Izvorni kôd stranice Tokamak

[[Datoteka:1987 CPA 5891.jpg|mini|150px| 1987 marka USSR, obilježava istraživanje termonuklearne fuzije na tokamaku]]
'''Tokamak''' je mašina za proizvodnju [[torus|toroidalnog]] magnetskog polja za razgraničenje [[Plazma|plazme]]. To je jedan od najviše istraživanih kandidata za proizvodnju kontrolirane [[nuklearna elektrana|termonuklearne]] [[nuklearna fuzija|fuzijske energije]]. U novije se [[Vrijeme (fizika)|vrijeme]] uređaji ovakvog tipa nazivaju zajedničkim imenom [[fuzijski reaktor]]i.

Pojam '''tokamak''' je [[transliteracija]] ruske riječi '''токамак''' koja je sama po sebi kratica od ruske riječi: "'''то'''роидальная '''ка'''мера в '''ма'''гнитных '''к'''атушках" – toroidalna komora s [[Magnetizam|magnetiziranim]] [[zavojnica]]ma (vjerovatno ''tochamac''). Alternativna, vjerovatno starija, skraćenica postoji, značenja toroidalna komora sa aksijalnim magnetskim poljem ('''''to'''roidal'naya '''kam'''era s polem '''ak'''sial'nym magnitnym'').<ref>[http://www.merriam-webster.com/dictionary/tokamak Merriam-Webster Online]</ref> Izumljen je 1950-ih od strane [[Sovjetski Savez|sovjetskih]] fizičara [[Igor Yevgenyevich Tamm|Igora Yevgenyevicha Tamma]] i [[Andrej Saharov|Andreja Saharova]] (koji je bio inspiriran originalnom idejom [[Oleg Lavrentyev|Olega Lavrentyevog]]<ref>Bondarenko B D "Role played by O A Lavrent'ev in the formulation of the problem and the initiation of research into controlled nuclear fusion in the USSR" Phys. Usp. 44 844 (2001) available [http://ufn.ru/ufn01/ufn01_8/Russian/r018m.pdf online]</ref>).

Tokamak se odlikuje [[azimut]]nom (rotacijskom) simetrijom i upotrebom plazme koja prenosi električnu struju za generiranje [[Spirala|spiralne]] komponente magnetskog polja potrebne za stabilnu ravnotežu. To se može usporediti s drugim fuzijskim [[reaktor]]om, [[stelarator]]om, koji ima diskretnu rotacionu simetriju i u kojoj se magnetska polja proizvode od strane vanjskih navoja u kojima se stvara zanemariva [[električna struja]] koja teče kroz plazmu.

== Historija ==

Iako je istraživanje nuklearne fuzije započelo ubrzo nakon [[Drugi svjetski rat|Drugog svjetskog rata]], programi su prvobitno bili tajna. Tek su na konferenciji [[Ujedinjene nacije|Ujedinjenih nacija]] 1955.  (International Conference on Peaceful Uses of Atomic Energy u Ženevi) ti programi bili otkriveni i međunarodna naučna saradnja je mogla započeti.

[[Eksperiment]]alna [[istraživanja]] tokamaka započela je 1956. grupa sovjetskih [[nauka|naučnika]] predvođenih [[Lev Arcimovič]]em na [[Kurchatov-om institutu]] u [[Moskva|Moskvi]]. Grupa tih naučnika je konstruirala prvi tokamak, najuspješnija verzija od njih je bio verzija [[T-3]], a najveća je bila verzija [[T-4]]. T-4 je bila testirana u 1968. u [[Novosibirsku]].<ref>[[Great Soviet Encyclopedia]], 3rd edition, entry on "Токамак", available online [http://slovari.yandex.ru/art.xml?art=bse/00079/49400.htm here] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160603015703/http://slovari.yandex.ru/art.xml?art=bse%2F00079%2F49400.htm|date=3. 6. 2016}}</ref>

Godine 1968., na trećem [[IAEA]] u Novosibirsku, ruski naučnici su objavili da su postigli temperature [[elektron]]a od preko 1000 eV u tokamaku. To je iznenadilo [[Ujedinjeno Kraljevstvo|britanske]] i [[Sjedinjene Američke Države|američke]] naučnike koji su bili daleko od postizanja takvih preformansi. Oni su ostali sumnjičavi dok tek nekoliko godina kasnije nisu bili provedeni novi testovi, potvrđujući ispravno mjerenje temperature.

