрев плазмы. Увеличением скорости заряженных частиц.
Ерас. – Энергия рассеивания. Нагрев оборудования пространства около
него ….
Допустим, температура плазмы запустила процесс синтеза. Есть твердое мнение, что при этом выделяется большое количество энергии.
Какова природа этой энергии?
Через разогрев протоны и электроны разогнались до нужных скоростей. В то же время, протоны и электроны имеют массы. Если масса имеет скорость, то она обладает кинетической энергий. Энергия частицы, которая имеет массу и находится в движении, описывается формулой кинетической энергии.
Е =mv^2/2.
Где m – масса протона; v – скорость протона.
Увеличение температуры с помощью внешнего воздействия, заставляет частицы двигаться все быстрее, все интенсивнее конвекция. Сил взаимного отталкивания у протонов уже недостаточно, чтобы уклоняться друг от друга. Столкновения становятся неизбежными. Сталкиваются частицы с равными массами и примерно равными скоростями. Поэтому, формула кинетической энергии встречного столкновения двух протонов, примет вид.
Ec = 2mV^2/2 =mV^2
Eс = mV^2.
Где: Eс - энергия столкновения.
Увеличение температуры плазмы за счёт энергии столкновений, вызовет лавинообразное выделение тепловой энергии. В результате увеличения количества столкновений, кинетическая энергия, которых переходит в тепло, причем, лавинообразно.
Мы уяснили, что источником тепловой энергии является столкновение частиц. Действительно, синтез стал источником большого количества тепловой энергии.
Но нельзя не заметить, кинетическая энергия частиц является продуктом затраченной энергии разогрева. Тогда, тепловая энергия столкновений является производной затраченной энергии. Этого отрицать нельзя! Тогда выделенную тепловую энергию синтеза нельзя считать полезной.
Приведем пример. Заряд ружья сообщил пуле кинетическую энергию. При попадании ее в цель, эта энергия переходит в тепло. С помощью разогрева мы сообщили кинетическую энергию заряженным частицам. Целью являются сами частицы. Через столкновения выделяется тепло. Все идентично!
Однако, созданы атомы гелия. Не исключено, что создание атома гелия сопровождается выделением тепла. Выделилось тепло при синтезе гелия или нет? Сложный вопрос, НО любой атом или молекула содержит внутреннюю ядерную энергию. Например, для удержания электрона на орбите, протон вынужден затрачивать энергию. Коль скоро это так, то образование гелия, скорее происходит с потреблением энергии.
Проследив движение энергии при работе Токамака, убеждаемся, что полезной энергии нет, есть только ее убеждающая видимость.
Такой вывод справедлив для всех конструкций Токамака. Он закрывает дорогу к бесконечной энергии, в том числе, рассмотренных в этой статье.
Мне возразят, что есть пример - это выделение колоссального количества энергии при взрыве водородной бомбы. Я не спец в термоядерных бомбах, но подозреваю, что при взрыве оной происходит такой же процесс столкновения протонов и электронов. В Токамаке может быть использован дейтерий. Дейтерий является термоядерным топливом бомбы. Иными словами, использован один и тот же продукт, но с применением ядерного заряда. Взрыв ядерного заряда организует тот же процесс, как и в Токамаке. А дейтерий через синтез гелия концентрирует энергию ядерного заряда в одном месте. То есть, впустую не расходуется энергия излучений и усиливается ударная волна. Увеличения количества дейтерия, заложенного в заряд, как следствие увеличение количества столкновений протонов. В этом случае, бомба может иметь значительное превосходство над ядерным зарядом. Я с высоты интеллекта чайника - дилетанта высказал свои сомнения, НО твердо убежден.
Вывод №1. Токамак не будет работать. В противном случае, нарушится закон сохранения энергии. Ученые могут возразить, буду рад, если ошибаюсь.
Вернемся к синтезу в Токомаке. Рис.1 Поз.6.
На всем повествовании красной линией проходит взаимодействие магнитных полей плазмы и катушек. То есть, должны быть потоки электронов и протонов (электрический ток), которые через свои магнитные поля отодвинут плазму от стенок рабочей зоны.
В заключительной фазе синтеза – образование гелия. Гелий в электрическом плане, нейтрален. То есть, его движение в Токамаке не является электрическим током, а это означает, что утрачено магнитное поле плазмы. Её уже ничто не удерживает от приближения к стенкам. Это уже не плазма, а перегретый гелий. Разрушение рабочей зоны неизбежно!!!
Вывод № 2. Созданный гелий закрывает дорогу к мечтам о великой энергии. Допустим, что ученые создали нужные материалы, и стенки тора выдержали напор температуры. Продолжит ли Токамак работу, то есть, распадется ли гелий на заряженные частицы и с добавлением воды (дейтерия) процесс ионизации и синтеза возобновится?
Гелий не распадется!!! Продукт синтеза - гелий не распадется на заряженные частицы, протон и электрон. Фокус в том, что гелий относится к весьма стойким веществам. Поэтому Токамак не продолжит работу!
Вывод №3. Стойкость гелия закрывает к получению дешёвой, безопасной энергии. Мне возразят в том, что на Солнце этот процесс работает. Создать солнечные условия на Земле, невозможно.
Еще раз выделим три причины, которые закрывают движение к бесконечной энергии. На халяву ничего не бывает!!!
1. Проследив движение энергии при работе Токамака, убеждаемся, что полезной энергии нет, есть только ее убеждающая видимость. Закон сохранения энергии выполняются четко.
2. Синтез гелия лишает защиты Токамак.
3. Гелий весьма стойкое вещество, в земных условиях не добыть из него продукты синтеза.
Общий вывод. На данном этапе науки создание термоядерных установок НЕВОЗМОЖНО!
Отрицательнвый вывод не закрывает возможности поиска аьтернативной энергии....
Александр Золотов
12.12.2024 – 29.03.2025. Ростов-на-Дону.