Veľká encyklopédia ropy a zemného plynu. Prichádza revolúcia: jadrová fúzia sa stáva realitou

Čo je to za „hohlraum“?

Laserová fúzia zlatého hohlraumu

Národný komplex laserových termonukleárnych reakcií (National Ignition Facility, NIF) v Spojených štátoch sa nazýva laserový termonukleárny reaktor s dvojitým použitím. Je navrhnutý tak, aby pomohol americkej armáde udržať svoj jadrový arzenál v stave pripravenosti na boj v podmienkach moratória na jadrové testovanie a tiež ponúka prelomové objavy, ktoré by mohli poskytnúť civilizácii more čistej a lacnej energie.

Ak sa dá veriť tlači, v NIF to ide veľmi dobre. Ale audítori amerického generálneho účtovného úradu (GAO, analóg Ruskej účtovnej komory) existujú o tom pochybnosti, o ktoré sa podelili s Kongresom v správe s číslom GAO-10-488.

NIF, NIC a NNSA

V marci 2009 americký Národný úrad pre jadrovú bezpečnosť (NNSA) dokončil výstavbu NIF, projektu v hodnote 3,5 miliardy dolárov v Národnom laboratóriu Lawrence Livermore. Odhad zahŕňa 2,2 miliardy dolárov vynaložených na samotnú výstavbu a 1,3 miliardy dolárov vynaložených na montáž a inštaláciu 192 laserov a súvisiaceho vybavenia.

Vedenie plánuje vytvárať mimoriadne vysoký tlak a teploty charakteristické pre jadrové výbuchy. Ak všetko pôjde dobre, nová inštalácia umožní Američanom študovať charakteristiky jadrových výbušných zariadení bez ich testovania, čo zakazujú podmienky moratória prijatého v Spojených štátoch v roku 1992.

NNSA právom nazýva laserovú fúziu „kritickou súčasťou“ rozsiahleho programu na udržanie bojovej pripravenosti amerických jadrové arzenály. Vojenské misie budú prvou prioritou NIF, ale vojenské oddelenie je pripravené sprístupniť zariadenie aj civilným výskumníkom.

Národné laboratórium Lawrence Livermore je priamo zodpovedné za návrh a konštrukciu NIF. Prvé teoretické štúdie zamerané na prípravu na vznik NIF pochádzajú z marca 1997. V roku 2005 NNSA podľa smerníc Kongresu vytvorila NIC (National Ignition Campaign) a poveril ju dohľadom nad otázkami riadenia projektu. Okrem toho na kontrolu projektu, ktorý pozývame, treťou stranou nezávislých odborníkov a expertné skupiny.

Lasery a hohlraum

Technológia použitá v NIF sa dá nazvať „laserová fúzia“. V americkej literatúre sa mu priradil termín „zapálenie“. Keď je všetko pripravené, operátori NIF musia súčasne sústrediť lúče 192 laserov na ciele menšie ako 10-centová minca. Celková energia lúčov bude 1,8 MJ.

V jednom operačnom cykle, ktorý trvá približne jednu milióntinu sekundy, musia lúče prejsť cez sériu optických multiplikátorov a potom sa zamerať na mikroskopický cieľ. Ten bude umiestnený vo vnútri guľovej komory vysokej 10 metrov.

Schéma inštalácie NIF - výkres audítormi GAO.

Samotný cieľ je zasa dutý zlatý valec. Volá sa Nemecké slovo"holraum" (hohlraum) je dutina, ktorej steny sú v radiačnej rovnováhe s dutinou. Hohlraum ako hniezdiaca bábika ukrýva palivovú kapsulu veľkosti korenia. Pozostáva zo zamrznutej vrstvy deutéria a trícia obklopujúcej ochladenú plynnú zmes tých istých izotopov.

Lasery inštalácie NIF musia počas prevádzky rýchlo zahriať vnútorné steny hohlraumu, čím sa energia lasera premení na röntgenového žiarenia. Na druhej strane röntgenové lúče by mal rýchlo zahriať vonkajší povrch palivovej kapsuly. Pri správnom zahriatí by sa kapsula mala zrútiť silou porovnateľnou so silou generovanou pri štarte rakety, to znamená, že by mala nastať vnútorná explózia (implózia) vrstvy deutéria-trícia.

Ak k implózii dôjde symetricky a pri požadovanej rýchlosti, potom atómy deutéria a trícia budú nútené vstúpiť do fúznej reakcie trvajúcej 10 biliónov sekundy. Očakáva sa, že teploty, ktoré sa vytvoria v palivovej kapsule, budú asi 100 miliónov stupňov – to znamená, že kapsula bude teplejšia ako stred Slnka.

Schéma prenosu energie v hohlraume - výkres audítormi GAO.
Kliknutím ľavým tlačidlom zobrazíte v plnej mierke.

Predbežné testy na potvrdenie procesov, ktoré sú súčasťou inštalácie NIF, sa uskutočnili v laboratóriu laserovej energie na University of Rochester (New York). Laboratórne laserové systémy OMEGA a OMEGA EP v súčasnosti slúžia ako ťažný kôň pre celý výskum laserovej fúzie NNSA. Pred vytvorením NIF držali svetový rekord v energii laserového lúča.

Terče, hohlraumy a ďalšie súvisiace vybavenie pre NIF dodáva spoločnosť General Atomics so sídlom v Kalifornii. Národné laboratórium Los Alamos je zodpovedné za diagnostické systémy a laboratórium Sandia je zodpovedné za vykonávanie pomocného výskumu pomocou stroja Z, ktorý je schopný premieňať elektromagnetické žiarenie na röntgenové lúče.

Technické problémy

Povedie vytvorenie NIF k úspechu a podarí sa americkým vedcom zapáliť termonukleárnu reakciu pomocou laserov? Audítori GAO sucho poukazujú na zistenia nezávislého panelu JASON, ktorý načrtol technické výzvy, ktorým čelia vývojári NIF.

Jednou z hlavných úloh je minimalizovať straty laserové žiarenie, teda výrazne znížiť podiel energie, ktorá prejde okolo hohlraum alebo sa odrazí od jeho stien. Ak odraz ohrozuje jednoduchú stratu energie, potom každý vynechaný lúč negatívne ovplyvní symetriu stlačenia palivovej kapsuly, čím spochybní iniciáciu termonukleárnej reakcie.

Ani najpresnejšie zameranie laserového lúča nezaručuje úplný úspech. Vplyvom laserového žiarenia sa vo vnútri hohlraum spustí proces ionizácie a výsledný nabitý plyn interferuje s procesmi prenosu energie. Stručne povedané, v dôsledku interakcie ionizovaných častíc a laserových lúčov sa časť energie prichádzajúcej do hohlraumu prenesie späť mimo jeho hranice.

Vedci tento proces nazývajú „laserovo-plazmová nestabilita“. (laserovo-plazmová nestabilita). Okrem straty energie vedie aj k nežiaducemu rušeniu medzi laserovými lúčmi, čo bude mať zlý vplyv na symetriu implózie.

Druhý hlavný problém s NIF sa týka rýchlosti implózie. Na spustenie termonukleárnej reakcie musí byť palivová kapsula stlačená 40-tisíckrát v porovnaní s jej pôvodnou veľkosťou. V tomto prípade si kapsula musí zachovať guľový tvar. Navyše, implózia musí nastať pri danej rýchlosti, inak nebude možné vytvoriť tlaky potrebné na začatie syntézy ľahkých jadier.

Ak povrch palivovej kapsuly nie je dostatočne hladký, alebo ak röntgenové lúče dopadajú na kapsulu nerovnomerne, začnú sa na kapsule vytvárať výbežky podobné prstom. Ako ukazujú výsledky výpočtov matematických modelov, tvorba výčnelkov bude dôsledkom hydrodynamických nestabilít, ktoré vznikajú pri kontakte materiálov s rôznou hustotou. Ak je príliš veľa výčnelkov, potom sa termonukleárna reakcia neuskutoční, pretože teplota vo vnútri kapsuly sa v dôsledku výčnelkov zníži.

Výstupky v tvare prstov na povrchu palivovej kapsuly - kresba audítormi GAO.
Kliknutím ľavým tlačidlom zobrazíte v plnej mierke.

Okrem dvoch vyššie spomenutých problémov čelia tvorcovia NIF aj tradičnejším, no nemenej závažným ťažkostiam. Potrebujú teda zabezpečiť spoľahlivú kontrolu nad stavom optiky, ktorá sa, samozrejme, časom poškodí laserovými lúčmi prechádzajúcimi cez ňu.

Spočiatku bude takéto poškodenie malé, ale časom sa ich počet začne zvyšovať a ak celkové percento poškodenia prekročí určitú hranicu, nebude možné prevádzkovať NIF pri nominálnych parametroch.

Tvorcom NIF treba ku cti, že sa nevyhýbajú problémom. Projekt hohlraum bol úplne prerobený a to nový dizajn sľubuje minimalizáciu strát energie lasera. Kryty vstupných bodov laserových lúčov boli z jeho projektu odstránené hneď, ako sa ukázalo, že zdanlivo dobrý nápad usporiadať špeciálnym spôsobom, kde lúče dopadajú na cieľ, vedie k prudkému nárastu nestability laser-plazma.

Po dlhom hľadaní sa vedci usadili na héliu ako na materiáli, ktorý vypĺňa hohlraum. Pôvodná konštrukcia mala využívať zmes vodíka a hélia. Tieto a ďalšie modifikácie boli testované v boji počas prvých experimentov v NIF, ktoré sa uskutočnili v roku 2009. Získané výsledky sa považujú za uspokojivé a existuje nádej, že sa vyhneme nestabilite pri prevádzke s menovitým výkonom.

Pochopenie procesov implózie by sa malo zlepšiť po dokončení série počítačových výpočtov v dvoj- a trojrozmerných modeloch. Okrem toho sa na už spomínanom komplexe OMEGA aktívne študuje hydrodynamická nestabilita. Pracovníci NIF tiež dúfajú, že budú môcť monitorovať stav optiky.

