Cтраница 2
Получение высоких температур и удержание нагретой до миллиарда градусов плазмы представляет собой труднейшую научно-техническую задачу на пути осуществления управляемого термоядерного синтеза. Тем не менее, осуществление управляемой реакции синтеза очень заманчиво благодаря экологической чистоте процессов и практически неисчерпаемым запасам термоядерного топлива. [16]
Наиболее простой метод инициирования малого тер-моядерного взрыва - быстрый ( за стомиллионные доли секунды) нагрев поверхностного слоя маленькой таблетки до температуры в миллион градусов за счет торможе-ния мощного пучка ускоренных электронов. Возникаю щее колоссальное давление ускоряет вещество поверхно стного слоя, которое, в свою очередь, сжимает и нагрева ет термоядерное топливо. [17]
Реакторы деления потребляют и производят расщепляющиеся материалы, а предприятия топливного цикла позволяют получать их в чистом виде, пригодном для изготовления ядерного оружия. Поэтому высказываются опасения, что атомная энергетика деления будет способствовать распространению ядерного оружия, тогда как создание его на основе только термоядерного топлива - задача несравненно более сложная. [18]
Практическое использование энергии реакции синтеза ядер возможно только при осуществлении управляемой самоподдерживающейся цепной реакции синтеза. Для этого надо решить по крайней мере две задачи - создать условия, необходимые для начала ( первая задача) и самоподдержания ( вторая задача) цепной реакции синтеза, называемой также термоядерной реакцией или горением термоядерного топлива. [19]
Многие переходные металлы используются в качестве конструкционных материалов для ядерных реакторов. Поглотители нейтронов - гадолиний, бор, кадмий необходимы для регулирования реакции деления ядер, натрий, калий, висмут, свинец, ртуть, гелий, углекислота, воздух, вода - для отвода тепла реакции, литий - источник термоядерного топлива, а фтор нужен для разделения изотопов урана. [20]
Простейшим примером реакций синтеза является слияние ядер дейтерия с образованием гелия или трития. При синтезе легких ядер в более тяжелые ядра выделяется энергии во много раз больше, чем при делении тяжелых ядер. При сжигании 1 кг термоядерного топлива выделяется энергии в миллионы раз больше, чем при сжигании того же количества угля. [21]
Поэтому дейтерий-тритиевая реакция, по всей вероятности, будет первой из освоенных человечеством для управляемого термоядерного синтеза, и по меньшей мере первый этап термоядерной энергетики будет связан преимущественно с использованием этого типа реакций. В дальнейшем будут освоены также дейтерий-дейтериевые реакции ( XV. Освоение этих реакций позволит практически на три порядка увеличить используемые запасы термоядерного топлива. [22]
Реакции D - D ( первые две из четырех рассматриваемых) возможны в дейтерии примерно с одинаковыми ( и значительно меньшими, чем две другие реакции) вероятностями. В реальных условиях в дейтерии будут идти также реакции D - Т и D - 3Не, поскольку Т и 3Не образуются в D - D-реакциях. Однако несомненное достоинство D - D-реакций в том, что для их реализации необходим только дейтерий - термоядерное топливо, запасы которого в природе практически неограничены. На это указывают обычно в первую очередь при рассмотрении перспектив и достоинств термоядерной энергетики. Другое достоинство также очевидно - ни в одной из реакций синтеза не образуются долгоживущие радиоактивные нуклиды. Правда, в двух из них присутствует тритий. Эта особенность является наиболее потенциально опасной для окружающей среды в связи со значительным эффектом биологического воздействия радиоактивного трития. [23]
Трудности, связанные с магн, удержанием плазмы, можно, в принципе, обойти, если сжигать термоядерное горючее за чрезвычайно малые времена, когда нагретое вещество не успевает разлететься из зоны реакции. УТС при таком способе сжигания может быть достигнута лишь при очень высокой плотности рабочего вещества. Чтобы избежать ситуации термоядерного взрыва большой мощности, нужно использовать очень малые порции горючего: исходное термоядерное топливо должно иметь вид небольших крупинок ( диам. Решение этой проблемы возлагается на применение лазерного излучения ( см. Лазерный термоядерный синтез) или интенсивных сфокусированных пучков быстрых заряж. [24]
Каковы же потенциальные запасы природного дейтерия, о которых только что было сказано как о практически неистощимых. Мировой океан содержит более 1018 т воды, / э весовая часть которой приходится на атомы водорода. Мировом океане находится около 2 - 1013 т дейтерия. На основании этих оценок можно заключить, что запаса дейтерия в Мировом океане хватило бы нам на несколько миллиардов лет, а к тому времени уже должны истощиться запасы солнечного термоядерного топлива. Во всяком случае очевидно, что нам не следует беспокоиться об истощении природных запасов дейтерия. [25]
На рис. 84 схематически показан разрез активной зоны будущего термоядерного реактора. Плазма находится в магнитном поле в вакууме, благодаря чему она изолирована от первой стенки. Эта стенка окружена охладителем ( например, жидким гелием) - также частично выполняющим роль замедлителя. Помимо охлаждения стенки, замедляющий слой выполняет и другие функции. Он захватывает быстрые нейтроны, возникающие при термоядерной реакции в плазме, и превращает их кинетическую энергию в тепло, которое затем используется в устройствах ( турбогенераторах), преобразующих тепловую энергию в электрическую. Кроме того, в замедлителе в результате реакции нейтронов с литием образуется тритий - тем самым пополняется термоядерное топливо. Замедлитель также служит для экранирования обмотки магнита от нейтронов. [26]