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 Создание термоядерного реактора

Термоядерный реактор - устройство для получения энергии за счет реакций синтеза легких атомных ядер, происходящих в плазме при очень высоких температурах (выше 108К). Основное требование, которому должен удовлетворять термоядерный реактор, заключается в том, чтобы энерговыделение в результате термоядерных реакций с избытком компенсировало затраты энергии от внешних источников на поддержание реакции. Термоядерный реактор характеризуется коэффициентом усиления мощности (добротностью) Q, равным отношению тепловой мощности реактора к мощности затрат на ее производство.

Термоядерный реактор на DT-топливе в зависимости от материала бланкета может быть «чистым» или гибридным.

Наиболее мощный современный ТОКАМАК JET (Joint European Torus - Объединенный Европейский Top), был создан в городе Абингдон недалеко от Оксфорда (Англия), в Научном Центре Кулхэм (Culham Science Centre).

В конце 1999 г. в Англии начал работать Такамак MAST (Mega-Amp Spherical Tokamak - супермощный сферический токамак), разработанный в Научном Центре Кулхэм (Culham Science Centre). Этот реактор относится к новому типу термоядерных реакторов, так называемым низкоаспектным токамакам (аспект - отношение внешнего к внутреннему радиусов бублика).

Современные физические исследования позволяют глубже понять явления переносов и устойчивости, что постепенно учитывается в проекте.

В вакуумной камере ИТЭРа сверхпроводящая магнитная система создает тороидальное магнитное поле напряженностью 5.3 Т и полоидальное поле, управляющее положением плазмы в камере

Низкоаспектные (сферические) токамаки

Казахстанский Токамак КТМ является экспериментальной термоядерной установкой для отработки задач материаловедения на предмет радиационной стойкости

Дизайн магнитной конфигурации и методика работы обеспечат генерацию плазменный поток в диверторе 1-20 MW/m2.

Во время замедления (в конструкционных материалах токамака, во вспомогательных системах, окружающих токамак, в бетоне стен и др.) энергия нейтронов уменьшается.

Импульсные системы Управляемый термоядерный синтез может быть достигнут не только на реакторах с магнитными ловушками, но и на установках инерционного удержания. Конкретный путь реализации лазерного термояда был указан Н.Г.Басовым и О.Н.Крохиным в 1964 - обжимать и нагревать D-T-мишени мощными лазерными пучками, самой природой предназначенными для быстрого ввода в малый объем огромной порции энергии.

Это направление получило название лазерного термояда

Ядерное опреснение. В регионах, примыкающих к морям и океанам, возможно получение пресной воды из морской с помощью опреснительных установок. Однако процесс опреснения морской воды требует больших затрат тепловой или электрической энергии и поэтому весьма дорог и неэкологичен

Реакторная технология

Термоядерный реактор - устройство для получения энергии за счет реакций синтеза легких атомных ядер, происходящих в плазме при очень высоких температурах (выше 108К). Основное требование, которому должен удовлетворять термоядерный реактор, заключается в том, чтобы энерговыделение в результате термоядерных реакций с избытком компенсировало затраты энергии от внешних источников на поддержание реакции.

Различают два типа термоядерных реакторов. К первому относятся реакторы, которым энергия от внешних источников необходима только для зажигания термоядерной реакции. Далее реакция поддерживается за счет энергии, выделяющейся в плазме при термоядерной реакции, например, в дейтерий - тритиевой смеси на поддержание высокой температуры расходуется энергия а- частиц, образующихся в ходе реакции. В смеси дейтерия с 3Не энергия всех продуктов реакций, т.е. а-частиц и протонов, расходуется на поддержание необходимой температуры плазмы. В стационарном режиме работы термоядерного реактора энергия, которую несут заряженные продукты реакции, компенсирует энергетические потери из плазмы, обусловленные в основном теплопроводностью плазмы и излучением. Такие реакторы называются реакторами с зажиганием самоподдерживающейся термоядерной реакции. Примеры: токамак, стеллатор.

К другому типу термоядерных реакторов относятся реакторы, в которых для поддержания горения реакций недостаточно энергии, выделяющейся в плазме в виде заряженных продуктов реакций, а необходима энергия от внешних источников. Такие реакторы принято называть реакторами с поддержанием горения термоядерных реакций. Это происходит в тех термоядерных реакторах, где велики энергетические потери, например, открытая магнитная ловушка, токамак, работающий в режиме по плотности и температуре плазмы ниже кривой зажигания термоядерной реакции.

Эти два типа реакторов включают все возможные типы термоядерных реакторов, которые могут быть построены на основе систем с магнитным удержанием плазмы (токамак, стеллатор, открытая магнитная ловушка и др.) или систем с инерциальным удержанием плазмы.

Таким образом, установки для УТС бывают двух типов: квазистационарные системы (т>1 с, n>10 см- ) и импульсные системы (т«10- с, n>10 см- ). В первых (токамак, стеллараторы, зеркальные ловушки и т.п.) удержание и термоизоляция плазмы осуществляются в магнитных полях различной конфигурации. В импульсных системах плазма создается при облучении твердой мишени (крупинки смеси дейтерия и трития) сфокусированным излучением мощного лазера или электронными или ионными пучками: при попадании в фокус пучка малых твердотельных мишеней происходит последовательная серия термоядерных микровзрывов. Такой реактор работает только в режиме коротких импульсов, в отличие от реактора с магнитным удержанием плазмы, который может работать в квазистационарном и даже стационарном режимах.


На главную