Новости
  • Тренировка у Guillaume Lorentz, Париж, Франция

    Тренировка у Guillaume Lorentz, Париж, Франция

    Наша ученица Настя Цехмейструк, отдохнув в Париже, совместила приятное с еще более... 
    Читать полностью

  • Adrenaline фестиваль, Киев

    Adrenaline фестиваль, Киев

    6 октября в Киеве прошел фестиваль Adrenaline, который представлял собой отборочный тур... 
    Читать полностью

  • Melpo Melz

    Melpo Melz

    Шведская танцовщица и исполнительница дансхолла  Читать полностью →

Термоядерні реактори, як вони працюють і чи є у них майбутнє

  1. Від поділу до синтезу
  2. критерій Лоусона
  3. Z-пінч
  4. Пробкотрон, стелларатор, токамак
  5. В руках інерції
  6. магнітні перспективи
  7. вибір реакції
  8. інерціальні надії
  9. проблеми токамаков
  10. Вперед, до зірок!
  11. електростатичне утримання
  12. термоядерна майбутнє

Друга половина XX століття була періодом бурхливого розвитку ядерної фізики. Стало ясно, що ядерні реакції можна використовувати для отримання величезної енергії з мізерної кількості палива. Від вибуху першої ядерної бомби до першої АЕС минуло лише дев'ять років, і коли в 1952 році була випробувана воднева бомба, з'явилися прогнози, що вже в 1960-х стануть до ладу термоядерні електростанції. На жаль, ці надії не виправдалися.

Основне джерело енергії для людства в даний час - спалювання вугілля, нафти і газу. Але їх запаси обмежені, а продукти згоряння забруднюють навколишнє середовище. Вугільна електростанція дає більше радіоактивних викидів, ніж АЕС такої ж потужності! Так чому ж ми до цих пір не перейшли на ядерні джерела енергії? Причин тому багато, але головною з них останнім часом стала радіофобія. Незважаючи на те що вугільна електростанція навіть при штатній роботі шкодить здоров'ю куди більшого числа людей, ніж аварійні викиди на АЕС, вона робить це тихо і непомітно для публіки. Аварії ж на АЕС відразу стають головними новинами в ЗМІ, викликаючи загальну паніку (часто абсолютно необгрунтовану). Втім, це зовсім не означає, що ядерна енергетика немає об'єктивних проблем. Чимало клопоту завдають радіоактивні відходи: технології роботи з ними все ще вкрай дороги, і до ідеальної ситуації, коли всі вони будуть повністю перероблятися і використовуватися, ще далеко.

З усіх термоядерних реакцій в найближчій перспективі цікаві лише чотири: дейтерій + дейтерій (продукти - тритій і протон, що виділяється енергія 4,0 МеВ), дейтерій + дейтерій (гелій-3 і нейтрон, 3,3 МеВ), дейтерій + тритій (гелій -4 і нейтрон, 17,6 МеВ) і дейтерій + гелій-3 (гелій-4 і протон, 18,2 МеВ) З усіх термоядерних реакцій в найближчій перспективі цікаві лише чотири: дейтерій + дейтерій (продукти - тритій і протон, що виділяється енергія 4,0 МеВ), дейтерій + дейтерій (гелій-3 і нейтрон, 3,3 МеВ), дейтерій + тритій (гелій -4 і нейтрон, 17,6 МеВ) і дейтерій + гелій-3 (гелій-4 і протон, 18,2 МеВ). Перша і друга реакції йдуть паралельно з однаковою ймовірністю. Утворені тритій і гелій-3 «згорають» в третій і четвертій реакціях.

Від поділу до синтезу

Потенційно вирішити ці проблеми дозволяє перехід від реакторів ділення до реакторів синтезу. Якщо типовий реактор поділу містить десятки тонн радіоактивного палива, яке перетворюється в десятки тонн радіоактивних відходів, що містять найрізноманітніші радіоактивні ізотопи, то реактор синтезу використовує лише сотні грамів, максимум кілограми, одного радіоактивного ізотопу водню - тритію. Крім того, що для реакції потрібно незначна кількість цього найменш небезпечного радіоактивного ізотопу, його виробництво до того ж планується здійснювати безпосередньо на електростанції, щоб мінімізувати ризики, пов'язані з транспортуванням. Продуктами синтезу є стабільні (не радіоактивні) і нетоксичні водень і гелій. Крім того, на відміну від реакції поділу, термоядерна реакція при руйнуванні установки моментально припиняється, не створюючи небезпеки теплового вибуху. Так чому ж досі не побудовано жодної діючої термоядерної електростанції? Причина в тому, що з перерахованих переваг неминуче випливають недоліки: створити умови синтезу виявилося куди складніше, ніж передбачалося на початку.