Prevádzka NIF s celkovou energiou laserového lúča 1,8 MJ bola odložená na rok 2011. Do konca roku 2010 bude zariadenie pracovať s energiami 1,2-1,3 MJ. Podľa odborníkov pri energii 1,2 MJ energetické straty v dôsledku nestability v prvých experimentoch nepresiahli 6 %, napriek tomu, že projekt umožňuje straty 15 %.

Prvé inklúzie viedli aj k prvým stratám v optike. V marci 2009 sa časť lúčov nečakane odrazila na ceste k cieľu. „Úspešná“ salva v kombinácii s chybou v návrhu znefunkčnila 4 %. celkový počet zrkadlá dostupné v systéme. Našťastie k „poprave“ došlo pri nízkych energiách lúčov, inak mohli byť následky ešte horšie.

Inštalácia NIF sa krok za krokom posúva smerom k parite. Najnovšie výsledky, získané v experimentoch v decembri 2009, boli získané pri laserovej energii 1,2 MJ.

Nezávislí odborníci nabádajú k opatrnosti. Predpovedajú, že NIF bude určite čeliť novým technologickým a fyzickým výzvam, ktoré sa v tejto fáze ani nedajú predvídať. A audítori GAO sa pýtajú, či je súčasný harmonogram prvej reakcie laserovej fúzie v roku 2012 reálny.

(CF) je proces fúzie ľahkých atómových jadier, ku ktorému dochádza pri uvoľňovaní energie pri vysokých teplotách za kontrolovaných kontrolovaných podmienok. TCB ešte nebolo implementované. Na uskutočnenie fúznych reakcií sa reagujúce jadrá musia spojiť vo vzdialenosti asi 10 - 11 cm, po čom so značnou pravdepodobnosťou nastane proces ich fúzie. tunelový efekt. Prekonať potenciál Bariéra pre zrážajúce sa ľahké jadrá by mala byť dodaná ~10 keV, čo zodpovedá teplote ~ 108 K. S nárastom náboja jadier (poradové číslo Z) sa zvyšuje ich Coulombov odpor a množstvo potrebnej energie. pretože sa reakcia zvyšuje. Eff. prierezy (p, p)-reakcií spôsobených slabé interakcie, veľmi malé. Reakcie medzi ťažkými izotopmi vodíka (deutérium a trícium) sú spôsobené silná interakcia a sú o 22-23 rádov vyššie (pozri. Termonukleárne reakcie). Rozdiely v hodnotách uvoľňovania energie pri fúznych reakciách nepresahujú jeden rád. Keď sa jadrá deutéria a trícia zlúčia, je to 17,6 MeV. Veľký počet týchto reakcií a relatívne vysoké uvoľňovanie energie robia z rovnozložkovej zmesi deutéria a trícia najsľubnejšiu na riešenie problému CTS. Trícium je rádioaktívne ( polovičný život 12,5 roka), v prírode sa nenachádzajú. Preto zabezpečiť prac termonukleárny reaktor, používa ako jadrové palivo, musí byť zabezpečená možnosť jeho reprodukcie. Na tento účel môže byť pracovný priestor reaktora obklopený vrstvou ľahkého izotopu lítia, v ktorom bude prebiehať reakcia.

Eff. Prierez pre termonukleárne reakcie sa rýchlo zväčšuje s teplotou, ale aj pri optimálnom stave. podmienky zostávajú neporovnateľne menej účinné. prierezy atómových zrážok. Z tohto dôvodu musia fúzne reakcie prebiehať v plne ionizovanej plazme, zahriatej na vysokú teplotu, kde nedochádza k ionizácii ani excitácii atómov a zrážky deuterón-deuterón alebo deuterón-tritón skôr či neskôr vyústia do jadrovej fúzie.

Úspešná prevádzka a ďalší vývoj ktoréhokoľvek z uvedených systémov je možný len za predpokladu, že sa počiatočná štruktúra ukáže ako makroskopicky stabilná a udrží si daný tvar po celý čas potrebný na uskutočnenie reakcie. Okrem toho tieto mikroskopické látky musia byť v plazme potlačené. nestabilita, so vznikom a vývojom ktorých častíc prestávajú byť energie v rovnováhe a toky častíc a tepla cez siločiary sa v porovnaní s ich teoretickými hodnotami prudko zvyšujú. význam. Hlavným vývojom bolo stabilizovanie plazmových nestabilít rôznych typov. magnetický výskum systémov od roku 1952 a túto prácu ešte nemožno považovať za úplne dokončenú.

Ultra-vysokorýchlostné riadiace systémy s inerciálnym obmedzením. Magnetické ťažkosti Plazmatické zadržiavanie sa dá v princípe obísť, ak sa termonukleárne palivo „spáli“ v extrémne krátkych časoch, keď zahriate palivo nestihne odletieť z reakčnej zóny. Podľa Lawsonovho kritéria je možné implementáciu CTS týmto spôsobom spaľovania dosiahnuť len pri veľmi vysokej hustote pracovnej látky. Aby sa predišlo situácii termo nukleárny výbuch vysoký výkon, musíte použiť veľmi malé časti paliva: počiatočné termonukleárne palivo musí mať formu malých zŕn (priemer niekoľkých mm), pripravených zo zmesi pevného deutéria a trícia, vstreknutých do reaktora pred každým prevádzkovým cyklom. Ch. Problémom je rýchle dodanie potrebnej energie na zahriatie zrnka paliva. Riešenie tohto problému spočíva v použití laserového žiarenia (viď. Laser termonukleárna fúzia )alebo intenzívne zaostrené lúče rýchlych nábojov. častice. Výskum v oblasti riadenej fúzie pomocou laserového ohrevu sa začal v roku 1964; použitie ťažkých a ľahkých iónových lúčov je ešte vo vyššom štádiu skoré štádiumštúdium (pozri iónová termonukleárna fúzia).

Energia W, ktorý sa musí dodať do zrnka paliva na zabezpečenie prevádzky zariadenia v reaktorovom režime, ako vyplýva z jednoduchého výpočtu, je nepriamo úmerný druhej mocnine hustoty paliva deutérium-trícium. Odhady ukazujú, že prijateľné hodnoty W sa získajú iba v prípade prudkého, 10 2 -10 3-násobného zvýšenia hustoty termonukleárneho paliva v porovnaní s počiatočnou hustotou pevného (d, t) terča. Na získanie takýchto vysokých kompresných pomerov sú potrebné vysoké hustoty, sa ukázali byť dosiahnuteľné odparením povrchových vrstiev symetricky ožiareného terča a reaktívnym stlačením jeho vnútra. zóny Aby to bolo možné, musí byť dodávaný výkon naprogramovaný určitým spôsobom v čase. DR. možnosti zahŕňajú programovanie rozloženia radiálnej hustoty hmoty a použitie komplexných viacplášťových cieľov. Potrebná energia sa odhaduje na ~10 6 -10 7 J, čo je v rámci moderného rozsahu. možnosti laserovej technológie. Analýza systémov s iónovými lúčmi vedie k číslam rovnakej mierky.

Ťažkosti a vyhliadky. Výskum v oblasti CTS čelí veľkým ťažkostiam, čisto fyzickým aj technickým. charakter. Prvá zahŕňa už spomínaný problém stability horúcej plazmy umiestnenej v magnete. pasca. Použitie silných magnetov špeciálne polia konfigurácia umožnila potlačiť mnohé. typy makroskopických nestabilita, ale skončí. Riešenie problému zatiaľ neexistuje.

Najmä pre zaujímavý a dôležitý systém – tokamak – tzv problém „veľkého prerušenia“, keď sa prúdová šnúra plazmy najprv vytiahne smerom k osi komory, potom sa na niekoľko minút preruší. ms a na steny komory sa vybije veľa energie. Okrem tepelného šoku fotoaparát zažíva aj mechanické poškodenie. .

Vážny problém predstavuje aj vytváranie zväzkov rýchlych elektrónov oddelených od bázy. súbor plazmových elektrónov. Tieto lúče vedú k silnému zvýšeniu toku tepla a častíc cez pole. V ultrarýchlych systémoch sa tiež pozoruje tvorba skupiny rýchlych elektrónov v plazmovej koróne obklopujúcej cieľ. Tieto elektróny dokážu predčasne zahriať centrálne zóny terča, čím zabránia dosiahnutiu požadovaného stupňa kompresie a následnému naprogramovanému výskytu jadrových reakcií. Základné Problémom v týchto systémoch je implementácia stabilnej sféricky symetrickej kompresie cieľov.

Ďalší problém súvisí s problémom nečistôt. El.-magn. pri použitých hodnotách P A T plazma a možné veľkosti reaktor voľne opúšťa plazmu, ale pre čistú vodíkovú plazmu tieto energie. straty určené v hlav brzdné žiarenie elektróny, v prípade (d, 1) reakcie sú pokryté uvoľňovaním jadrovej energie už pri temp pax nad 4-10 7 K. Avšak aj malý prídavok cudzích atómov s veľkým Z, ktoré sú pri uvažovanom temp pax v vysoko ionizovaný stav, vedie k zvýšeniu energie. straty nad povolenú úroveň. Je potrebné mimoriadne úsilie (neustále zdokonaľovanie vákuových zariadení, používanie žiaruvzdorných a ťažko rozprašovateľných látok, ako je volfrám, ako materiálu membrány, používanie zariadení na zachytávanie atómov nečistôt atď.), aby sa zabezpečilo, že obsah nečistôt v plazme zostáva pod prípustnou hladinou (=<0,1%). Для инер-циальных систем-предотвращение перемешивания вещества сжимающей оболочки с термоядерным топливом на конечных стадиях сжатия.

