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

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. Извлечение ядерной энергии, содержащейся в дейтерии, обеспечило бы получение 7* 1024 квт-ч энергии (энергетическая ценность D, содержащегося в 1 л воды, эквивалентна 300 л бензина), т. е. навсегда сняло бы с человечества заботу о пополнении энергетических ресурсов на Земле. В этом смысле запасы ядерной энергии на Земле практически неисчерпаемы. Однако второй компонент наиболее энергетически выгодной D - Т - реакции - тритий - в природе практически не встречается. Он должен быть получен в самом термоядерном реакторе по реакции 6Li(n,a)T (AE = 4,8 МэВ; содержание 6Li в природной смеси изотопов составляет 7,42%). Однако, поскольку не каждый нейтрон D - Т - реакции участвует в образовании атома трития, необходимо размножить первичные нейтроны (14,1 МэВ) с помощью (п, 2п)-реакции, например на бериллии или ниобии. Таким образом, в термоядерном реакторе сгорают D и 6Li, а в виде "шлака" образуется гелий: D + 6Li = 2 4He. Поэтому количество термоядерной энергии, которое может быть вообще получено, ограничивается мировыми запасами лития, близкого по своей распространенности в земной коре к урану. В этой связи понятно, почему сейчас ведется поиск осуществления управляемого термоядерного синтеза на других компонентах (например, на смеси D - D).

Среди различных камер для удержания плазмы особенно многообещающей является камера с тороидальной конфигурацией. При этом плазму создают внутри тороидальной камеры с помощью безэлектродного кольцевого разряда. В установке «Токомак» ток, индуцированный в плазме, является как бы вторичной обмоткой трансформатора. Магнитное поле, удерживая плазму, создается как за счет тока, протекающего через обмотку вокруг камеры, так и за счет тока, индуцированного в плазме. Для получения более устойчивой плазмы используется внешнее продольное магнитное поле.

Термоядерный реактор типа ТОКОМАК (Тороидальная Камера с Магнитными Катушками) состоит из вакуумной камеры (внутренняя оболочка - первая стенка - изготавливается из бериллия), образующей канал, где циркулирует плазма, магнитов, создающих поле и систем нагрева плазмы. К этому прилагаются вакуумные насосы, постоянно откачивающие газы из канала, система доставки топлива по мере его выгорания и дивертор - система, через которую полученная в результате термоядерной реакции энергия выводится из реактора. Тороидальная плазма находится в вакуумной оболочке. а- частицы, образующиеся в плазме в результате термоядерного синтеза и находящиеся в ней, повышают ее температуру. Нейтроны через стенку вакуумной камеры проникают в зону жидкого лития, в которой их кинетическая энергия превращается в тепло и в которой воспроизводится тритий. Литиевая оболочка (бланкет) помещена в специальную оболочку, которая защищает обмотку магнита от вылетающих нейтронов и у- излучения. Обмотка магнита (рабочая температура 4К) охлаждается жидким гелием и находится в сверхпроводящем состоянии. Для отвода тепла расплавленный литий прокачивают через теплообменник, расположенный за обмоткой магнита. Тепловая энергия от теплообменника передается обычной электростанции. В процессе циркуляции из лития удаляют образовавшиеся тритий и гелий.

Ожидают, что управляемый термоядерный синтез удастся осуществить в международном реакторе ИТЭР на базе токомака. Потребляя 50 МВт мощности он должен в 2010 г. за счет реакции трития с дейтерием выдавать мощность 500 МВт. В настоящее время (2004) выбирается место для его строительства. Вклад России в финансирование ИТЭР - 1/6.

Полагают, что решение проблемы управляемого термоядерного синтеза обеспечит человечество энергией практически на неограниченный срок. Будущий термоядерный генератор энергии должен удовлетворять следующему основному требованию: энерговыделение в результате ядерного синтеза должно с избытком компенсировать затраты энергии из внешних источников на поддержание высокой температуры реагирующей плазмы. Проблема достижения выгодного энергетического баланса термоядерного реактора достаточно сложна ввиду наличия неустранимых энергетических потерь.


На главную