критерій Лоусона

критерій Лоусона

Щоб термоядерна реакція була енергетично вигідною, потрібно забезпечити достатньо високу температуру термоядерного палива, досить високу його щільність і досить малі втрати енергії. Останні чисельно характеризуються так званим «часом утримання», яке дорівнює відношенню запасеної в плазмі теплової енергії до потужності втрат енергії (багато хто помилково вважає, що «час утримання» - це час, протягом якого в установці підтримується гаряча плазма, але це не так) . При температурі суміші дейтерію і тритію, що дорівнює 10 кеВ (приблизно 110 000 000 градусів), нам потрібно отримати твір числа частинок палива в 1 см3 (тобто концентрації плазми) на час утримання (в секундах) не менше 1014. При цьому неважливо , чи буде у нас плазма з концентрацією 1014 см-3 і часом утримання 1 с, або плазма з концентрацією 1023 і час утримання 1 нс. Це критерій називається «критерієм Лоусона».
Крім критерію Лоусона, що відповідає за отримання енергетично вигідною реакції, існує ще критерій запалювання плазми, який для дейтерій-тритиевой реакції приблизно втричі більше критерію Лоусона. «Запалювання» означає, що тієї частки термоядерної енергії, що залишається в плазмі, буде вистачати для підтримки необхідної температури, і додатковий нагрів плазми більше не буде потрібно.

Z-пінч

Першим пристроєм, в якому планувалося отримати керовану термоядерну реакцію, став так званий Z-пінч. Ця установка в найпростішому випадку складається всього з двох електродів, що знаходяться середовищі дейтерію (водню-2) або суміші дейтерію і тритію, і батареї високовольтних імпульсних конденсаторів. На перший погляд здається, що вона дозволяє отримати стислу плазму, розігріту до величезної температури: саме те, що потрібно для термоядерної реакції! Однак в житті все виявилося, на жаль, далеко не так райдужно. Плазмовий джгут виявився нестійким: найменший його вигин призводить до посилення магнітного поля з одного боку і ослаблення з іншого, виникають сили ще більше збільшують вигин джгута - і вся плазма «вивалюється» на бічну стінку камери. Палять нестійкий не тільки до вигину, найменше його утоньшение призводить до посилення в цій частині магнітного поля, яке ще сильніше стискає плазму, видавлюючи її в решту обсягу джгута, поки джгут не буде остаточно «передавлений». Передавленной частина має більший електричний опір, так що струм обривається, магнітне поле зникає, і вся плазма розсіюється.

Принцип роботи Z-пинча простий: електричний струм породжує кільцеве магнітне поле, яке взаємодіє з цим же струмом і стискає його Принцип роботи Z-пинча простий: електричний струм породжує кільцеве магнітне поле, яке взаємодіє з цим же струмом і стискає його. В результаті щільність і температура плазми, через яку тече струм, зростають.

Стабілізувати плазмовий джгут вдалося, наклавши на нього потужне зовнішнє магнітне поле, паралельне току, і помістивши в товстий проводить кожух (при переміщенні плазми переміщається і магнітне поле, що індукує в кожусі електричний струм, який прагне повернути плазму на місце). Плазма перестала згинатися і пережимає, але до термоядерної реакції в скільки-небудь серйозних масштабах все одно було далеко: плазма стосується електродів і віддає їм своє тепло.

Сучасні роботи в області синтезу на Z-пінч припускають ще один принцип створення термоядерної плазми: струм протікає через трубку з плазми вольфраму, яка створює потужне рентгенівське випромінювання, що стискає і розігріває капсулу з термоядерним пальним, що знаходиться всередині плазмової трубки, подібно до того, як це відбувається в термоядерної бомби. Однак ці роботи мають суто дослідницький характер (вивчаються механізми роботи ядерної зброї), а виділення енергії в цьому процесі все ще в мільйони разів менше, ніж споживання.

Чим менше відношення великого радіусу тора токамака (відстані від центру всього тора до центру поперечного перерізу його труби) до малого (радіусу перетину труби), тим більше може бути тиск плазми при тому ж магнітному полі Чим менше відношення великого радіусу тора токамака (відстані від центру всього тора до центру поперечного перерізу його труби) до малого (радіусу перетину труби), тим більше може бути тиск плазми при тому ж магнітному полі. Зменшуючи це відношення, вчені перейшли від круглого перетину плазми і вакуумної камери до D-образному (в цьому випадку роль малого радіусу виконує половина висоти перетину). У всіх сучасних токамаков форма перетину саме така. Граничним випадком став так званий «сферичний токамак». У таких токамаках вакуумна камера і плазма мають майже сферичну форму, за винятком вузького каналу, що з'єднує полюси сфери. У каналі проходять провідники магнітних котушок. Перший сферичний токамак, START, з'явився лише в 1991-му році, так що це досить молодий напрямок, але воно вже показало можливість отримати той же тиск плазми при втричі меншій магнітному полі.

Пробкотрон, стелларатор, токамак

Інший варіант створення необхідних для реакції умов - так звані відкриті магнітні пастки. Найвідоміша з них - «пробкотрон»: труба з поздовжнім магнітним полем, яке посилюється на її кінцях і слабшає в середині. Збільшене на кінцях поле створює «магнітну пробку» (звідки російська назва), або «магнітне дзеркало» (англійське - mirror machine), яке утримує плазму від виходу за межі установки через торці. Однак таке утримання неповне, частина заряджених частинок, що рухаються по певних траєкторіях, виявляється здатної пройти через ці пробки. А в результаті зіткнень кожна частка рано чи пізно потрапить на таку траєкторію. Крім того, плазма в пробкотрон виявилася ще й нестійкою: якщо в якомусь місці невелику ділянку плазми віддаляється від осі установки, виникають сили, що викидають плазму на стінку камери. Хоча базова ідея пробкотрон була значно вдосконалена (що дозволило зменшити як нестійкість плазми, так і проникність пробок), до параметрів, необхідних для енергетично вигідного синтезу, на практиці навіть наблизитися не вдалося.

Чи можна зробити так, щоб плазма не йшла через «пробки»? Здавалося б, очевидне рішення - згорнути плазму в кільце. Однак тоді магнітне поле всередині кільця виходить сильніше, ніж зовні, і плазма знову прагне піти на стінку камери. Вихід з цієї непростої ситуації теж здавався досить очевидним: замість кільця зробити «вісімку», тоді на одній ділянці частка буде віддалятися від осі установки, а на іншому - повертатися назад. Саме так вчені прийшли до ідеї першого стелараторі. Але таку «вісімку» не можна зробити в одній площині, так що довелося використовувати третій вимір, згинаючи магнітне поле в другому напрямку, що теж призвело до поступового відходу частинок від осі до стінки камери.

Ситуація різко змінилася зі створенням установок типу «токамак». Результати, отримані на токамаке Т-3 у другій половині 1960-х років, були настільки приголомшливими для того часу, що західні вчені приїжджали в СРСР зі своїм вимірювальним обладнанням, щоб переконатися в параметрах плазми самостійно. Реальність навіть перевершила їх очікування.

Ці фантастично переплетені труби не арт-проект, а камера стелараторі, вигнута у вигляді складної тривимірної кривої Ці фантастично переплетені труби не арт-проект, а камера стелараторі, вигнута у вигляді складної тривимірної кривої.

В руках інерції

Крім магнітного утримання існує і принципово інший підхід до термоядерного синтезу - инерциальное утримання. Якщо в першому випадку ми намагаємося довгий час утримувати плазму дуже низькій концентрації (концентрація молекул в повітрі навколо вас в сотні тисяч разів більше), то в другому - стискаємо плазму до величезної щільності, на порядок більша за густину найважчих металів, в розрахунку, що реакція встигне пройти за той короткий час, поки плазма не встигла розлетітися в сторони.

Спочатку, в 1960-х роках, планувалося використовувати маленький кульку із замороженого термоядерного палива, рівномірно опромінюється з усіх боків безліччю лазерних променів. Поверхня кульки повинна була моментально випаруватися і, рівномірно розширюючись на всі боки, стиснути і нагріти решту палива. Однак на практиці опромінення виявилося недостатньо рівномірним. Крім того, частина енергії випромінювання передавалася у внутрішні шари, викликаючи їх нагрівання, що ускладнювало стиснення. В результаті кулька стискувався нерівномірно і слабо.