Na obr. 3 ukazuje parametre dosiahnuté pri rozklade. zariadení do roku 1994. Ako je možné vidieť, parametre týchto systémov sa blížia k prahovým hodnotám. Navyše na najväčšom prevádzkovanom tokamaku JET (západná Európa) v novembri 1991 došlo k vypusteniu (d, 1)-plazmy s trvaním cca. 2 s. V tomto prípade bola energia fúzie získaná za kontrolovaných podmienok na úrovni výkonu ~ 1 MW. O rok neskôr sa v zariadení TFTR získalo ~6 MW energie. Z ekologického Pre úvahy sa experimenty neuskutočnili na rovnakej zmesi deutéria a trícia, ale s obsahom trícia 10 až 11 %. V experimente TFTR pomer energie syntézy k výdaju. energia bola 0,15 (v zmysle rovnozložkovej zmesi ~0,46). Úspech týchto experimentov ho jednoznačne zaradil na popredné miesto medzi inštaláciami vyvíjanými v rámci programu UTS. V súvislosti s vyššie uvedeným je zrejmé, že v medzinárodnom projekte ITER, ktorý sa má realizovať do roku 2003 a ktorý by mal slúžiť ako experiment. modelu budúcej elektrárne s fúznym reaktorom bolo navrhnuté využitie systému tokamaku.

Ryža. 3. Parametre dosiahnuté na rôznych zariadeniach pre štúdium problému riadenej termonukleárnej fúzie do roku 1991. Inštalácia T-10-tokamak Ústavu atómovej energie I. V. Kurčatova (ZSSR); PLT-tokamak inštalácia laboratória Princeton (USA); Alkator - tokamak inštalácia Massachusetts Institute of Technology (USA); TFR - inštalácia tokamaku vo Fontenay-aux-Roses (Francúzsko); 2 HPV - otvorená pasca Livermore Laboratory (USA); "Shiva" (Livermore Laboratory, USA); "Liven" (FIAN, Moskva); stelarátor "Wendelstein UP" (Garching, Nemecko).

Malo by však byť zrejmé, že cesta od prevádzkovaného reaktora k prevádzkovanej elektrárni je stále veľmi dlhá. Žiarenie Aktivácia stien komory reaktora pri prevádzke s palivom obsahujúcim trícium je extrémne vysoká. Aj keď je možné vykonávať stacionárnu prevádzku reaktora po dlhú dobu, mechanický čas. odpor steny prvej komory v dôsledku žiarenia. poškodenie pravdepodobne nepresiahne (podľa odborníkov) 5-6 rokov. To znamená potrebu periodickej kompletnú demontáž inštalácie a následnú opätovnú montáž pomocou diaľkovo ovládaných robotov, pretože zvyšok sa bude merať v tisíckach megakurov. Nevyhnutné bude aj hlboké podzemné pochovanie obrovských častí inštalácie.

Vynikajúcu príležitosť na prudké zníženie rádioaktivity pracujúceho systému a zvyškovej indukovanej aktivity je možné dosiahnuť pri práci na palive s reakciou 3 Not Generácia energie zostáva na rovnakej úrovni, k tvorbe neutrónov dôjde len vďaka bočnej (d , d) reakcie. Žiaľ, potrebný izotop 3 by nebolo treba doniesť z povrchu Mesiaca, kde je dostupný vo významných koncentráciách, pričom na Zemi je jeho obsah zanedbateľný.

Ak hovoríme o dlhodobých prognózach, tak optimum treba asi hľadať v kombinácii solárnej energie a CTS. Informácie o možnostiach spojených s mimoriadne zaujímavými, no ešte vzdialenejšími perspektívami využitia procesu miónovej katalýzy na implementáciu CTS, pozri čl. Muontová katalýza.

Lit.: Artsimovich L. A., Managed, 2. vydanie, M., 1963; Furth N. P., Tokamak research, "Nucl. Fus.", 1975, v. 15, č.3, s. 487; Lukyanov. Yu., Horúca plazma a riadená jadrová fúzia, M., 1975; Problémy laserovej termonukleárnej fúzie. So. Art., M., 1976; Výsledky vedy a techniky, sér. Plazma Physics, zväzok 1-3, M., 1980-82. S. Yu, Lukyanov.

Fyzická encyklopédia. V 5 zväzkoch. - M.: Sovietska encyklopédia. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1988 .

Pozrite sa, čo je "RIADENÁ TERMONUKLEÁRNA fúzia" v iných slovníkoch:

- (CFS), proces fúzie ľahkých atómových jadier, ku ktorému dochádza pri uvoľňovaní energie pri vysokých teplotách za regulovaných, kontrolovaných podmienok. TCB ešte nebolo implementované. Na uskutočnenie fúznych reakcií musia byť reagujúce jadrá priblížené k sebe pomocou... ... Fyzická encyklopédia

- (CFS), fúzia ľahkých atómových jadier (napríklad deutérium a trícium) s uvoľňovaním energie, ku ktorej dochádza pri veľmi vysokých teplotách (~ 108 K) za kontrolovaných podmienok (v termonukleárnom reaktore). Možnosť implementácie TCB je teoreticky vypočítaná v... ... Moderná encyklopédia

- (UTS) vedecký problém realizácie syntézy ľahkých jadier za účelom výroby energie. Riešenie problému sa dosiahne v plazme pri teplote T 108K a splnení Lawsonovho kritéria (n? 1014 cm 3.s, kde n je hustota vysokoteplotnej plazmy; ?... ... Veľký encyklopedický slovník

riadená termonukleárna fúzia-- [A.S. Goldberg. Anglicko-ruský energetický slovník. 2006] Témy energetiky vo všeobecnosti EN riadená termonukleárna fúzia riadená jadrová fúziaCTF ... Technická príručka prekladateľa

Riadená termonukleárna fúzia- (CFS), fúzia ľahkých atómových jadier (napríklad deutérium a trícium) s uvoľňovaním energie, ku ktorej dochádza pri veľmi vysokých teplotách (³108 K) za kontrolovaných podmienok (v termonukleárnom reaktore). Možnosť implementácie TCB je teoreticky vypočítaná v... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

Slnko je prirodzený termonukleárny reaktor Riadená termonukleárna fúzia (CTF) je syntéza ťažších atómových jadier z ľahších za účelom získania energie, ktorá na rozdiel od výbušnej termonukleárnej fúzie (a ... Wikipedia

Proces fúzie ľahkých atómových jadier, ku ktorému dochádza pri uvoľňovaní energie pri vysokých teplotách za kontrolovaných, kontrolovaných podmienok. Rýchlosť termonukleárnych reakcií je nízka kvôli Coulombovmu odpudzovaniu (pozri Coulombov zákon)… … Veľká sovietska encyklopédia

Riadená termonukleárna fúzia- riadená fúzia ľahkých jadier (jadier deutéria, trícia) na jadrá hélia za účelom výroby energie (nekontrolovaná fúzia prebieha vo vodíkovej bombe). Technické riešenie zatiaľ neexistuje... Počiatky moderných prírodných vied, Rozhansky V.A.. Učebnica obsahuje prezentáciu problematiky kinetiky, dynamiky a rovnováhy plazmy, ako aj transportných procesov v nej. Tento kurz sa líši od väčšiny prednášok o fyzike plazmy v tom, že…

Studená môže byť tiež nazývaná studená fúzia. Jeho podstata spočíva v možnosti realizácie jadrovej fúznej reakcie vyskytujúcej sa v akýchkoľvek chemických systémoch. To predpokladá, že nedochádza k výraznému prehrievaniu pracovnej látky. Ako je známe, konvenčné metódy vytvárajú teploty, ktoré možno merať v miliónoch stupňov Kelvina. Studená fúzia teoreticky nevyžaduje takú vysokú teplotu.

Početné štúdie a experimenty

Výskum studenej fúzie sa na jednej strane považuje za čistý podvod. Žiadny iný vedecký smer sa mu v tomto smere nevyrovná. Na druhej strane je možné, že táto oblasť vedy nebola úplne preštudovaná a nemožno ju považovať za utópiu, tým menej za podvod. V histórii vývoja studenej termonukleárnej fúzie však stále existovali, ak nie podvodníci, potom určite blázni.

Uznanie tohto trendu ako pseudovedy a dôvodom kritiky, ktorej bola vystavená technológia studenej jadrovej fúzie, boli početné zlyhania vedcov pracujúcich v tejto oblasti, ako aj falzifikáty zo strany jednotlivcov. Od roku 2002 sa väčšina vedcov domnieva, že práca na vyriešení tohto problému je zbytočná.

Zároveň pokračujú niektoré pokusy o uskutočnenie takejto reakcie. Tak v roku 2008 japonský vedec z univerzity v Osake verejne predviedol experiment vykonaný s elektrochemickým článkom. Bol to Yoshiaki Arata. Po takejto demonštrácii sa vo vedeckej komunite opäť začalo hovoriť o možnosti alebo nemožnosti studenej termonukleárnej fúzie, ktorú môže poskytnúť jadrová fyzika. Jednotliví vedci kvalifikovaní v oblasti jadrovej fyziky a chémie pátrajú po príčinách tohto javu. Navyše to robia s cieľom nájsť nie jadrové vysvetlenie, ale iné, alternatívne. Navyše je to spôsobené aj tým, že neexistujú informácie o neutrónovom žiarení.

Príbeh Fleishmana a Ponsa

Už samotná história vydávania tohto typu vedeckého smeru v očiach svetovej komunity je podozrivá. Všetko sa to začalo 23. marca 1989. Práve vtedy profesor Martin Fleischman a jeho partner Stanley Pons zvolali tlačovú konferenciu, ktorá sa konala na univerzite, kde chemici v Utahu (USA) pôsobili. Potom oznámili, že uskutočnili studenú jadrovú fúznu reakciu jednoduchým prechodom elektrického prúdu cez elektrolyt. Podľa chemikov v dôsledku reakcie dokázali získať pozitívny energetický výdaj, teda teplo. Okrem toho pozorovali jadrové žiarenie vyplývajúce z reakcie a pochádzajúce z elektrolytu.

