Преобразователи термоядерной энергии

Термоядерными реакциями называются ядерные реакции синтеза легких ядер в более тяжелые.

Элементом, используемым при термоядерном синтезе, является водород. Главное преимущество термоядерного синтеза – практически неограниченные ресурсы исходного сырья, которое может быть добыто из морской воды. Водород составляет около 90 % всего вещества. Сырье для термоядерного синтеза, содержащееся в 33 кубических километрах океанской воды эквивалентно по своему содержанию всем ресурсам твердых топлив.

Существуют три основных изотопа водорода: их атомные массы – 1, 2 (дейтерий), 3 (тритий). Эти изотопы могут производить такие ядерные реакции, при которых суммарная масса конечных продуктов реакции меньше, чем суммарная масса веществ, вступивших в реакцию. Разница в массах составляет кинетическую энергию продуктов реакции.

Слияние ядер легких элементов не происходит естественно. Чтобы заставить ядра вступить в реакцию синтеза требуются высокие температуры. При этом газ представляет собой ионизированную плазму. Пробле-ма удержания этой плазмы представляет собой главное препятствие на пути использования этого метода получения энергии.

В настоящее время ведутся теоретические и экспериментальные работы по исследованию способов удержания плазмы:

1. Метод использования магнитных полей. Создается магнитное поле, которое пронизывает канал движущейся плазмы. Заряженные частицы, из которых состоит плазма, во время движения в магнитном поле подвергаются воздействию сил, направленных перпендикулярно движению частиц и линям магнитного поля.

2. Инерционное удержание плазмы. В реакторе осуществляются термоядерные взрывы с частотой 20 ударов в минуту. Для реализации этого метода частицу термоядерного топлива нагревают с помощью сфокусированного излучения до температуры зажигания реакции синтеза за время, прежде чем она успеет разлететься на заметное расстояние.

Термоядерный синтез лежит в основе водородной бомбы, которая основана на самопроизвольной термоядерной реакции. Взрывчатым веществом является смесь дейтерия и трития. В качестве источника энергии используется энергия ядерной бомбы деления.

Принцип идеи термоядерного синтеза в реакторах типа тороидаль-ная камера в магнитном поле катушки заключается в следующем: камера вакуумируется и заполняется газовой смесью дейтерия и трития. По смеси пропускается ток в несколько миллионов ампер. За 1–2 секунды температура смеси поднимается до сотен тысяч градусов. В камере образуется плазма. Дальнейший нагрев ее осуществляется инжекцией нейтральных атомов дейтерия и трития с энергией 100–200 кэВ. Температура плазмы поднимается до десятков миллионов градусов и начинается самопроизвольная реакция синтеза. Через 10–20 минут в плазме накопятся тяжелые элементы из частично испаряющегося материала стенок камеры. Плазма остывает, термоядерное горение прекращается. Камеру нужно снова отключить и очистить от накопившихся примесей.

Термоядерный электрогенератор. При использовании дейтерия в качестве термоядерного топлива две трети энергии должно освобождаться в виде кинетической энергии заряженных частиц. Электромагнитными методами эта энергия может быть превращена в электрическую.

Электроэнергия может быть получена при импульсном и стационарном режиме работы. При втором режиме получающиеся в результате самоподдерживающей реакции синтеза ионы и электроны тормозятся магнитным полем. Ионный ток отделяется от электронного при помощи поперечного магнитного поля. КПД такой системы при прямом торможении будет около 50 %, а остальная энергия превращается в тепло.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: