Тому для запуску термоядерної реакції треба просто нагріти необхідні компоненти і утримати їх разом, не давши розлетітися через величезний тиск і швидкість теплового руху. При 100 мільйонах градусів, необхідних для початку реакції, випарується будь-який матеріал, тому плазму у вакуумі утримують всередині реактора за допомогою магнітного поля дуже високої напруженості. При таких температурах електрони відриваються від ядер і речовина переходить в стан плазми. Поле не дає зарядженим частинкам вилітати за межі «плазмового шнура», зате нейтрони, які утворюються під час реакції синтезу магнітним полем не затримуються і передають свою енергію стінок установки, які охолоджуються, наприклад, рідким літієм. Добутий в парогенераторі пар можна направити на турбіну, як у звичайних електростанціях.
В 1991 році - вперше була досягнута потужність термоядерної реакції в 1 МВт на сучасному токамаці - JET (Joint European Torus) в місті Абінгдоні, недалеко від Оксфорда, в науковому центрі Culham lab. Сьогодні на JET досягнутий рубіж в 300 млн. Градусів і 16 МВт потужності при секундної тривалості імпульсу.
1998 рік - закінчено інженерний проект токамак-реактора ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Роботи проводилися спільними зусиллями чотирьох сторін: Європи, Росії, США і Японії - з метою створення першого експериментального реактора, розрахованого на досягнення довготривалого термоядерного горіння суміші дейтерію з тритієм.
2010-2015 роки - планується завершити будівництво токамак-реактора ITER з повною потужністю термоядерних реакцій не менше 1 ГВт при часі безперервного горіння плазми десятки хвилин. Відбуватися воно буде за участю Канади, але без США, що вийшли з консорціуму. Вартість даного проекту оцінюється в 5 млрд. Доларів.
Паливний цикл розроблюваних термоядерних реакторів в точності повторює послідовність ядерних реакцій, що відбуваються при вибуху водневої бомби. Вибуховою речовиною термоядерної бомби є дейтерид літію-6 - з'єднання важкого ізотопу водню (дейтерію) і ізотопу літію з масовим числом 6. Дейтерид літію-6 - тверда речовина, і це дозволяє зберігати «сконцентрований» дейтерій при плюсових температурах. Другий компонент сполуки, літій-6, - це сировина для отримання самого дефіцитного ізотопу водню - тритію. При опроміненні його нейтронами він розпадається на необхідний для термоядерної реакції тритій і не використовуваний гелій. У термоядерної бомби нейтрони, необхідні для термоядерної реакції, «забезпечують» вибух атомного «капсуля», і той же вибух створює умови, необхідні для початку реакції термоядерного синтезу, - температуру до 100 мільйонів градусів і тиск в мільйони атмосфер.
Таким чином, термоядерний реактор буде спалювати дейтерій і літій, а в результаті реакцій буде утворюватися інертний газ гелій.
Для роботи необхідно дуже невелика кількість літію та дейтерію. Наприклад, реактор з електричною потужністю 1 ГВт спалює близько 100 кг дейтерію і 300 кг літію в рік. Якщо припустити, що всі термоядерні електростанції будуть виробляти 10 трлн. кВт • год електроенергії на рік, тобто стільки ж, скільки сьогодні виробляють всі електростанції землі, то споживання дейтерію і літію складуть всього 1500 і 4500 тонн на рік. При такому витраті дейтерію, який міститься у воді (0,015%) вистачить на те, щоб постачати людство енергією протягом багатьох мільйонів років. Але оскільки для виробництва тритію необхідний літій, енергетичні ресурси такого типу реакторів обмежені запасами літію. Розвідані рудні запаси літію становлять 10 млн. тон, і цих запасів повинно вистачити на багато сотень років. Крім того, літій міститься в морській воді в концентрації менше 0,0000002% і кількості, що перевищує в тисячі разів розвідані запаси.
Крім термоядерної енергетики на літій претендує сучасна радіоелектронна промисловість. Всім добре відомі літій-іонні акумулятори для стільникових телефонів, відеокамер і фотоапаратів, в яких використовується той же самий літій. Це найлегший метал, і тому в 30-граммовом Li-ion-акумуляторі знаходиться істотно більше атомів, здатних до електрохімічної реакції, ніж в 100-граммовом нікель-кадмієвому, а отже, і запасена в акумуляторі енергія виявляється істотно вищою.
У природній суміші ізотопів на частку літію-6 доводиться тільки 7,5%, тому дбайливі господарі вже сьогодні відокремлюють його від основного ізотопу літій-7 і складують в якості стратегічних запасів. Правда, тритій можна отримувати і з літію-7, але даний спосіб поки не планується до промислового застосування. У світлі енергетичної кризи особливо актуальні і зрозумілі вимоги виробників акумуляторів не викидати тих, які відслужили свій вік батарей на звалище, а здавати для повторного використання цінних і рідкісних металів, які знаходяться в них Хоча можливо, що саме міські звалища і будуть тими самими родовищами корисних копалин, які доведеться «розробляти» нашим нащадкам ...
Крім злиття тритію і дейтерію можливий чисто сонячний термояд, коли з'єднуються два атоми дейтерію. У разі освоєння даної реакції енергетичні проблеми будуть вирішені відразу і назавжди. Однак здійснити злиття двох ядер дейтерію - справа дуже непроста. У будь-якому з відомих варіантів керованого термоядерного синтезу термоядерні реакції не можуть увійти в режим неконтрольованого наростання потужності без подальшого зриву плазми і припинення реакцій. Таким чином, термоядерним реакторів притаманна внутрішня безпека.
Початкове паливо, спожите термоядерним реактором (дейтерій і літій), як і кінцевий продукт реакцій (гелій), не радіоактивні. Радіоактивними є проміжні продукти реакцій. У реакторі, що використовує реакцію злиття дейтерію і тритію, існують два принципових джерела радіоактивності. Перший - тритій, який бере участь в паливному циклі реактора. Тритій радіоактивний і перетворюється в гелій-3 з випусканням бета-випромінювання з періодом напіврозпаду 12,3 року. Друге джерело радіоактивності - це активація нейтронами конструкційних матеріалів внутрішньої стінки і теплоносія. У результаті опромінення нейтронами в них можуть утворюватися і накопичуватися радіоактивні продукти ядерних реакцій.
Фахівці стверджують, що термоядерна електростанція з тепловою потужністю 1 ГВт в плані радіаційної небезпеки еквівалентна урановому реактору поділу потужністю 1 КВт (типовий університетський дослідний реактор). І ця обставина багато в чому є вирішальним чинником, що викликає пильну увагу урядів багатьох країн до термоядерної енергетики. Майже повна відсутність радіоактивних відходів і мінімальність радіоактивної небезпеки навіть у разі катастрофічного руйнування термоядерного реактора в поєднанні з величезними запасами палива для таких електростанцій робить термоядерну енергетику вкрай перспективною в плані подолання енергетичної кризи.
ТОКАМАК - це один з варіантів пристрою, здатного формувати довгоживучу гарячу плазму високої щільності. При досягненні певних параметрів плазми в ній починається термоядерна реакція синтезу ядер гелію з вихідної сировини - ізотопів водню (дейтерію і тритію). При цьому в токамак-реакторі повинно вироблятися істотно більше енергії, ніж витрачається на формування плазми.
В. Демченко
Немає коментарів:
Дописати коментар