Toto vyhlásenie vyvolalo vo vedeckej komunite doslova senzáciu. Samozrejme, nízkoteplotná jadrová fúzia vyrobená na jednoduchom stole by mohla radikálne zmeniť celý svet. Už nie sú potrebné komplexy obrovských chemických zariadení, ktoré stoja aj obrovské peniaze a výsledok v podobe získania želanej reakcie pri jej výskyte nie je známy. Ak by sa všetko potvrdilo, Fleischmana a Ponsa by čakala úžasná budúcnosť a ľudstvo - výrazné zníženie nákladov.

Takto vyslovený výrok chemikov bol však ich omyl. A ktovie, možno to najdôležitejšie. Faktom je, že vo vedeckej komunite nie je zvykom vydávať akékoľvek vyjadrenia pre médiá o svojich vynálezoch či objavoch skôr, ako sa o nich uverejnia informácie v špeciálnych vedeckých časopisoch. Vedci, ktorí to robia, sú okamžite kritizovaní a vo vedeckej komunite sa to považuje za druh zlej formy. Podľa pravidiel je bádateľ, ktorý urobil akýkoľvek objav, potajomky povinný o tom najskôr upovedomiť vedeckú komunitu, ktorá rozhodne, či je tento vynález naozaj pravdivý, či má byť vôbec uznaný za objav. Z právnej stránky sa to považuje za povinnosť úplného zachovania mlčanlivosti o tom, čo sa stalo, čo musí objaviteľ dodržiavať od odoslania príspevku do publikácie až do jeho zverejnenia. Výnimkou v tomto smere nie je ani jadrová fyzika.

Fleishman a jeho kolega poslali takýto článok do vedeckého časopisu Nature a bol celosvetovo najuznávanejšou vedeckou publikáciou. Všetci ľudia spojení s vedou vedia, že takýto časopis nebude publikovať neoverené informácie, tým menej publikovať len tak hocikto. Martin Fleishman bol už v tom čase považovaný za pomerne uznávaného vedca pôsobiaceho v oblasti elektrochémie, takže predložený článok mal byť čoskoro publikovaný. A tak sa aj stalo. Tri mesiace po nešťastnej konferencii bola publikácia vydaná, no nadšenie okolo objavu už bolo v plnom prúde. Možno aj preto šéfredaktor Nature John Maddox už v ďalšom mesačníku magazínu zverejnil svoje pochybnosti o objave Fleischmanna a Ponsa a o tom, že získali energiu jadrovej reakcie. Vo svojej poznámke napísal, že za jej predčasné zverejnenie by mali byť potrestaní chemici. Tam im povedali, že skutoční vedci nikdy nedovolia zverejniť svoje vynálezy a ľudí, ktorí to robia, možno považovať za jednoduchých dobrodruhov.

O nejaký čas neskôr dostali Pons a Fleischman ďalšiu ranu, ktorú možno nazvať drvivou. Niekoľko výskumníkov z amerických vedeckých inštitútov v Spojených štátoch (Massachusetts a Kalifornské technologické univerzity) vykonalo, to znamená zopakovalo experiment chemikov, pričom vytvorili rovnaké podmienky a faktory. To však neviedlo k výsledku, ktorý uviedol Fleishman.

Možné alebo nemožné?

Odvtedy došlo k jasnému rozdeleniu celej vedeckej komunity na dva tábory. Priaznivci jedného presvedčili všetkých, že studená termonukleárna fúzia je fikcia, ktorá sa nezakladá na ničom. Iní sú naopak stále presvedčení, že studená jadrová fúzia je možná, že nešťastní chemici napriek tomu urobili objav, ktorý by v konečnom dôsledku mohol zachrániť celé ľudstvo tým, že by mu dal nevyčerpateľný zdroj energie.

Skutočnosť, že ak sa vynájde nová metóda, pomocou ktorej budú možné reakcie studenej jadrovej fúzie, a teda význam takéhoto objavu bude neoceniteľný pre všetkých ľudí v celosvetovom meradle, priťahuje stále viac nových vedcov. k tomuto vedeckému smeru, z ktorých niektoré možno v skutočnosti považovať za podvodníkov. Celé štáty vynakladajú značné úsilie na vybudovanie len jednej termonukleárnej stanice, míňajú obrovské sumy peňazí a studená termonukleárna fúzia je schopná získavať energiu absolútne jednoduchými a pomerne lacnými spôsobmi. Práve to láka tých, ktorí chcú zarábať klamstvom, ale aj iných ľudí s duševnými poruchami. Medzi vyznávačmi tohto spôsobu získavania energie môžete nájsť oboje.

Príbeh so studenou termonukleárnou fúziou jednoducho musel skončiť v archíve takzvaných pseudovedeckých príbehov. Ak sa triezvym pohľadom pozriete na spôsob, akým sa získava energia jadrovej fúzie, pochopíte, že spojenie dvoch atómov do jedného si vyžaduje obrovské množstvo energie. Je potrebné prekonať elektrický odpor. V stavebníctve pri tento moment Medzinárodný, ktorý sa bude nachádzať v Karadashi vo Francúzsku, plánuje spojiť dva atómy, ktoré sú najľahšími atómami v prírode. V dôsledku takéhoto spojenia sa očakáva pozitívne uvoľnenie energie. Tieto dva atómy sú trícium a deutérium. Sú to izotopy vodíka, takže základom by bola jadrová fúzia vodíka. Na vytvorenie takéhoto spojenia je potrebná nepredstaviteľná teplota – stovky miliónov stupňov. To si samozrejme vyžiada aj obrovský tlak. Z tohto dôvodu sa mnohí vedci domnievajú, že studená riadená jadrová fúzia je nemožná.

Úspechy a neúspechy

Na ospravedlnenie tejto zvažovanej syntézy je však potrebné poznamenať, že medzi jej fanúšikmi nie sú len ľudia s bludnými nápadmi a podvodníci, ale aj celkom normálni špecialisti. Po prejave Fleishmana a Ponsa a neúspechu ich objavu v tejto oblasti pokračovali mnohí vedci a vedecké inštitúcie. To by sa nemohlo stať bez ruských špecialistov, ktorí tiež podnikli zodpovedajúce pokusy. A najzaujímavejšie je, že takéto experimenty v niektorých prípadoch skončili úspechom a v iných neúspešne.

Vo vede je však všetko prísne: ak došlo k objavu a experiment bol úspešný, musí sa znova zopakovať s pozitívnym výsledkom. Ak to tak nie je, takýto objav nikto neuzná. Navyše, samotní vedci nedokázali úspešný experiment zopakovať. V niektorých prípadoch sa im to podarilo, v iných nie. Nikto nedokázal vysvetliť, prečo sa to deje; stále neexistuje žiadny vedecky dokázaný dôvod na takúto nestálosť.

Skutočný vynálezca a génius

Celý vyššie popísaný príbeh s Fleishmanom a Ponsom má aj druhú stranu mince, alebo skôr pravdu starostlivo ukrytú západnými krajinami. Faktom je, že Stanley Pons bol predtým občanom ZSSR. V roku 1970 bol súčasťou expertného tímu vyvíjajúceho termionické inštalácie. Samozrejme, Pons bol zasvätený do mnohých tajomstiev sovietskeho štátu a po emigrácii do Spojených štátov sa ich snažil realizovať.

Skutočným objaviteľom, ktorý dosiahol určité úspechy v studenej jadrovej fúzii, bol Ivan Stepanovič Filimonenko.

I. S. Filimonenko zomrel v roku 2013. Bol to vedec, ktorý takmer zastavil celý rozvoj jadrovej energetiky nielen vo svojej krajine, ale na celom svete. Bol to on, kto takmer vytvoril jadrovú studenú fúziu, ktorá by bola naopak bezpečnejšia a veľmi lacná. Okrem tejto inštalácie vytvoril sovietsky vedec lietadlo založené na princípe antigravitácie. Bol známy ako odhaľovač skrytých nebezpečenstiev, ktoré môže ľudstvu priniesť jadrová energia. Vedec pracoval v obrannom komplexe ZSSR, bol akademik a odborník na Je pozoruhodné, že niektoré práce akademika, vrátane studenej jadrovej fúzie Filimonenko, sú stále klasifikované. Ivan Stepanovič bol priamym účastníkom výroby vodíkových, jadrových a neutrónových bômb a podieľal sa na vývoji jadrových reaktorov určených na vypúšťanie rakiet do vesmíru.

V roku 1957 Ivan Filimonenko vyvinul studenú jadrovú fúznu elektráreň, s pomocou ktorej mohla krajina ušetriť až tristo miliárd dolárov ročne jej využitím v energetickom sektore. Tento vynález vedca bol spočiatku plne podporovaný štátom, ako aj takými slávnymi vedcami ako Kurchatov, Keldysh, Korolev. Ďalší vývoj a dovedenie Filimonenkovho vynálezu do hotového stavu v tom čase povolil sám maršál Žukov. Objav Ivana Stepanoviča bol zdrojom, z ktorého sa mala získavať čistá jadrová energia a navyše s jej pomocou by bolo možné získať ochranu pred jadrovým žiarením a eliminovať následky rádioaktívnej kontaminácie.

Filimonenkovo ​​vylúčenie z práce

Je možné, že po určitom čase by sa vynález Ivana Filimonenka začal vyrábať v priemyselnom meradle a ľudstvo by sa zbavilo mnohých problémov. Osud v osobe niektorých ľudí však rozhodol inak. Jeho kolegovia Kurčatov a Korolev zomreli a maršal Žukov odstúpil. To bol začiatok takzvanej tajnej hry vo vedeckých kruhoch. Výsledkom bolo zastavenie celej Filimonenkovej práce av roku 1967 došlo k jeho prepusteniu. Ďalším dôvodom takéhoto zaobchádzania s váženým vedcom bol jeho boj za zastavenie testovania jadrových zbraní. Svojimi prácami neustále dokazoval škody spôsobené prírode aj priamo ľuďom, na jeho podnet boli zastavené mnohé projekty vypúšťania rakiet s jadrovými reaktormi do vesmíru (každá nehoda takejto rakety, ktorá by sa stala na obežnej dráhe, by mohla ohroziť rádioaktívnu kontamináciu celá Zem). Vzhľadom na preteky v zbrojení, ktoré v tom čase naberali na obrátkach, sa akademik Filimonenko stal nepríjemným pre niektorých vysokých predstaviteľov. Jeho experimentálne inštalácie sú uznané za odporujúce prírodným zákonom, samotný vedec je vyhodený, vylúčený z komunistickej strany, zbavený všetkých titulov a všeobecne vyhlásený za duševne abnormálneho človeka.