Є ряд сучасних конфігурацій стелараторів, і всі вони близькі до тору Є ряд сучасних конфігурацій стелараторів, і всі вони близькі до тору. Одна з найбільш поширених конфігурацій передбачає використання котушок, аналогічних котушок полоідальним поля токамаков, і чотирьох-шести скручених гвинтом навколо вакуумної камери провідників з різноспрямованим струмом. Створюване при цьому складне магнітне поле дозволяє надійно утримувати плазму, не вимагаючи протікання через неї кільцевого електричного струму. Крім того, в стелараторах можуть бути використані і котушки тороїдального поля, як у токамаков. А гвинтові провідники можуть бути відсутніми, але тоді котушки «тороїдального» поля встановлюються уздовж складної тривимірної кривої. Останні розробки в області стелараторів припускають використання магнітних котушок і вакуумної камери дуже складної форми (сильно «пом'ятий» тор), прорахованою на комп'ютері.

Проблему нерівномірності вдалося вирішити, істотно змінивши конструкцію мішені. Тепер кулька розміщується всередині спеціальної невеликою металевою камери (вона називається «хольраум», від нього. Hohlraum - порожнина) з отворами, через які всередину потрапляють лазерні промені. Крім того, використовуються кристали, що конвертують лазерне випромінювання інфрачервоного діапазону в ультрафіолетове. Це УФ-випромінювання поглинається тонким шаром матеріалу хольраума, який при цьому нагрівається до величезної температури і випромінює в області м'якого рентгена. У свою чергу, рентгенівське випромінювання поглинається тонким шаром на поверхні паливної капсули (кульки з паливом). Це ж дозволило вирішити і проблему передчасного нагрівання внутрішніх верств.

Однак потужність лазерів виявилася недостатньою для того, щоб в реакцію встигла вступити помітна частина палива. Крім того, ефективність лазерів була дуже мала, лише близько 1%. Щоб синтез був енергетично вигідним при такому низькому ККД лазерів, повинно було прореагувати практично всі стислий паливо. При спробах замінити лазери на пучки легких або важких іонів, які можна генерувати з куди більшим ККД, вчені також зіткнулися з масою проблем: легкі іони відштовхуються одна від одної, що заважає їх фокусуванні, і гальмуються при зіткненнях із залишковим газом в камері, а прискорювачів важких іонів з потрібними параметрами створити не вдалося.

магнітні перспективи

Більшість надій в області термоядерної енергетики зараз пов'язано з токамака. Особливо після відкриття у них режиму з поліпшеним утриманням. Токамак є одночасно і згорнутим в кільце Z-Пінчем (по плазмі протікає кільцевої електричний струм, що створює магнітне поле, необхідне для її утримання), і послідовністю пробкотрон, зібраних в кільце і створюють «гофровану» тороїдальне магнітне поле. Крім того, на тороїдальне поле котушок і поле плазмового струму накладається перпендикулярно площині тора поле, створюване декількома окремими котушками. Це додаткове поле, зване полоідальним, підсилює магнітне поле плазмового струму (також полоідальним) з зовнішньої сторони тора і послаблює його з внутрішньої сторони. Таким чином сумарна магнітне поле з усіх боків від плазмового джгута виявляється однаковим, і його положення залишається стабільним. Змінюючи це додаткове поле, можна в певних межах переміщати плазмовий джгут всередині вакуумної камери.

Принципово інший підхід до синтезу пропонує концепція мюонного каталізу Принципово інший підхід до синтезу пропонує концепція мюонного каталізу. Мюон - це нестабільна елементарна частинка, що має такий же заряд, як і електрон, але в 207 разів більшу масу. Мюон може заміщати електрон в атомі водню, при цьому розмір атома зменшується в 207 разів. Це дозволяє одному ядру водню наближатися до іншого, не витрачаючи на це енергію. Але на отримання одного мюона витрачається близько 10 ГеВ енергії, що означає необхідність зробити декількох тисяч реакцій синтезу на один мюон для отримання енергетичної вигідні. Через можливість «прилипання» мюона до образующемуся в реакції гелію поки не вдалося досягти більш декількох сотень реакцій. На фото - збірка стелараторі Wendelstein zx інституту фізики плазми Макса Планка.