== Toroidalni dizajn ==

[[Datoteka:Tokamak fields lg.png|mini|200px|desno|Tokamak; magnetno polje i struja]]

[[Ion]]i i elektroni u centru fuzijske plazme su na vrlo visokim temperaturama te imaju razmjerno velike [[Brzina|brzine]]. U cilju održavanja procesa fuzije, [[Elementarna čestica|čestice]] iz vruće plazme moraju biti zadržane u središnjem dijelu, ili će se plazma brzo ohladiti. Fuzijski reaktori iskorištavaju činjenicu da na nabijene čestice u magnetskom polju djeluje [[Lorentzova sila]].

Rano istraživani fuzijski reaktori bili su na varijanti [[Z-pinch]] i koriste električnu struju za generiranje [[poloidalno magnetsko polje|poloidalnog magnetskog polja]] koje bi plazmu zadržalo uz linearnu [[os]] između dvije tačke. Istraživači su otkrili da su plazme zatvorene u toroidalnom obliku (vidi sliku, gornji crtež), u kojima [[Zemljino magnetno polje|magnetne silnice]] teku paralelno u odnosu na toroidalnu os, sklone nestabilnosti. [[Dizajn]]i tokamaka i [[stelaratora]] kombiniraju poloidalna polja (vidi sliku; crtež u sredini pokazuje poloidalno polje) s [[toroidalnim poljima]] za stabiliziranje plazme, čineći potpomognutu fuziju izvedivom. Paralelni protok čestica (ali ne i okomit) na [[magnetsko polje]], u toroidalno-poloidalnom magnetskom polju, uvija se u spiralni put duž toroidalne osi (vidi sliku; donji crtež).

== Zagrijavanje plazme ==

U operativnom fuzijskom reaktoru, dio energije koji se generira će služiti za održavanje temperature plazme dok se novi [[deuterij]] i [[tricij]] uvode. Međutim, kod pokretanja reaktora, bilo iz početka ili nakon privremenog isključivanja, plazma će se morati zagrijati na svoju radnu [[temperatura|temperaturu]] veću od 10 keV (preko 100 miliona [[Celzijev stepen|stepeni Celzijusa]]). U postojećim tokamacima, eksperimentom magnetske fuzije ne proizvodi se dovoljno energije potrebne za održavanje temperature plazme.

=== Ohmsko zagrijavanje ===

Budući da je plazma [[električni provodnik]], moguće je zagrijati plazmu induciranjem struje u njoj, u stvari, [[Elektromagnetska indukcija|inducirana struja]] koja zagrijava plazmu obično stvara poloidalno polje. Struja se inducira sporim povećanjem jačine struje koja protiče kroz elektromagnetski [[Transformator|namot]] povezan s plazmom: plazma se može promatrati kao sekundarni namot transformatora. To je inerentni ritmični proces, jer postoji ograničenje jačine struje koja može proći kroz primarni namot. Tokamaci stoga moraju raditi u kratkim periodima ili se oslanjati na druge načine [[Grijanje|grijanja]] i provođenja struje. Grijanje uzrokovano induciranom strujom zove se ohmsko (ili otporno) grijanje, to je ista vrsta grijanja koja se javlja u električnoj sijalici ili električnom grijaču. Generirane [[Toplota|toplote]] ovise o otporu plazme i struje. Ali, kako i temperatura zagrijane plazme raste, [[Električni otpor|otpor]] se smanjuje i ohmsko grijanje postaje sve manje efikasno. Čini se da je maksimalna temperatura plazme ostvaruje ohmskim grijanjem u tokamaku oko 20-30 miliona stepeni Celzijusa. Da bi se postigle još više temperature, moraju se koristiti metode dodatnog grijanja.

=== Injektiranje neutralnog snopa ===

[[Injektiranje]] neutralnog snopa uključuje uvođenje atoma visoke energije (velikom brzinom) na ohmsko grijanu, magnetski zatočenu plazmu. [[Atom]]i su ionizirani dok prolaze kroz plazmu te budu zatvoreni od strane magnetnog polja. Visoko energizirani ioni tada prenose dio svoje energije na čestice plazme neprestanim [[sudar]]ima s njima, povećavajući tako temperaturu plazme.

=== Magnetska kompresija ===

[[Plin]] može biti zagrijan [[kompresija|kompresijom]]. Na isti način, temperatura plazme se povećava ako je brzo komprimirana pojačanjem magnetnog polja. U ovom sistemu tokamaka kompresija se postiže jednostavnim pomicanjem plazme u područje jakog magnetnog polja (tj., radijalno prema unutra). Budući da kompresija plazme zbližava [[ion]]e, proces ima dodatnu korist od olakšanog postizanja potrebne [[Gustoća|gustoće]] za fuzijske reaktore.