Už koncom osemdesiatych - začiatkom deväťdesiatych rokov bola obnovená práca akademika, boli vyvinuté nové experimentálne inštalácie, ale všetky nepriniesli pozitívny výsledok. Ivan Filimonenko navrhol myšlienku použitia svojej mobilnej jednotky na odstránenie následkov v Černobyle, ale bola zamietnutá. V období od roku 1968 do roku 1989 bol Filimonenko odstránený z akýchkoľvek testov a prác v smere studenej termonukleárnej fúzie a samotný vývoj, diagramy a kresby spolu s niektorými sovietskymi vedcami išli do zahraničia.

Začiatkom 90. rokov Spojené štáty oznámili úspešné testy, v ktorých údajne získali jadrovú energiu ako výsledok studenej termonukleárnej fúzie. To bol impulz, aby si jeho štát opäť spomenul na legendárneho sovietskeho vedca. Bol obnovený, ale ani to nepomohlo. V tom čase sa začal rozpad ZSSR, financovanie bolo obmedzené, a preto neboli žiadne výsledky. Ako povedal Ivan Stepanovič neskôr v rozhovore, keď videl nepretržité a zároveň neúspešné pokusy mnohých vedcov z celého sveta získať pozitívne výsledky studenej jadrovej fúzie, uvedomil si, že bez nej by nikto nemohol dokončiť prácu. . A naozaj hovoril pravdu. Od roku 1991 do roku 1993 americkí vedci, ktorí získali Filimonenkovu inštaláciu, nedokázali pochopiť princíp jej fungovania a o rok neskôr ju úplne demontovali. V roku 1996 vplyvní ľudia zo Spojených štátov ponúkli Ivanovi Stepanovičovi sto miliónov dolárov len za to, že im poskytne konzultácie a vysvetlí, ako funguje reaktor studenej fúzie, čo on odmietol.

Ivan Filimonenko experimentmi zistil, že takzvaná ťažká voda sa rozkladom elektrolýzou rozkladá na kyslík a deutérium. Ten sa zase rozpúšťa v paládiovej katóde, v ktorej sa vyvíjajú reakcie jadrovej fúzie. Počas tohto procesu Filimonenko zaznamenal absenciu rádioaktívneho odpadu aj neutrónového žiarenia. Okrem toho Ivan Stepanovič v dôsledku svojich experimentov zistil, že jeho reaktor na jadrovú fúziu vyžaruje neisté žiarenie a práve toto žiarenie výrazne znižuje polčas rozpadu rádioaktívnych izotopov. To znamená, že rádioaktívna kontaminácia je neutralizovaná.

Existuje názor, že Filimonenko svojho času odmietol nahradiť jadrové reaktory svojou inštaláciou v podzemných krytoch pripravených pre najvyšších predstaviteľov ZSSR v prípade jadrovej vojny. V tom čase zúrila kubánska raketová kríza, a preto bola možnosť jej začiatku veľmi vysoká. Jediné, čo zastavilo vládnuce kruhy USA aj ZSSR, bolo to, že v takýchto podzemných mestách by znečistenie z jadrových reaktorov aj po niekoľkých mesiacoch zabilo všetok život. Filimonenkov reaktor studenej fúzie by mohol vytvoriť bezpečnostnú zónu pred rádioaktívnou kontamináciou, takže ak by s tým akademik súhlasil, pravdepodobnosť jadrovej vojny by sa mohla niekoľkokrát zvýšiť. Ak to tak naozaj bolo, tak zbavenie všetkých vyznamenaní a ďalšie represie majú svoje logické opodstatnenie.

Teplá jadrová fúzia

I. S. Filimonenko vytvoril energetickú elektráreň s termionickou hydrolýzou, ktorá bola absolútne šetrná k životnému prostrediu. Dodnes sa nikomu nepodarilo vytvoriť takúto obdobu TEGEU. Podstatou tohto zariadenia a zároveň rozdielom od iných podobných blokov bolo, že nevyužívalo jadrové reaktory, ale zariadenia jadrovej fúzie, ktoré sa vyskytujú pri priemernej teplote 1150 stupňov. Preto bol takýto vynález nazývaný teplou jadrovou fúziou. Koncom osemdesiatych rokov v blízkosti hlavného mesta v meste Podolsk vznikli 3 takéto inštalácie. Priamo sa na tom podieľal sovietsky akademik Filimonenko, ktorý celý proces viedol. Výkon každej tepelnej elektrárne bol 12,5 kW a ako hlavné palivo sa používala ťažká voda. Len jeden kilogram z neho počas reakcie uvoľnil energiu ekvivalentnú tej, ktorú možno získať spálením dvoch miliónov kilogramov benzínu! To samo o sebe hovorí o rozsahu a význame vynálezov veľkého vedca a o tom, že reakcie studenej jadrovej fúzie, ktoré vyvinul, by mohli priniesť požadovaný výsledok.

V súčasnosti teda nie je isté, či studená termonukleárna fúzia má právo na existenciu alebo nie. Je celkom možné, že nebyť represií voči skutočnému géniovi vedy Filimonenkovi, svet by teraz nebol rovnaký a priemerná dĺžka života ľudí by sa mohla mnohonásobne zvýšiť. Veď už vtedy Ivan Filimonenko tvrdil, že rádioaktívne žiarenie je príčinou starnutia ľudí a skorej smrti. Práve žiarenie, ktoré je dnes doslova všade, nehovoriac o megamestách, narúša ľudské chromozómy. Možno aj preto žili biblické postavy tisíc rokov, keďže v tom čase toto ničivé žiarenie pravdepodobne neexistovalo.

Inštalácia, ktorú vytvoril akademik Filimonenko v budúcnosti, by mohla zbaviť planétu takého zabíjajúceho znečistenia a navyše poskytnúť nevyčerpateľný zdroj lacnej energie. Či je to pravda alebo nie, ukáže čas, no škoda, že tento čas už mohol prísť.

Shikanov A.S. // Sorosov vzdelávací časopis, č.8, 1997, s: 86-91

Pozrieme sa na fyzikálne princípy laserovej termonukleárnej fúzie – rýchlo sa rozvíjajúceho vedného odboru, ktorý je založený na dvoch výnimočných objavoch 20. storočia: termonukleárne reakcie a lasery.

Termonukleárne reakcie vznikajú pri fúzii (fúzii) jadier ľahkých prvkov. V tomto prípade sa spolu s tvorbou ťažších prvkov uvoľňuje prebytočná energia vo forme kinetickej energie konečných produktov reakcie a gama žiarenia. Veľké uvoľňovanie energie pri termonukleárnych reakciách priťahuje pozornosť vedcov pre možnosť ich praktického využitia v pozemských podmienkach. Termonukleárne reakcie vo veľkom meradle sa teda uskutočňujú vo vodíkovej (alebo termonukleárnej) bombe.

Možnosť využitia energie uvoľnenej počas termonukleárnych reakcií na vyriešenie energetického problému sa zdá byť mimoriadne atraktívna. Faktom je, že palivom pre tento spôsob výroby energie je izotop vodíka deutérium (D), ktorého zásoby vo Svetovom oceáne sú prakticky nevyčerpateľné.

TERMONUKLEÁRNE REAKCIE A RIADENÁ fúzia

Termonukleárna reakcia je proces fúzie (alebo fúzie) ľahkých jadier na ťažšie. Keďže ide o tvorbu silne viazaných jadier z voľnejších, proces je sprevádzaný uvoľňovaním väzbovej energie. Najjednoduchším spôsobom zlúčenia sú izotopy vodíka - deutérium D a trícium T. Jadro deutéria - deuterón obsahuje jeden protón a jeden neutrón. Deutérium je obsiahnuté vo vode v pomere jeden diel ku 6500 dielom vodíka. Jadro trícia, tritón, pozostáva z protónu a dvoch neutrónov. Trícium je nestabilné (polčas rozpadu 12,4 roka), ale môže byť vyrobené z jadrových reakcií.

Fúzia jadier deutéria a trícia vytvára hélium He s atómová hmotnosť, rovný štyrom a neutrón n. V dôsledku reakcie sa uvoľní energia 17,6 MeV.

K fúzii jadier deutéria dochádza cez dva kanály s približne rovnakou pravdepodobnosťou: v prvom sa vytvorí trícium a protón p a uvoľní sa energia rovnajúca sa 4 MeV; v druhom kanáli je hélium s atómovou hmotnosťou 3 a neutrón a uvoľnená energia je 3,25 MeV. Tieto reakcie sú znázornené ako vzorce

D + T = 4He + n + 17,6 MeV,

D + D = T + p + 4,0 MeV,

D + D = 3He + n + 3,25 MeV.

Pred procesom fúzie majú jadrá deutéria a trícia energiu asi 10 keV; energia reakčných produktov dosahuje hodnoty rádovo v jednotkách a desiatkach megaelektrónvoltov. Treba tiež poznamenať, že prierez reakcie D + T a rýchlosť jej výskytu sú oveľa vyššie (stokrát) ako reakcie D + D. V dôsledku toho je pre reakciu D + T oveľa jednoduchšie dosiahnuť podmienky, keď uvoľnená termonukleárna energia prevyšuje náklady na organizáciu zlučovania procesov.

Možné sú aj syntézne reakcie zahŕňajúce iné jadrá prvkov (napríklad lítium, bór atď.). Prierezy reakcie a ich rýchlosti pre tieto prvky sú však výrazne menšie ako pre izotopy vodíka a dosahujú viditeľné hodnoty len pri teplotách rádovo 100 keV. Dosiahnutie takýchto teplôt v termonukleárnych zariadeniach je v súčasnosti úplne nereálne, preto môžu mať v blízkej budúcnosti praktické uplatnenie iba fúzne reakcie izotopov vodíka.

