В· сек, Т ~ 2.10 8 К. Т.а ., навіть в оптимальних умовах, для найбільш цікавого випадку - реактора, що працює на равнокомпонентной суміші дейтерію і тритію, і при вельми оптимістичних припущеннях щодо величини (необхідно досягнення температур ~ 2.10 8 К. При цьому для плазми з щільністю ~ 10 14 см -3 повинні бути забезпечені часи утримання порядку секунд.
Звичайно, енергетично вигідна робота реактора може відбуватися і при більш низьких температурах, але за це доведеться "розплачуватися" збільшеними значеннями nt.
Отже, спорудження реактора передбачає:
1) отримання плазми, нагрітої до температур в сотні мільйонів градусів;
2) збереження плазмової конфігурації протягом часу, необхідного для протікання ядерних реакцій. Дослідження з Керований термоядерний синтез ведуться у двох напрямках - з розробки квазістаціонарних систем, з одного боку, і пристроїв, гранично швидкодіючих, з іншого.
В
5. Термоядерна енергетика і гелій-3
В
Запаси гелію-3 на Землі становлять від 500 кг до 1 тонни, проте на Місяці він знаходиться в значній кількості: до 10 млн тонн (за мінімальними оцінками - 500 тисяч тонн). У той же час його можна легко отримувати і на Землі з широко поширеного в природі літію-6 на існуючих ядерних реакторах поділу.
В даний час контрольована термоядерна реакція здійснюється шляхом синтезу дейтерію 2 H і тритію 3 H з виділенням гелію-4 4 He і "швидкого" нейтрона n:
В
Однак при цьому велика частина (понад 80%) виділяється кінетичної енергії припадає саме на нейтрон. В результаті зіткнень осколків з іншими атомами ця енергія перетворюється на теплову. Крім цього, швидкі нейтрони створюють значну кількість радіоактивних відходів. На відміну від цього, синтез дейтерію і гелію-3 майже не виробляє радіоактивних продуктів:
, де p - протон
Це дозволяє використовувати більш прості та ефективні системи перетворення кінетичної реакції синтезу, такі як магнітогідродинамічний генератор.
6. Керований термоядерний синтез з магнітною термоізоляцією
Під час реакції синтезу щільність гарячого реагенту повинна залишатися на рівні, який забезпечував би досить високий вихід корисної енергії на одиницю обсягу при тиску, який в змозі витримати камера з плазмою. Наприклад, для суміші дейтерій - тритій при температурі 10 8 До вихід визначається виразом
Якщо прийняти P рівним 100 Вт/см 3 (що приблизно відповідає енергії, виділеної паливними елементами в ядерних реакторах поділу), то щільність n повинна складати бл. 10 15 ядер/см 3 , а відповідний тиск nT - приблизно 3 МПа. Час утримання при цьому, згідно з критерієм Лоусона, повинно бути не менше 0,1 с. Для дейтерій-дейтерієвої плазми при температурі 10 9 До
У цьому випадку при P = 100 Вт/см 3 , n "3Ч10 15 ядер/см 3 і тиску приблизно 100 МПа необхідний час утримання складе більше 1 с. Зауважимо, що зазначені щільності становлять лише 0,0001 від щільності атмосферного повітря, так що камера реактора повинна откачиваться до високого вакууму.
Наведені вище оцінки часу утримання, температури і щільності є типовими мінімальними параметрами, необхідними для роботи термоядерного реактора, причому легше вони досягаються у разі дейтерій-тритієвої суміші. Що стосується термоядерних реакцій, що протікають при вибуху водневої бомби і в надрах зірок, то слід мати на увазі, що в силу зовсім інших умов у першому випадку вони протікають дуже швидко, а в другому - вкрай повільно в порівнянні з процесами в термоядерному реакторі.
Плазма. При сильному нагріванні газу його атоми частково або повністю втрачають електрони, в результаті чого утворюються позитивно заряджені частинки, звані іонами, і вільні електрони. При температурах понад мільйон градусів газ, що складається з легких елементів, повністю іонізуєтся, тобто кожен його атом втрачає всі свої електрони. Газ в іонізованном стані називається плазмою (термін введений І.Ленгмюром). Властивості плазми істотно відрізняються від властивостей нейтрального газу. Оскільки в плазмі присутні вільні електрони, плазма дуже добре проводить електричний струм, причому її провідність пропорційна T 3/2 . Плазму можна нагрівати, пропускаючи через неї електричний струм. Провідність водневої плазми при 10 8 До така ж, як у міді при кімнатній температурі. Дуже велика і теплопровідність плазми. p> Щоб утримати плазму, наприклад, при температурі 10 8 К, її потрібно надійно термоізолювати. У принципі ізолювати плазму від стінок камери можна, помістивши її в сильне магнітне поле. Це забезпечується силами, які виникають при взаємодії струм...
