Термоядерный синтез Физические основы ядерного синтеза Токамак Реакторная технология Перспективы термоядерной энергетики Атомные реакторы на быстрых нейтронах Корпус ядерного реактора

Термоядерный синтез Создание термоядерного реактора

Термоядерный синтез

Термоядерные реакции - реакции слияния (синтеза) легких атомных ядер в более тяжелые, происходящие при очень высоких температурах (порядка десятков миллионов градусов и выше

Запасы дейтерия, который можно использовать в D - T реакции, практически неограниченны. В гидросфере Земли запасено 4*1013 т дейтерия, который может явиться основным термоядерным горючим.

Ядерные реакции в звездах Прежде чем рассматривать ядерные реакции в космосе, коротко остановимся на проблеме звездной эволюции. Окружающий нас мир состоит из различных химических элементов. Как образовались эти элементы в естественных условиях? В настоящее время общепризнанной является точка зрения, что элементы, из которых состоит Солнечная система, образовались в ходе звездной эволюции.

Сжатие звездного вещества за счет гравитационных сил приводит к повышению температуры в центре звезды, что создает условия для начала ядерной реакции горения водорода

Следующий этап термоядерной реакции - горение гелия

В момент взрыва сверхновой температура резко повышается и во внешних слоях звезды происходят ядерные реакции так называемый взрывной нуклеосинтез.

Эволюция Вселенной начинается с Большого Взрыва. В первые мгновения реализуется так называемая дозвездная стадия образования элементов, стадия образования легчайших элементов. Какая из этих двух реакций играет более существенную роль, зависит от температуры звезды.

В звездах, имеющих массу, сравнимую с массой Солнца, и меньше, доминирует протон - протонная цепочка.

Основное время эволюции звезды связано с горением водорода.

Но на этой стадии звездной эволюции массивных звезд существенную роль начинают играть многочисленные реакции с участием нейтронов, протонов, а-частиц и 7- квантов

Характерные особенности реакций горения углерода и кислорода следующие

Продукты s-процесса должны эффективно выноситься во внешнюю оболочку звезды и попадать в межзвездную среду без дальнейших ядерных реакций.

Один из аргументов в подтверждение r-процесса в звездах - наличие сдвоенных максимумов, коррелирующих с магическими числами нейтронов N = 50, 82 и 126

В углеродно-азотном цикле ядро углерода C служит как бы катализатором.

Из четырех основных источников ядерной энергии в настоящее время удалось довести до промышленной реализации только два: энергия радиоактивного распада утилизируется в источниках тока, а цепная реакция деления - в атомных реакторах. Третий (наиболее мощный) источник ядерной энергии - аннигиляция элементарных частиц пока не вышел из области фантастики. Четвертый же источник - управляемый термоядерный синтез, УТС, находится на повестке дня. Этот источник по своему потенциалу хотя и меньше третьего, но существенно превышает второй. Надежды на УТЯС связаны с двумя обстоятельствами: согласно современным представлениям звезды (в том числе наше Солнце) существует за счет стационарной термоядерной реакции, и неконтролируемый термоядерный процесс удалось довольно просто реализовать во взрыве водородной бомбы. Кажется, нет никаких принципиальных препятствий для поддержания управляемой реакции ядерного синтеза и на Земле. Однако, интенсивные попытки реализовать в лабораторных условиях УТЯС окончились полным провалом. Более того, оптимистические заявки некоторых ученых и инженеров, что термоядерный синтез будет поставлен на службу энергетики в 21-м веке, кажутся ничем не обоснованными.

Тем не менее, сейчас ядерный синтез рассматривается как важное технологическое решение, направленное на замену ископаемого топлива в производстве энергии. Всемирная потребность в энергии требующая незамедлительного увеличения производства электроэнергии по крайней мере в два раза, исчерпаемость сырья и возрастающее беспокойство по поводу глобального потепления климата стимулирует поиск новых, иногда довольно экзотических, решений.

В данной лекции мы рассмотрим особенности реакций термоядерного синтеза, существующие и проектируемые установки реализации управляемого синтеза и перспективы подобных установок для создания нового направления энергетики. Мы так же попытаемся ответить на вопрос, почему пятидесятилетние активные исследования плазмы не увенчались успехом и почему термояд не будет поставлен на службу человеку в течение ближайших десятилетий.


На главную