Ako môže prebiehať termonukleárna reakcia? Problémom je, že fúzii jadier bránia elektrické odpudzujúce sily. V súlade s Coulombovým zákonom elektrická odpudivá sila rastie nepriamo úmerne so štvorcom vzdialenosti medzi interagujúcimi jadrami F ~ 1/ r 2. Preto pre syntézu jadier, tvorbu nových prvkov a uvoľňovanie prebytočnej energie, je potrebné prekonať Coulombovu bariéru, to znamená pracovať proti odpudivým silám, dodávať energiu jadrám potrebnú energiu.

Sú dve možnosti. Jedna z nich spočíva v zrážke dvoch lúčov svetelných atómov zrýchlených k sebe. Ukázalo sa však, že tento spôsob je neúčinný. Faktom je, že pravdepodobnosť fúzie jadier v zrýchlených lúčoch je extrémne nízka vzhľadom na nízku hustotu jadier a zanedbateľný čas ich interakcie, aj keď vytváranie lúčov požadovanej energie v existujúcich urýchľovačoch nie je problém.

Ďalším spôsobom, na ktorom sa usadili moderní výskumníci, je zahrievanie látky na vysoké teploty (asi 100 miliónov stupňov). Čím vyššia je teplota, tým vyššia je priemerná kinetická energia častíc a tým väčší ich počet dokáže prekonať Coulombovu bariéru.

Na kvantitatívne posúdenie účinnosti termonukleárnych reakcií sa zavádza faktor energetického zisku Q rovný

kde Eout je energia uvoľnená v dôsledku fúznych reakcií, Eust je energia použitá na zahriatie plazmy na termonukleárne teploty.

Aby sa energia uvoľnená v dôsledku reakcie rovnala energetickým nákladom na ohrev plazmy na teploty rádovo 10 keV, je potrebné splniť takzvané Lawsonovo kritérium:

(Nt) 1014 $ s/cm3 pre D-T reakciu,

(Nt) $ 1015 s/cm3 pre D-D reakciu.

Tu N je hustota zmesi deutérium-trícium (počet častíc na kubický centimeter), t je čas, počas ktorého dochádza k účinným fúznym reakciám.

K dnešnému dňu sa objavili dva do značnej miery nezávislé prístupy k riešeniu problému riadenej termonukleárnej fúzie. Prvý z nich je založený na možnosti obmedziť a tepelne izolovať vysokoteplotnú plazmu relatívne nízkej hustoty (N © 1014-1015 cm-3) magnetickým poľom špeciálnej konfigurácie na relatívne dlhú dobu (t © 1- 10 s). Medzi takéto systémy patrí Tokamak (skratka pre „toroidná komora s magnetickými cievkami“), navrhnutý v 50. rokoch v ZSSR.

Iný spôsob je impulz. Pri pulznom prístupe je potrebné rýchlo zahriať a stlačiť malé časti hmoty na také teploty a hustoty, pri ktorých by termonukleárne reakcie mali čas efektívne prebiehať počas existencie neohraničenej alebo, ako sa hovorí, zotrvačne uzavretej plazmy. Odhady ukazujú, že na stlačenie látky na hustoty 100-1000 g/cm3 a jej zahriatie na teplotu T © 5-10 keV je potrebné vytvoriť tlak na povrch guľového terča P © 5 » 109 atm, to znamená, že je potrebný zdroj, ktorý by umožnil dodávať na cieľový povrch energiu s hustotou výkonu q © 1015 W/cm2.

FYZIKÁLNE PRINCÍPY LASEROVEJ TERMONUKLEÁRNEJ FÚZIE

Myšlienku použitia vysokovýkonného laserového žiarenia na ohrev hustej plazmy na termonukleárne teploty prvýkrát vyjadril N.G. Basov a O.N. Krokhin na začiatku 60. rokov. K dnešnému dňu sa vytvoril nezávislý smer termonukleárneho výskumu - laserová termonukleárna fúzia (LTF).

Zastavme sa krátko pri základných fyzikálnych princípoch, ktoré sú základom koncepcie dosahovania vysokých stupňov kompresie látok a získavania veľkých energetických ziskov pomocou laserových mikrovýbuchov. Našu diskusiu založíme na príklade takzvaného režimu priamej kompresie. V tomto režime je mikrosféra (obr. 1) naplnená termonukleárnym palivom „rovnomerne“ ožarovaná zo všetkých strán viackanálovým laserom. V dôsledku interakcie vykurovacieho žiarenia s cieľovým povrchom vzniká horúca plazma s teplotou niekoľkých kiloelektrónvoltov (tzv. plazmová koróna), letiaca smerom k laserovému lúču charakteristickými rýchlosťami 107-108 cm/s.

Bez toho, aby sme sa mohli podrobnejšie zaoberať absorpčnými procesmi v plazmovej koróne, poznamenávame, že v moderných modelových experimentoch s energetickými hladinami laserového žiarenia 10-100 kJ pre ciele porovnateľné veľkosťou s cieľmi pre veľké ziskové faktory je možné dosahovať vysoké (© 90%) koeficienty absorpcie vykurovacieho žiarenia.

Ako sme už videli, svetelné žiarenie nemôže preniknúť hustými vrstvami cieľa (hustota tuhej látky je © 1023 cm-3). V dôsledku tepelnej vodivosti sa energia absorbovaná v plazme s hustotou elektrónov menšou ako ncr prenáša do hustejších vrstiev, kde dochádza k ablácii cieľovej látky. Zvyšné neodparené vrstvy terča sa vplyvom tepelného a reaktívneho tlaku urýchľujú smerom do stredu, pričom dochádza k stlačeniu a ohrevu paliva v ňom obsiahnutého (obr. 2). V dôsledku toho sa energia laserového žiarenia v uvažovanom štádiu premieňa na kinetickú energiu hmoty letiacej smerom k stredu a na energiu rozpínajúcej sa koróny. Je zrejmé, že užitočná energia sa sústreďuje v pohybe smerom k stredu. Účinnosť príspevku svetelnej energie k cieľu je charakterizovaná pomerom zadanej energie k celkovej energii žiarenia - takzvaná hydrodynamická účinnosť (účinnosť). Dosiahnutie dostatočne vysokej hydrodynamickej účinnosti (10-20%) je jedným z dôležitých problémov laserovej termonukleárnej fúzie.

Ryža. 2. Radiálne rozloženie teploty a hustoty hmoty v cieli v štádiu zrýchlenia obalu smerom do stredu

Aké procesy môžu zabrániť dosiahnutiu vysokých kompresných pomerov? Jednou z nich je, že pri hustotách termonukleárneho žiarenia q > 1014 W/cm2 sa značná časť absorbovanej energie nepremení na klasickú elektrónovú tepelnú vodivosť, ale na prúdy rýchlych elektrónov, ktorých energia je oveľa vyššia ako teplota plazmovej koróny (tzv. epitermálne elektróny). Môže k tomu dôjsť v dôsledku rezonančnej absorpcie a v dôsledku parametrických účinkov v plazmatickej koróne. V tomto prípade sa dĺžka dráhy supratermálnych elektrónov môže ukázať ako porovnateľná s veľkosťou cieľa, čo povedie k predhriatiu stlačiteľného paliva a nemožnosti dosiahnuť maximálnu kompresiu. Veľkú penetračnú schopnosť majú aj vysokoenergetické röntgenové kvantá (tvrdé röntgenové lúče) sprevádzajúce supratermálne elektróny.