=== Radiofrekvencijsko zagrijavanje ===

[[Datoteka:Gyrotron plateforme.jpg|mini|Set hiperfrekvencijskih cijevi (84 GHz i 118 GHz) za grijanje plazme električnim ciklotronskim talasima na TVC-u [[Tokamak à Configuration Variable]]. Ljubaznošću CRPP-EPFL, Association Suisse-Euratom.]]
Visokofrekventne elektromagnetske talase generiraju [[oscilatori]] izvan torusa. Ako [[Elektromagnetno zračenje|elektromagnetni talasi]] imaju ispravne [[Frekvencija|frekvencije]] (ili valnu dužinu) i polarizaciju, njihova [[energija]] može biti prenesena na nabijene čestice u plazmi, koje se opet sudaraju s drugim česticama plazme, čime se povećava temperatura plazme.

== Hlađenje tokamaka ==

Tokamak sadrži reaktivnu plazmu koja se spiralno omotava oko reaktora. Budući da je potreban veliki broj [[hemijska reakcija|reakcija]] u sekundi da bi se održala reakcija u tokamaku, [[neutron]]i visoke energije se oslobađaju brzo u većim količinama. Ti neutroni više nisu toroidalnim magnetima zadržani u toku plazme te mogu nastaviti sve dok se ne zaustave na zidu tokamaka. To je velika prednost tokamak reaktora jer su to neutroni vrlo visoke energije; oslobođeni neutroni pružaju jednostavan način odvođenja toplote iz protoka plazme. Unutrašnji zid tokamaka se mora [[Hlađenje|hladiti]], jer su ti neutroni na vrlo visokim temperaturama te bi mogli rastopiti zid reaktora. [[Kriogeni sistem]] se koristi za hlađenje magneta i unutrašnjeg zida reaktora. Uglavnom se za hlađenje koriste tekući [[helij]] i tekući [[azot]].<ref>{{Cite web |url=http://www.dae.gov.in/ni/nijan03/page6.htm |title=Tokamak Cryogenics reference |access-date=1. 5. 2010 |archive-url=https://web.archive.org/web/20120322002609/http://www.dae.gov.in/ni/nijan03/page6.htm |archive-date=22. 3. 2012 |url-status=dead }}</ref>

[[Keramika|Keramičke]] ploče posebno dizajnirane kako bi mogle podnijeti visoke temperature, također su postavljene s unutrašnje strane zida reaktora kako bi zaštitile [[magnet]] i reaktor.

== Eksperimentalni tokamaci ==

=== Trenutno u upotrebi ===

<small> (u hronološkom redu od početka operacije)</small> 
* T-10, u Kurchatov Institut, Moskva, [[Rusija]] (bivši [[Sovjetski savez|Sovjetski Savez]]), 2 MW, u upotrebi od 1975. 
* TEXTOR, u [[Jülich]], [[Njemačka]], u upotrebi od 1978. 
* [[Joint European Torus]] (JET), u [[Culhamu]], [[Ujedinjeno Kraljevstvo]]; 16 MW, u upotrebi od 1983., do kraja 2023.
* JT-60, u [[Naka]], Ibaraki prefektura, [[Japan]]; u upotrebi od 1985. 
* Stor-M, Univerzitet u [[Saskatchewan]]u, [[Kanada]]; u upotrebi od 1987.: prvo predstavljanje izmjenične struje u tokamaku.
* Tore Supra, u HUP, [[Cadarache]], [[Francuska]], u upotrebi od 1988. 
* Aditya, u Institut za istraživanje plazme ([[Institute for Plasma Research]], IPR) u [[Gujarat]]u, [[Indija]], u upotrebi od 1989. 
* [[DIII-D]] u [[San Diego]], [[SAD]]; General Atomics; u upotrebi od kasnih 1980-ih 
* COMPASS, u [[Prag]]u, [[Češka Republika]], u upotrebi od 2008., prethodno u upotrebi od 1989.-1999. u Culhamu, Velika Britanija
* FTU, u [[Frascati]], [[Italija]]; u upotrebi od 1990. 
* Tokamak ISTTOK, na IPFN - Instituto Superior Técnico, [[Lisabon]], [[Portugal]]; u upotrebi od 1991. 
* ASDEX Upgrade, u [[Garchingu]], Njemačka, u upotrebi od 1991. 
* Alcator C-Mod, [[MIT]], [[Cambridge]], SAD; u upotrebi od 1992.
* Tokamak à configuration variable (TCV), na EPFL-u, [[Švicarska]]; u upotrebi od 1992. 
* TCABR, na Sveučilištu u Sao Paulo, [[Sao Paulo]], [[Brazil]]; u upotrebi od 1994. 
* HT-7, u [[Hefei]], [[Kina]], u upotrebi od 1995. 
* Mast, u Culhamu, Ujedinjeno Kraljevstvo; u upotrebi od 1999.
* NSTX u [[Princeton]]u, [[New Jersey]], u upotrebi od 1999.
* ISTOK (HT-7U), u Hefei, Kina, u upotrebi od 2006.
* [[KSTAR]], u [[Daejon]], [[Južna Koreja]], u upotrebi od 2008.
*[[SST-1]], u [[Institutu za istraživanje plazme Gandhinagar]], Indija; 1.000 sekundi rada;  2012.