Важливою проблемою токамаков довгий час була необхідність створювати в плазмі кільцевої струм. Для цього через центральний отвір тора токамака пропускали муздрамтеатр, магнітний потік в якому безперервно змінювали. Зміна магнітного потоку породжує вихрове електричне поле, яке іонізує газ у вакуумній камері і підтримує струм в вийшла плазмі. Однак струм в плазмі повинен підтримуватися безперервно, а це означає, що магнітний потік повинен безперервно змінюватися в одному напрямку. Це, зрозуміло, неможливо, так що струм в токамаках вдавалося підтримувати лише обмежений час (від часток секунди до декількох секунд). На щастя, був виявлений так званий бутстреп-ток, який виникає в плазмі без зовнішнього вихрового поля. Крім того, були розроблені методи нагрівання плазми, одночасно викликають в ній необхідний кільцевої струм. Спільно це дало потенційну можливість як завгодно тривалої підтримки гарячої плазми. На практиці рекорд на даний момент належить токамака Tore Supra, де плазма безперервно «горіла» більше шести хвилин.

Другий тип установок Утримання плазми, з Яким пов'язані Великі надії, - це стелараторі. За Минулі десятиліття конструкція стелараторів кардинально змінілася. Від первісної «вісімкі» почти Нічого НЕ залиша, и ЦІ установки стали набагато Ближче до токамака. Хоча поки годину Утримання у стелараторів менше, чем у токамаков (через Менш ефективна H-моди), а собівартість їх споруди вищє, поведінка плазми в них більш Спокійне, что означає більш високий ресурс Першої внутрішньої стінкі вакуумної камери. Для комерційного освоєння термоядерного синтезу цей фактор представляє дуже велике значення.

вибір реакції

вибір реакції

На перший погляд, в якості термоядерного палива найлогічніше використовувати чистий дейтерій: він коштує відносно дешево і безпечний. Однак дейтерій з дейтерієм реагує в сотню разів менш охоче, ніж з тритієм. Це означає, що для роботи реактора на суміші дейтерію і тритію досить температури 10 кеВ, а для роботи на чистому дейтерії потрібна температура понад 50 кеВ. А чим вище температура - тим вище втрати енергії. Тому як мінімум перший час термоядерну енергетику планується будувати на дейтерій-тритієвого паливі. Тритій при цьому буде напрацьовуватиметься в самому реакторі за рахунок опромінення утворюються в ньому швидкими нейтронами літію.
«Неправильні» нейтрони. У культовому фільмі «9 днів одного року» головний герой, працюючи на термоядерної установці, отримав серйозну дозу нейтронного опромінення. Однак пізніше виявилося, що нейтрони ці народжені не в результаті реакції синтезу. Це не вигадка режисера, а реальний ефект, що спостерігається в Z-пінч. У момент обриву електричного струму індуктивність плазми призводить до генерації величезної напруги - мільйони вольт. Окремі іони водню, прискорилися в цьому полі, здатні буквально вибивати нейтрони з електродів. Спочатку це явище дійсно було прийнято за вірна ознака протікання термоядерної реакції, але подальший аналіз спектра енергій нейтронів показав, що вони мають інше походження.
Режим з поліпшеним утриманням. H-мода токамака - це такий режим його роботи, коли при великій потужності додаткового нагріву втрати плазмою енергії різко зменшуються. Випадкове відкриття в 1982 році режиму з поліпшеним утриманням за своєю значущістю не поступається винаходу самого токамака. Загальноприйнятої теорії цього явища поки що не існує, але це анітрохи не заважає використовувати його на практиці. Всі сучасні токамаки працюють в цьому режимі, так як він зменшує втрати більш ніж в два рази. Згодом подібний режим був виявлений і на стелараторах, що вказує на те, що це загальна властивість тороїдальних систем, однак на них утримання поліпшується лише приблизно на 30%.
Нагрівання плазми. Існує три основні методи нагрівання плазми до термоядерних температур. Омічний нагрів - це нагрівання плазми за рахунок протікання через неї електричного струму. Цей метод найбільш ефективний на перших етапах, так як з ростом температури у плазми знижується електричний опір. Електромагнітний нагрів використовує електромагнітні хвилі з частотою, що збігається з частотою обертання навколо магнітних силових ліній електронів або іонів. При інжекції швидких нейтральних атомів створюється потік негативних іонів, які потім нейтралізуються, перетворюючись в нейтральні атоми, здатні проходити через магнітне поле в центр плазми, щоб передати свою енергію саме там.
А реактори чи це? Тритій радіоактивний, а потужне нейтронне опромінення від DT реакції створює наведену радіоактивність в елементах конструкції реактора. Доводиться використовувати роботів, що ускладнює роботу. У той же час поведінка плазми звичайного водню або дейтерію дуже близька до поведінки плазми з суміші дейтерію і тритію. Це призвело до того, що за всю історію лише дві термоядерні установки повноцінно працювали на суміші дейтерію і тритію: токамаки TFTR і JET. На інших установках навіть дейтерій використовується далеко не завжди. Так що назва «термоядерна» у визначенні установки зовсім не означає, що в ній колись реально відбувалися термоядерні реакції (а в тих, де відбуваються, майже завжди використовують чистий дейтерій).
Гібридний реактор. DT реакція породжує 14 МеВ нейтрони, які можуть ділити навіть збіднений уран. Розподіл одного ядра урану супроводжується виділенням приблизно 200 МеВ енергії, що в десять з гаком разів перевершує енергію, що виділяється при синтезі. Так що вже існуючі токамаки могли б стати енергетично вигідними, якби їх оточили уранової оболонкою. Перед реакторами ділення такі гібридні реактори мали б перевагу в неможливості розвитку в них некерованої ланцюгової реакції. Крім того, вкрай інтенсивні потоки нейтронів повинні переробляти довгоживучі продукти розподілу урану в короткоживучі, що істотно знижує проблему захоронення відходів.