trend experimentálny výskum v posledných rokoch je prechod na použitie krátkovlnného laserového žiarenia (l< 0,5 мкм) при умеренных плотностях потока (q < 1015 Вт/см2). Практическая возможность перехода к нагреву плазмы коротковолновым излучением связана с тем, что коэффициенты конверсии излучения твердотельного неодимого лазера (основного кандидата в драйверы для лазерного термоядерного синтеза) с длиной волны l = 1,06 мкм в излучения второй, третьей и четвертой гармоник с помощью нелинейных кристаллов достигает 70-80%. В настоящее время фактически все крупные лазерные установки на неодимовом стекле снабжены системами умножения частоты. Физической причиной преимущества использования коротковолнового излучения для нагрева и сжатия микросфер является то, что с уменьшением длины волны увеличивается поглощение в плазменной короне и возрастают абляционное давление и гидродинамический коэффициент передачи. На несколько порядков уменьшается доля надтепловых электронов, генерируемых в плазменной короне, что является чрезвычайно выгодным для режимов как прямого, так и непрямого сжатия. Для непрямого сжатия принципиально и то, что с уменьшением длины волны увеличивается конверсия поглощенной плазмой энергии в мягкое рентгеновское излучение. Остановимся теперь на режиме непрямого сжатия. Физический анализ показывает, что осуществление режима сжатия до высоких плотностей топлива оптимально для простых и сложных оболочечных мишеней с аспектным отношением R / DR в несколько десятков. Здесь R — радиус оболочки, DR — ее толщина. Однако сильное сжатие может быть ограничено развитием гидродинамических неустойчивостей, которые проявляются в отклонении движения оболочки на стадиях ее ускорения и торможения в центре от сферической симметрии и зависят от отклонений počiatočná forma cieľ z dokonale sférického, nerovnomerného rozloženia dopadajúcich laserových lúčov po jeho povrchu. Vývoj nestability pri pohybe obalu smerom k stredu vedie najskôr k odchýlke pohybu od sféricky symetrického, potom k turbulizácii prúdenia a nakoniec k zmiešaniu vrstiev terča a deutériovo-tríciového paliva. V dôsledku toho môže v konečnom stave vzniknúť útvar, ktorého tvar sa výrazne líši od guľového jadra a priemerná hustota a teplota sú výrazne nižšie ako hodnoty zodpovedajúce jednorozmernej kompresii. V tomto prípade môže byť počiatočná štruktúra cieľa (napríklad určitý súbor vrstiev) úplne narušená. Fyzická povaha Tento typ nestability je ekvivalentný nestabilite vrstvy ortuti umiestnenej na povrchu vody v gravitačnom poli. V tomto prípade, ako je známe, dochádza k úplnému zmiešaniu ortuti a vody, to znamená, že v konečnom stave bude ortuť na dne. Podobná situácia môže nastať pri zrýchlenom pohybe smerom k stredu cieľovej látky, ktorá má zložitú štruktúru, alebo v všeobecný prípad v prítomnosti hustotných a tlakových gradientov. Požiadavky na kvalitu terčov sú dosť prísne. Heterogenita hrúbky steny mikroguľôčok by teda nemala presiahnuť 1 %, rovnomernosť distribúcie absorpcie energie na cieľovom povrchu by nemala presiahnuť 0,5 %. Návrh na použitie schémy nepriamej kompresie presne súvisí s možnosťou riešenia problému stability cieľovej kompresie. Schematický diagram experimentu v režime nepriamej kompresie je na obr. 3. Laserové žiarenie smeruje do dutiny (hohlraum), so zameraním na vnútorný povrch vonkajšieho obalu, pozostávajúceho z látky s vysokým atómovým číslom, ako je zlato. Ako už bolo uvedené, až 80 % absorbovanej energie sa premení na mäkké röntgenové žiarenie, ktoré ohrieva a stláča vnútorný obal. Medzi výhody takejto schémy patrí možnosť dosiahnutia vyššej rovnomernosti rozloženia absorbovanej energie po cieľovom povrchu, zjednodušenie konštrukcie lasera a podmienok zaostrovania atď. Existujú však aj nevýhody spojené so stratou energie na premenu na röntgenové žiarenie a zložitosťou zavádzania žiarenia do dutiny. Aký je súčasný stav výskumu laserovej fúzie? Experimenty na dosiahnutie vysokých hustôt stlačiteľného paliva v režime priamej kompresie sa začali v polovici 70. rokov vo Fyzikálnom inštitúte. P.N. Lebedeva, kde hustota stlačiteľného deutéria © 10 g/cm3 bola dosiahnutá pomocou Kalmarovej inštalácie s energiou E = 200 J. Následne sa pracovné programy na LTS aktívne rozvíjali v USA (inštalácie Shiva, Nova v Livermore National Laboratory, Omega na University of Rochester), Japonsku (Gekko-12), Rusku (Dolphin na Lebedev Physical Institute, Iskra-4 ", "Iskra-5" v Arzamas-16) pri hladine energie lasera 1-100 kJ. Podrobne sú študované všetky aspekty zahrievania a stláčania terčov rôznych konfigurácií v režime priamej a nepriamej kompresie. Ablačné tlaky ~100 Mbar a rýchlosti kolapsu mikroguľôčok V > 200 km/s sa dosahujú s hodnotami hydrodynamickej účinnosti rádovo 10%. Pokrok vo vývoji laserových systémov a návrhov terčov umožnil zabezpečiť stupeň rovnomernosti ožiarenia stlačiteľného obalu 1-2% pri priamom aj nepriamom stlačení. V oboch režimoch boli dosiahnuté hustoty stlačeného plynu 20-40 g/cm3 a pri inštalácii Gekko-12 bola zaznamenaná hustota stlačeného plášťa 600 g/cm3. Maximálny výťažok neutrónov N = 1014 neutrónov na jeden záblesk.

ZÁVER

Teda celý súbor prijatých experimentálne výsledky a ich analýza naznačuje praktickú realizovateľnosť ďalšej etapy vývoja laserovej termonukleárnej fúzie - dosiahnutie hustôt plynu deutéria-trícia 200-300 g/cm3, stlačenie terča a dosiahnutie citeľných zosilňovacích faktorov k na úrovni energie E = 1 MJ (pozri obr. 4 a ).

V súčasnosti sa intenzívne rozvíja elementová základňa a vznikajú projekty megajoulových laserových inštalácií. Laboratórium Livermore začalo s tvorbou inštalácie z neodýmového skla s energiou E = 1,8 MJ. Náklady na projekt sú 2 miliardy dolárov.Vytvorenie inštalácie podobnej úrovne sa plánuje vo Francúzsku. Touto inštaláciou sa plánuje dosiahnuť energetický zisk Q ~ 100. Treba povedať, že spustenie inštalácií takéhoto rozsahu nielen priblíži možnosť vytvorenia termonukleárneho reaktora na báze laserovej termonukleárnej fúzie, ale poskytne výskumníci s unikátnym fyzikálnym objektom - mikrovýbuchom s uvoľnením energie 107-109 J, silným zdrojom neutrónu, neutrína, röntgenového a g žiarenia. To bude mať nielen veľký všeobecný fyzikálny význam (schopnosť študovať látky v extrémnych stavoch, fyziku spaľovania, stavové rovnice, laserové efekty atď.), ale umožní to riešiť aj špeciálne problémy aplikovaných, vrátane vojenských, prírody.

Pre reaktor založený na laserovej fúzii je však potrebné vytvoriť laser na úrovni megajoulov pracujúci s frekvenciou opakovania niekoľkých hertzov. Množstvo laboratórií študuje možnosti vytvorenia takýchto systémov na báze nových kryštálov. Spustenie pilotného reaktora americký program plánované na rok 2025.

Vedci z Princeton Plasma Physics Laboratory navrhli myšlienku zariadenia na jadrovú fúziu s najdlhšou životnosťou, ktoré môže fungovať viac ako 60 rokov. V súčasnosti je to náročná úloha: vedci sa snažia, aby termonukleárny reaktor fungoval niekoľko minút – a potom roky. Napriek zložitosti je konštrukcia termonukleárneho reaktora jednou z najsľubnejších úloh vedy, ktorá môže priniesť obrovské výhody. Povieme vám, čo potrebujete vedieť o termonukleárnej fúzii.

1. Čo je termonukleárna fúzia?

Nenechajte sa zastrašiť touto ťažkopádnou frázou, je to vlastne celkom jednoduché. Fúzia je typ jadrovej reakcie.

Počas jadrovej reakcie jadro atómu interaguje buď s elementárnou časticou alebo s jadrom iného atómu, vďaka čomu sa mení zloženie a štruktúra jadra. Ťažké atómové jadro sa môže rozpadnúť na dve alebo tri ľahšie - ide o štiepnu reakciu. Existuje aj fúzna reakcia: vtedy sa dve ľahké atómové jadrá spoja do jedného ťažkého.

Na rozdiel od jadrového štiepenia, ku ktorému môže dôjsť buď spontánne alebo vynútene, je jadrová fúzia nemožná bez dodávky vonkajšej energie. Ako viete, protiklady sa priťahujú, ale atómové jadrá sú kladne nabité - takže sa navzájom odpudzujú. Táto situácia sa nazýva Coulombova bariéra. Na prekonanie odpudzovania musia byť tieto častice zrýchlené na šialenú rýchlosť. Dá sa to dosiahnuť pri veľmi vysokých teplotách – rádovo niekoľko miliónov Kelvinov. Práve tieto reakcie sa nazývajú termonukleárne.

2. Prečo potrebujeme termonukleárnu fúziu?

Pri jadrových a termonukleárnych reakciách sa uvoľňuje obrovské množstvo energie, ktorá sa dá využiť na rôzne účely – môžete vytvárať najmocnejšia zbraň, alebo môžete jadrovú energiu premeniť na elektrickú a dodávať ňou celý svet. Energia jadrového rozpadu sa už dlho používa v jadrové elektrárne. Ale termonukleárna energia vyzerá sľubnejšie. Pri termonukleárnej reakcii sa pre každý nukleón (takzvané základné jadrá, protóny a neutróny) uvoľní oveľa viac energie ako pri jadrovej reakcii. Napríklad kedy štiepením jadra uránu na jeden nukleón vzniká 0,9 MeV (megaelektrónvolt), a keďPri fúzii jadier hélia sa z jadier vodíka uvoľňuje energia rovnajúca sa 6 MeV. Vedci sa preto učia vykonávať termonukleárne reakcie.

Výskum termonukleárnej fúzie a výstavba reaktorov umožňujú rozširovať high-tech výrobu, ktorá je užitočná v iných oblastiach vedy a high-tech.

3. Čo sú termonukleárne reakcie?

Termonukleárne reakcie sa delia na samoudržiavacie, neriadené (používané vo vodíkových bombách) a riadené (vhodné na mierové účely).

Vo vnútri hviezd prebiehajú samoudržiavacie reakcie. Na Zemi však neexistujú podmienky na to, aby takéto reakcie prebiehali.

Ľudia už dlho vykonávajú nekontrolovanú alebo výbušnú termonukleárnu fúziu. V roku 1952, počas operácie Ivy Mike, Američania odpálili prvé termonukleárne výbušné zariadenie na svete, ktoré nemalo ako zbraň žiadnu praktickú hodnotu. A v októbri 1961 bola testovaná prvá termonukleárna (vodíková) bomba na svete („Cár Bomba“, „Kuzkova matka“), ktorú vyvinuli sovietski vedci pod vedením Igora Kurčatova. Bolo to najsilnejšie výbušné zariadenie v celej histórii ľudstva: celková energia výbuchu sa podľa rôznych zdrojov pohybovala od 57 do 58,6 megaton TNT. Na odpálenie vodíkovej bomby je potrebné najskôr získať vysokú teplotu pri klasickom jadrovom výbuchu – až potom začnú jadrá atómov reagovať.

Sila výbuchu pri nekontrolovanej jadrovej reakcii je veľmi vysoká a navyše je vysoký podiel rádioaktívnej kontaminácie. Preto, aby bolo možné využívať termonukleárnu energiu na mierové účely, je potrebné naučiť sa ju ovládať.

4. Čo je potrebné na riadenú termonukleárnu reakciu?

Držte plazmu!

