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


Пучковый термоядерный синтез

Рентгеновский термоядерный синтез Один из вариантов пучкового термояда базируется на использовании пучка рентгеновского излучения. При сдавливании электрическим разрядом (Z-пинч) вольфрамовых проволок, окружающих дейтериевую мишень, проволоки испаряются, создавая мощный рентгеновский импульс, который сжимает и нагревает мишень.

С середины 90-х гг. в Российском федеральном ядерном центре ВНИИТФ (г. Снежинск, ранее Челябинск-70) разрабатывается метод получения ТЯ-энергии путем взрывов атомных зарядов, инициирующих D-D-реакцию

Холодный термоядерный синтез Особняком стоит метод УТС, в котором не нужны горячая плазма, микро- и макровзрывы, вообще какой-либо разогрев. Это направление, получившее название холодного термояда, или, более правильно, мюонного катализа, было предложено А.Д.Сахаровым и Я.Б.Зельдовичем в 1957 г.

Включившиеся в исследования высококвалифицированные ученые из ведущих физических центров ряда стран мира пришли к однозначному выводу о беспочвенности надежд на возможность создания подобного источника энергии.

Безопасность установок УТС Достоверная оценка безопасности термоядерного реактора получена пока только в рамках проекта ИТЭР. В этом реакторе практически вся радиоактивность сосредоточена в твердых отходах (конструкционных материалах, бридере (бланкете) топлива и бериллии, если он есть в реакторе).

УТС достигнуть пока не удалось Приходится утешаться промежуточными результатами термоядерных исследований. Конечно, работы по термояду оказали положительное влияние на развитие науки и технологии. Физика горячей плазмы, построенная на основе электродинамики, астрофизики, газодинамики, физики твердого тела и газового разряда, обогатила эти научные дисциплины новыми разработками

Главными аргументами в пользу термоядерного синтеза как физической основы энергетики будущего в настоящее время являются следующие утверждения: Неограниченные запасы общедоступного топлива

В термоядерном реакторе электрической мощностью 1000 Мвт (эл) (т. е. такой же, как у современных реакторов деления ВВЭР-1000 и РМБК-1000), где происходит около 1021 реакций синтеза в секунду, стационарно содержится до 1011 Кюри радиоактивности

Другая серьёзная экологическая проблема связана с тритием. Использование в термоядерной энергетике какой-либо иной реакции, кроме синтеза дейтерия и трития, почти исключено. Между тем тритий - Р-активный радионуклид с периодом полураспада 12,4 года и высокой радиотоксичностью Отвлечемся на некоторое время от термояда.

Перспективы термоядерной энергетики

Устройство термоядерной электростанции схематично показано на Рис. 12. В камере реактора находится дейтерий-тритиевая плазма, а окружает ее литиево-бериллиевый «бланкет», где происходит поглощение нейтронов и воспроизводится тритий. Вырабатываемое тепло отводится из бланкета через теплообменник в обычную паровую турбину. Обмотки сверхпроводящего магнита защищены радиационными и тепловыми экранами и охлаждаются жидким гелием. Однако не решены еще многие проблемы, связанные с устойчивостью плазмы и очисткой ее от примесей, радиационным повреждением внутренней стенки камеры, подводом топлива, отводом теплоты и продуктов реакции, управлением тепловой мощностью.

Следующее поколение токамаков должно решить технические проблемы, связанные с промышленными реакторами УТС. Очевидно, что перед их создателями возникнут немалые трудности, но, несомненно, и то, что по мере осознания людьми проблем, касающихся окружающей среды, источников сырья и энергии, производство электроэнергии новыми рассмотренными выше способами займет подобающее ему место.

Рис. 12. Схема термоядерной электростанции. Показаны поперечный разрез реактора УТС, система охлаждения и система преобразования энергии. 1 - инжекция топлива; 2 - стенка вакуумной камеры; 3 - литиево-бериллиевый бланкет; 4 - радиационно-тепловая защита; 5 - магнитные обмотки; 6 - охлаждение жидким гелием; 7 - электрогенератор; 8 - паровая турбина; 9 - теплообменник; 10 - теплоноситель внутреннего контура; 11 - вывод продуктов реакции.

Сделанный вывод подтверждают результаты работы комиссии экспертов Европейского союза под председательством Д.Кинга - советника по науке премьер-министра Англии. Комиссия пришла к выводу о необходимости ускорения работ по термоядерному синтезу с целью перехода к его В программе "Fast Track" ("Быстрый путь") предлагается структуры ИТЭРа для начала работ над проектом демонстрационной термоядерной станции и параллельно с созданием ИТЭРа построить источник нейтронов для материаловедческих испытаний. Подобное требование к американскому термоядерному сообществу сформулировал директор отдела науки департамента энергетики США Р. Орбах. Отметим также, что в последнее время активно рассматриваются варианты двухцелевых термоядерных электростанций, включающих параллельно с выработкой электроэнергии выжигание долгоживущих радиоактивных отходов атомной энергетики, опреснение соленых вод, производство синтетического топлива, в том числе водорода из воды. Белое море наступает на Архангельск 21 декабря 1992 г. на ВПУ ТЭЦ Архангельска, являющейся основным источником энергоснабжения города и ряда промышленных предприятий, резко поднялось солесодержание исходной воды: с 300 до 3500 мг/дм3, т.е. более чем в 10 раз. На ТЭЦ установлены шесть котлов высокого давления, которые «переваривают» только глубоко обессоленную воду (солесодержание меньше 2 мг/дм3).

практическому использовать

использованию. международные

Условия осуществления управляемого термоядерного синтеза с положительным энергетическим выходом оказались технически сложными и энергетически «затратными»: температура - не ниже 100 млн градусов, напряженность удерживающего магнитного поля - десятки тысяч эрстед, требуемый объем горячей плазмы - сотни кубических метров. Столь высокие требования и непредсказуемость поведения плазмы привели к тому, что «прямой путь» затянулся на полстолетия (Рис. 17) и тянется до сих пор.


Рис. 17. На пути к реактору-токамаку с положительным выходом энергии (1965-1998 гг.). QDt - отношение ТЯ-энергии к энергии разогрева плазмы


На главную