інерціальні надії

Інерційних синтез теж не стоїть на місці. За десятки років розвитку лазерної техніки з'явилися перспективи підвищити ККД лазерів приблизно в десять разів. А їх потужність на практиці вдалося підвищити в сотні і тисячі разів. Ведуться роботи і над прискорювачами важких іонів з параметрами, придатними для термоядерного застосування. Крім того, найважливішим фактором прогресу в області инерциального синтезу стала концепція «швидкого підпалу». Вона передбачає використання двох імпульсів: один стискає термоядерна паливо, а інший розігріває його невелику частину. Передбачається, що почалася в невеликої частини палива реакція згодом пошириться далі і охопить всі паливо. Такий підхід дозволяє істотно знизити витрати енергії, а значить, зробити реакцію вигідною при меншій частці прореагировавшего палива.

проблеми токамаков

Незважаючи на прогрес установок інших типів, токамаки на даний момент все одно залишаються поза конкуренцією: якщо на двох токамаках (TFTR і JET) ще в 1990-х реально було отримано виділення термоядерної енергії, приблизно рівне витрат енергії на нагрів плазми (нехай такий режим і тривав лише близько секунди), то на установках інших типів нічого подібного добитися не вдалося. Навіть просте збільшення розмірів токамаков призведе до здійсненності в них енергетично вигідного синтезу. Зараз у Франції будується міжнародний реактор ITER, який повинен буде продемонструвати це на практиці.

Однак проблем вистачає і у токамаков. ITER коштує мільярди доларів, що є неприйнятним для майбутніх комерційних реакторів. Жоден реактор не працював безперервно протягом навіть декількох годин, не кажучи вже про тижні й місяці, що знову ж таки необхідно для промислового застосування. Поки немає впевненості, що матеріали внутрішньої стінки вакуумної камери зможуть витримати тривалий вплив плазми.

Зробити проект менш витратним зможе концепція токамака з сильним полем. За рахунок збільшення поля в два-три рази планується отримати потрібні параметри плазми у відносно невеликій установці. На такій концепції, зокрема, заснований реактор Ignitor, який спільно з італійськими колегами зараз починають будувати в підмосковному ТРИНИТИ (Троїцький інститут інноваційних і термоядерних досліджень). Якщо розрахунки інженерів виправдаються, то при багаторазово меншою в порівнянні з ITER ціною в цьому реакторі вдасться отримати запалювання плазми.

Вперед, до зірок!

Продукти термоядерної реакції розлітаються в різні боки зі швидкостями, що становлять тисячі кілометрів в секунду. Це робить можливим створення надефективних ракетних двигунів. Питома імпульс у них буде вище, ніж у кращих електрореактивних двигунів, а споживання енергії при цьому може бути навіть негативним (теоретично можливе вироблення, а не споживання енергії). Більш того, є всі підстави вважати, що зробити термоядерний ракетний двигун буде навіть простіше, ніж наземний реактор: немає проблеми зі створенням вакууму, з теплоізоляцією надпровідних магнітів, немає обмежень за габаритами і т. Д. Крім того, вироблення двигуном електроенергії бажана, але зовсім не обов'язкова, достатньо, щоб він не надто багато її споживав.