Nejasné? Poďme si to teraz vysvetliť.

Po prvé, atómové jadrá. IN jadrová energia Používajú sa izotopy - atómy, ktoré sa navzájom líšia počtom neutrónov a podľa toho aj atómovou hmotnosťou. Izotop vodíka deutérium (D) sa získava z vody. Superťažký vodík alebo trícium (T) je rádioaktívny izotop vodíka, ktorý je vedľajším produktom rozpadových reakcií uskutočňovaných v konvenčných jadrových reaktoroch. Aj pri termonukleárnych reakciách sa používa ľahký izotop vodíka - protium: toto je jediný stabilný prvok, ktorý nemá v jadre neutróny. Hélium-3 sa na Zemi nachádza v zanedbateľnom množstve, no v lunárnej pôde (regolite) je ho veľa: v 80. rokoch NASA vypracovala plán hypotetických inštalácií na spracovanie regolitu a uvoľnenie cenného izotopu. Na našej planéte je však rozšírený iný izotop - bór-11. 80 % bóru na Zemi je izotop potrebný pre jadrových vedcov.

Po druhé, veľmi teplo. Látkou zúčastňujúcou sa termonukleárnej reakcie musí byť takmer úplne ionizovaná plazma – ide o plyn, v ktorom oddelene plávajú voľné elektróny a ióny rôzneho náboja. Na premenu látky na plazmu je potrebná teplota 10 7 – 10 8 K – to sú stovky miliónov stupňov Celzia! Takéto ultra vysoké teploty možno dosiahnuť vytvorením vysokovýkonných elektrických výbojov v plazme.

Zahrejte však len potrebné chemické prvky je zakázané. Akýkoľvek reaktor sa pri takýchto teplotách okamžite vyparí. To si vyžaduje úplne iný prístup. Dnes je možné udržať plazmu v obmedzenom priestore pomocou ultravýkonných elektrických magnetov. Ale zatiaľ nebolo možné plne využiť energiu získanú v dôsledku termonukleárnej reakcie: aj pod vplyvom magnetického poľa sa plazma šíri vo vesmíre.

5. Ktoré reakcie sú najsľubnejšie?

Hlavné jadrové reakcie, ktoré sa plánujú využiť na riadenú fúziu, budú využívať deutérium (2H) a trícium (3H) a z dlhodobého hľadiska hélium-3 (3He) a bór-11 (11B).

Takto vyzerajú najzaujímavejšie reakcie.

1) 2 D+ 3 T -> 4 He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV) - reakcia deutérium-trícium.

2) 2 D+ 2 D -> 3 T (1,01 MeV) + p (3,02 MeV) 50 %

2 D+ 2 D -> 3 He (0,82 MeV) + n (2,45 MeV) 50 % - ide o takzvaný deutérium monopropellant.

Reakcie 1 a 2 sú plné neutrónovej rádioaktívnej kontaminácie. Preto sú „bezneutrónové“ reakcie najsľubnejšie.

3) 2 D+ 3 He -> 4 He (3,6 MeV) + p (14,7 MeV) - deutérium reaguje s héliom-3. Problém je v tom, že hélium-3 je extrémne zriedkavé. Výťažok bez neutrónov však robí túto reakciu sľubnou.

4) p+ 11 B -> 3 4 He + 8,7 MeV - bór-11 reaguje s protiom, výsledkom čoho sú alfa častice, ktoré môžu byť absorbované hliníkovou fóliou.

6. Kde vykonať takúto reakciu?

Prírodný termonukleárny reaktor je hviezda. V ňom je plazma držaná pod vplyvom gravitácie a žiarenie je absorbované - teda jadro sa neochladzuje.

Na Zemi je možné termonukleárne reakcie vykonávať iba v špeciálnych zariadeniach.

Pulzné systémy. V takýchto systémoch sa deutérium a trícium ožarujú ultravýkonnými laserovými lúčmi alebo elektrónovými/iónovými lúčmi. Takéto ožarovanie spôsobuje sled termonukleárnych mikrovýbuchov. Takéto systémy sú však nerentabilné na použitie v priemyselnom meradle: na urýchľovanie atómov sa vynakladá oveľa viac energie, ako sa získava v dôsledku fúzie, pretože nie všetky zrýchlené atómy reagujú. Preto mnohé krajiny budujú kvázistacionárne systémy.

Kvázistacionárne systémy. V takýchto reaktoroch je plazma zadržiavaná magnetickým poľom pri nízkom tlaku a vysokej teplote. Existujú tri typy reaktorov založených na rôznych konfiguráciách magnetického poľa. Ide o tokamaky, stelarátory (torsatrony) a zrkadlové pasce.

Tokamak znamená "toroidná komora s magnetickými cievkami". Toto je komora v tvare „šišky“ (torus), na ktorej sú navinuté cievky. Hlavnou črtou tokamaku je použitie striedavého elektrického prúdu, ktorý preteká plazmou, ohrieva ju a vytvára okolo seba magnetické pole a drží ju.

IN stelarátor (torsatron) magnetické pole je úplne obsiahnuté magnetickými cievkami a na rozdiel od tokamaku môže byť prevádzkované nepretržite.

V z zrkadlové (otvorené) pasce Využíva sa princíp odrazu. Komora je na oboch stranách uzavretá magnetickými „zátkami“, ktoré odrážajú plazmu a držia ju v reaktore.

O prvenstvo dlho bojovali zrkadlové pasce a tokamaky. Spočiatku sa koncept pasce zdal jednoduchší a teda lacnejší. Začiatkom 60. rokov boli otvorené pasce hojne financované, ale nestabilita plazmy a neúspešné pokusy zadržať ju magnetickým poľom prinútili tieto inštalácie skomplikovať - ​​zdanlivo jednoduché konštrukcie sa zmenili na pekelné stroje a nebolo možné dosiahnuť stabilný výsledok. Preto sa v 80. rokoch dostali do popredia tokamaky. V roku 1984 bol vypustený európsky tokamak JET, ktorý stál len 180 miliónov dolárov a ktorého parametre umožňovali termonukleárnu reakciu. V ZSSR a Francúzsku boli navrhnuté supravodivé tokamaky, ktoré nevynakladali takmer žiadnu energiu na činnosť magnetického systému.

7. Kto sa teraz učí vykonávať termonukleárne reakcie?

Mnohé krajiny budujú svoje vlastné termonukleárne reaktory. Kazachstan, Čína, USA a Japonsko majú vlastné experimentálne reaktory. Kurčatov inštitút pracuje na reaktore IGNITOR. Nemecko spustilo fúzny stelarátorový reaktor Wendelstein 7-X.

Najznámejší je medzinárodný projekt tokamaku ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) vo výskumnom centre Cadarache (Francúzsko). Jeho výstavba mala byť dokončená v roku 2016, no množstvo potrebnej finančnej podpory sa zvýšilo a načasovanie experimentov sa posunulo na rok 2025. Na činnostiach ITER sa zúčastňujú Európska únia, USA, Čína, India, Japonsko atď. Južná Kórea a Rusko. EÚ hrá hlavný podiel na financovaní (45 %), zatiaľ čo zvyšní účastníci dodávajú špičkové technologické zariadenia. Rusko vyrába najmä supravodivé materiály a káble, rádiové trubice na ohrev plazmy (gyrotróny) a poistky pre supravodivé cievky, ako aj komponenty pre najzložitejšiu časť reaktora – prvú stenu, ktorá musí odolávať elektromagnetickým silám, neutrónovému žiareniu a plazmové žiarenie.

8. Prečo stále nepoužívame fúzne reaktory?

Moderné zariadenia tokamaku nie sú termonukleárne reaktory, ale výskumné zariadenia, v ktorých je existencia a uchovanie plazmy možná len na chvíľu. Faktom je, že vedci sa ešte nenaučili, ako udržať plazmu v reaktore na dlhú dobu.

V súčasnosti je jedným z najväčších úspechov v oblasti jadrovej fúzie úspech nemeckých vedcov, ktorí dokázali zahriať plynný vodík na 80 miliónov stupňov Celzia a udržať oblak vodíkovej plazmy na štvrť sekundy. A v Číne sa vodíková plazma zahriala na 49,999 milióna stupňov a udržala sa 102 sekúnd. Ruským vedcom z Inštitútu jadrovej fyziky G. I. Budkera v Novosibirsku sa podarilo dosiahnuť stabilný ohrev plazmy na desať miliónov stupňov Celzia. Američania však nedávno navrhli spôsob, ako udržať plazmu na 60 rokov – a to je povzbudzujúce.

Okrem toho sa diskutuje o ziskovosti jadrovej syntézy v priemysle. Nie je známe, či prínosy výroby elektriny pokryjú náklady jadrovej fúzie. Navrhuje sa experimentovať s reakciami (napríklad opustiť tradičnú reakciu deutéria a trícia alebo monopropelant v prospech iných reakcií), konštrukčnými materiálmi - alebo dokonca opustiť myšlienku priemyselnej termonukleárnej fúzie a použiť ju iba na jednotlivé reakcie pri štiepení. reakcie. Vedci však stále pokračujú v experimentoch.

9. Sú fúzne reaktory bezpečné?

Pomerne. Trícium, ktoré sa používa pri fúznych reakciách, je rádioaktívne. Okrem toho neuróny uvoľnené v dôsledku syntézy ožarujú štruktúru reaktora. Samotné prvky reaktora sú pokryté rádioaktívnym prachom v dôsledku vystavenia plazme.

Fúzny reaktor je však z hľadiska žiarenia oveľa bezpečnejší ako jadrový. V reaktore je relatívne málo rádioaktívnych látok. Konštrukcia samotného reaktora navyše predpokladá, že neexistujú žiadne „diery“, cez ktoré môže unikať žiarenie. Vákuová komora reaktora musí byť utesnená, inak reaktor jednoducho nebude môcť fungovať. Pri výstavbe termonukleárnych reaktorov sa používajú materiály testované jadrovou energiou a v priestoroch sa udržiava znížený tlak.