Физика термоядерного синтеза

Введение в термоядерный синтез
- История открытия и развития термоядерного синтеза
- Фундаментальные принципы ядерного синтеза
- Термоядерные реакции в природе и космосе
- Отличия термоядерного синтеза от ядерного деления
- Перспективы и значение термоядерной энергетики
Теоретические основы ядерной физики
- Строение атомного ядра и нуклон-нуклонные взаимодействия
- Энергия связи ядер и кривая стабильности
- Кулоновский барьер и туннельный эффект
- Сечения ядерных реакций и резонансы
- Квантовая механика ядерных процессов
- Статистическая физика ядерных систем
Термоядерные реакции и их характеристики
- Основные типы термоядерных реакций
- Реакция дейтерий-тритий и ее параметры
- Реакции с участием гелия-3
- Протон-борные и другие анейтронные реакции
- Каталитический синтез с участием мюонов
- Кинетика термоядерных реакций
- Выход энергии и продукты реакций
Физика высокотемпературной плазмы
- Основные свойства плазмы и плазменное состояние вещества
- Кинетическая теория плазмы и функции распределения
- Коллективные явления в плазме
- Дебаевское экранирование и плазменная частота
- Столкновения частиц в плазме и времена релаксации
- Неидеальная плазма и эффекты сильной связи
Магнитогидродинамика плазмы
- Основные уравнения магнитогидродинамики
- Замороженность магнитного поля в плазме
- Магнитогидродинамические волны и неустойчивости
- Диффузия плазмы в магнитном поле
- Токамак как магнитогидродинамическая система
- Равновесие плазмы в тороидальных конфигурациях
Кинетическая теория плазмы
- Уравнение Власова и его решения
- Затухание Ландау и волны в плазме
- Дрейфовые движения частиц в неоднородных полях
- Неоклассический транспорт в тороидальной плазме
- Турбулентный транспорт и аномальная диффузия
Условия зажигания термоядерных реакций
- Критерий Лоусона и произведение плотности на время
- Тройное произведение и условия самоподдерживающегося горения
- Температурные требования для различных реакций
- Энергетический баланс в термоядерном реакторе
- Зажигание и горение термоядерного топлива
- Альфа-частицы и их роль в поддержании реакции
Магнитное удержание плазмы
- Принципы магнитного удержания
- Тороидальные магнитные конфигурации
- Полоидальные и тороидальные поля
- Магнитные поверхности и магнитная координатная система
- Равновесие плазмы в магнитных ловушках
- Потери частиц из магнитных ловушек
Токамаки: принципы и физика
- Концепция токамака и его основные элементы
- Тороидальное равновесие и safety factor
- Профили давления и тока в токамаке
- Срывы тока и их механизмы
- Краевая локализованная мода и пьедестал
Стеллараторы и альтернативные конфигурации
- Принцип работы стеллараторов
- Винтовые магнитные конфигурации
- Оптимизация стеллараторов
- Зеркальные ловушки и их физика
- Обращенная конфигурация поля
- Сферические токамаки
Нагрев плазмы
- Омический нагрев и его ограничения
- Инжекция быстрых нейтральных атомов
- Электронно-циклотронный резонансный нагрев
- Ионно-циклотронный резонансный нагрев
- Альфвеновские волны и их использование для нагрева
- Комбинированные методы нагрева
Диагностика термоядерной плазмы
- Интерферометрия и поляриметрия
- Томсоновское рассеяние
- Диагностика быстрых частиц
- Магнитные зонды и флуктуационные измерения
- Диагностика краевой плазмы
Инерциальный термоядерный синтез
- Принципы инерциального удержания
- Сжатие мишеней лазерным излучением
- Непрямое облучение и полости
- Гидродинамика сжатия термоядерных мишеней
- Неустойчивости Рэлея-Тейлора и Рихтмайера-Мешкова
- Альтернативные драйверы для инерциального синтеза
Взаимодействие плазмы с первой стенкой
- Процессы на границе плазма-стенка
- Распыление материалов стенки
- Эрозия и переосаждение материалов
- Формирование защитных слоев
- Влияние примесей на плазму
- Дивертор и его роль в удалении примесей
Материаловедение для термоядерных реакторов
- Радиационные повреждения конструкционных материалов
- Воспроизводство трития в бланкете
- Материалы первой стенки и дивертора
- Сверхпроводящие магниты для термоядерных установок
- Коррозия и совместимость материалов
- Активация материалов нейтронным излучением
Technology термоядерных реакторов
- Системы магнитных катушек
- Вакуумная камера и ее системы
- Система подачи топлива
- Системы откачки и очистки
- Дистанционное обслуживание
- Системы безопасности термоядерных установок
Современные экспериментальные установки
- ITER: международный экспериментальный реактор
- JET: Joint European Torus
- TFTR и другие крупные токамаки
- National Ignition Facility и лазерный синтез
- Wendelstein 7-X и современные стеллараторы
- Частные компании и альтернативные подходы
Физика горения термоядерного топлива
- Кинетика термоядерного горения
- Альфа-нагрев и его влияние на плазму
- Профили горения в реакторной плазме
- Контроль термоядерного горения
- Выгорание топлива и образование гелия
- Неустойчивости, связанные с альфа-частицами
Экономика и перспективы термоядерной энергетики
- Сравнение с другими источниками энергии
- Стоимость строительства и эксплуатации
- Экологические аспекты термоядерной энергетики
- Безопасность термоядерных электростанций
- Социальные и политические факторы
- Временные горизонты коммерциализации
Альтернативные подходы к термоядерному синтезу
- Холодный синтез и его физические основы
- Ультразвуковая кавитация и сонолюминесценция
- Электростатическое удержание
- Магнито-инерциальный синтез
- Полевые обращенные конфигурации
Астрофизические аспекты термоядерного синтеза
- Термоядерные реакции в звездах
- Нуклеосинтез в ранней Вселенной
- Термоядерные процессы в белых карликах
- Сверхновые и взрывной нуклеосинтез
- Термоядерный синтез в планетах-гигантах
- Поиск жизни и роль термоядерного синтеза
Численное моделирование термоядерных процессов
- Магнитогидродинамические коды
- Кинетическое моделирование плазмы
- Моделирование турбулентного транспорта
- Интегрированное моделирование токамаков
- Коды для инерциального синтеза
- Параллельные вычисления и суперкомпьютеры
Математические методы в физике термоядерного синтеза
- Тензорный анализ в криволинейных координатах
- Вариационные принципы в физике плазмы
- Теория возмущений и асимптотические методы
- Статистические методы анализа данных
- Теория случайных процессов в турбулентной плазме
- Методы оптимизации и управления
Future направления исследований
- Квантовые эффекты в термоядерной плазме
- Искусственный интеллект в управлении термоядерными системами
- Нанотехнологии для термоядерных материалов
- Гибридные системы деление-синтез
- Космические применения термоядерного синтеза
- Фундаментальная физика в экстремальных условиях