=== Donedavno u upotrebi ===

* [[LT-1]], grupa fizičara sa Australijskog Nacionalnog univerziteta napravila prvi tokamak izvan Rusije oko 1963. 
* [[T-3]], u Kurčatovom Institutu, Moskva, Rusija (bivši Sovjetski Savez); 
* [[T-4]], u Kurčatovom Institutu, Moskva, Rusija (bivši Sovjetski Savez), u upotrebi od 1968. 
* [[Teksas Burna Tokamak]], Univerzitet u [[Teksas]]u, SAD; u upotrebi od 1971.-1980. 
* [[Alcator i Alcator C]], MIT, SAD; u upotrebi od 1975. do 1982. i od 1982. do 1988. 
* [[TFTR]], [[Univerzitet Princeton]], SAD; u upotrebi od 1982. do 1997. 
* [[CASTOR]], u Pragu, Češka Republika, u upotrebi od 1983. do 2006. 
* [[T-15]], u Kurčatovom Institutu, Moskva, Rusija (bivši Sovjetski Savez), 10 MW, u upotrebi od 1988. do 2005. 
* [[UCLA Electric Tokamak]], u [[Los Angeles]]u, Ujedinjeno Kraljevstvo; u upotrebi od 1999.-2005. 
* [[Tokamak de Varennes]]; [[Varennes]], [[Kanada]], u upotrebi od 1987. do 1999.; upravljao [[Hydro-Québec]] i koristili istraživači iz [[Institut de Recherche électricité en du Québec (IREQ)]] i [[Institut National de la Recherche Scientifique (INRS)]]
* [[START]] u Culham-u, Ujedinjeno Kraljevstvo; u upotrebi od 1991. do 1998. 
* [[COMPASS]] u Culham-u; u upotrebi sve do 2001.

=== Planirano ===

* [[ITER]], u Cadarache-u, Francuska; 500 MW, prva plazma očekuje se 2025.
* [[DEMO]], 2000 MW, kontinuirano u upotrebi, povezan na naponsku mrežu, nakon ITER-a

== Također pogledajte ==
{{Proširiti sekciju}}

== Reference ==
{{Refspisak}}

== Vanjski linkovi==
{{Commonscat|Tokamaks}}
*[http://www.ccfe.ac.uk CCFE] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20201028103448/http://ccfe.ac.uk/ |date=28. 10. 2020 }} - stranica britanskog fuzionog istraživačkog centra [[Culham Centar za fuzionu energiju|CCFE]].
*[http://www-fusion-magnetique.cea.fr/gb/fusion/physique/sommaire.htm Nauka o plazmi] - stranica o tokamacima iz francuskog [[Komesarijat za atomsku energiju|CEA]].
*[http://www.ga.com/energy/ Fusion Programs] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20091004202945/http://www.ga.com/energy/ |date=4. 10. 2009 }} na [[General Atomics]], uključujući DIII-D, eksperimentalni tokamak u ''National Fusion Facility''.
*[http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Nuclear-Engineering/22-012Spring-2006/CourseHome/index.htm Seminar fizike fuzije i plazme] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20091215055958/http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Nuclear-Engineering/22-012Spring-2006/CourseHome/index.htm |date=15. 12. 2009 }} na MIT OCW
*[https://web.archive.org/web/20061116091253/http://www.iterfan.org/ Unofficial ITER fan club], Klub za ljubitelje najvećeg tokamaka  planiranog da bude izgrađen u bliskoj budućnosti.
*[http://www.tokamak.info www.tokamak.info] Obiman spisak trenutnih i bivših tokamaka, širom svijeta.
*[http://www.educatedearth.net/video.php?id=3753 SSTC-1] ''Overview'' video koncepta tokamaka male razmjere
*[http://www.youtube.com/watch?v=VBkIikDfWb8 SSTC-2] ''Section View'' Video koncepta tokamaka male razmjere
*[http://www.youtube.com/watch?v=E2-Y8bYtvX4 SSTC-3] ''Fly Through'' Video koncepta tokamaka male razmjere
*[https://web.archive.org/web/20081221165349/http://www.plasma.inpe.br/LAP_Portal/LAP_Site/Text/Tokamak_Development.htm] Informacije o uslovima neophodnim za nuklearne reakcije u tokamak reaktoru

{{Fuzioni eksperimenti}}

[[Kategorija:Mašine]]
[[Kategorija:Tehnologija]]
[[Kategorija:Tokamak]]