електростатичне утримання

електростатичне утримання

Концепцію електростатичного утримання іонів найлегше зрозуміти на прикладі установки, званої «фузором». Її основу складає сферичний сітчастий електрод, на який подається негативний потенціал. Прискорені в окремому прискорювачі або полем самого центрального електрода іони потрапляють всередину його і утримуються там електростатичним полем: якщо іон прагне вилетіти назовні, поле електрода розгортає його назад. На жаль, вірогідність зіткнення іона з сіткою на багато порядків вище, ніж вірогідність вступити в реакцію синтезу, що робить енергетично вигідну реакцію неможливою. Подібні установки застосовуються лише в якості джерел нейтронів.
Прагнучи зробити сенсаційне відкриття, багато вчених прагнуть бачити синтез всюди, де тільки можна. У пресі багаторазово виникали повідомлення з приводу різних варіантів так званого «холодного синтезу». Синтез виявляли в «просочених» дейтерієм металах при протіканні через них електричного струму, при електролізі насичених дейтерієм рідин, під час утворення в них кавітаційних бульбашок, а також в інших випадках. Однак більшість з цих експериментів не мали задовільною відтворюваності в інших лабораторіях, а їх результати практично завжди можна пояснити без використання синтезу.
Продовжуючи «славну традицію», яка розпочалася з «філософського каменю», а потім перетворилася на «вічний двигун», багато сучасних шахраї пропонують вже зараз купити у них «генератор холодного синтезу», «кавітаційний реактор» та інші «безпаливні генератори»: про філософський камінь все вже забули, в вічний двигун не вірять, а ось ядерний синтез зараз звучить цілком переконливо. Але, на жаль, насправді таких джерел енергії поки не існує (а коли їх вдасться створити, це буде у всіх випусках новин). Так що знайте: якщо вам пропонують купити пристрій, що виробляє енергію за рахунок холодного ядерного синтезу, то вас намагаються просто «надути»!

За попередніми оцінками, навіть при сучасному рівні техніки можливе створення термоядерного ракетного двигуна для польоту до планет Сонячної системи (при відповідному фінансуванні). Освоєння технології таких двигунів в десятки разів підвищить швидкість пілотованих польотів і дасть можливість мати на борту великі резервні запаси палива, що дозволить зробити політ на Марс не більше складним заняттям, ніж зараз робота на МКС. Для автоматичних станцій потенційно стане доступною швидкість в 10% від швидкості світла, що означає можливість відправки дослідних зондів до найближчих зірок і отримання наукових даних ще при житті їх творців.

Найбільш проробленої в даний час вважається концепція термоядерного ракетного двигуна на основі инерциального синтезу. При цьому відмінність двигуна від реактора полягає в магнітному полі, яке спрямовує заряджені продукти реакції в одну сторону. Другий варіант передбачає використання відкритої пастки, у якій одна з пробок навмисно ослаблена. Що закінчується з неї плазма буде створювати реактивну силу.

термоядерна майбутнє

Освоєння термоядерного синтезу виявилося на багато порядків складніше, ніж це здавалося спочатку. І хоча безліч проблем вже вирішено, що залишилися вистачить на кілька найближчих десятиліть напруженої праці тисяч вчених і інженерів. Але перспективи, які відкривають перед нами перетворення ізотопів водню і гелію, настільки великі, а пройдений шлях вже настільки значний, що зупинятися на півдорозі не має сенсу. Що б не говорили численні скептики, майбутнє, безумовно, за синтезом.

Стаття «Зірки на Землі» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №5, травень 2012 ).

Так чому ж ми до цих пір не перейшли на ядерні джерела енергії?
Так чому ж досі не побудовано жодної діючої термоядерної електростанції?
Чи можна зробити так, щоб плазма не йшла через «пробки»?
А реактори чи це?
Дансхолл джем в «Помаде»

3 ноября, в четверг, приглашаем всех на танцевальную вечеринку, в рамках которой пройдет Дансхолл Джем!

Клуб Помада: ул. Заньковецкой, 6
Вход: 40 грн.

  • 22 апреля намечается Dancehall Party в Штанах!
    22 апреля намечается Dancehall Party в Штанах!

    Приглашаем всех-всех-всех на зажигательную вечеринку «More... 
    Читать полностью