МАКРОФІЗИКИ

Керований термоядерний синтез (УТС)

Дослідження в цій області, безсумнівно, мають загальнолюдське значення, так як здійснення УТС назавжди вирішить енергетичну і багато екологічних проблем жителів Землі. Кожна культурна людина повинна бути хоча б в малому ступені знайомим з цією проблемою і з можливими шляхами її вирішення. Що ж стосується вчителів і викладачів вузів, то їх знання в цьому питанні повинні бути досить великими для того, щоб повною мірою задовольняти інтерес допитливих школярів і абітурієнтів.

В середині XX ст. стало ясно, що при злитті найлегших атомних ядер - водню і його ізотопів (дейтерію, тритію) - може виділитися величезна енергія. Для того щоб це реалізувати, необхідно нагріти водневу суміш до температури понад 10 8 К - інакше ядра не зможуть зблизитися до відстаней, на яких починають діяти ядерні сили. З цієї причини подібні реакції називають термоядерними. У водневій бомбі такі температури отримують при вибуху атомної бомби, що грає роль детонатора. А чи не можна зробити термоядерний синтез керованим? Проблемою УТС наука займається з середини минулого століття. В СРСР ці дослідження велися під керівництвом І. В. Курчатова. У 1950 р Ігорем Євгеновичем Таммом (1895-1971), Андрієм Дмитровичем Сахаровим (1921-1989) в СРСР і Лайманом Спітцером (1914-1997) в 1951 р в США була висловлена ідея утримання високотемпературної плазми магнітним полем. Радянські вчені запропонували конструкцію Токомаку, а їх американський колега - стелараторі. Термін «токамак» - це абревіатура виразу «тороїдальна камера з магнітними котушками». Перший токамак був розроблений під керівництвом академіка Л. А. Арцимовича в Інституті атомної енергії ім. І. В. Курчатова в Москві. У 1968 р на токамаке Т-3 була досягнута температура плазми 10 млн градусів. Починаючи з 1973 р програму досліджень фізики плазми на токамаках очолював Борис Борисович Кадомцев (1928-1998).

Проблема УТС настільки складна, що самостійно з нею не може впоратися жодна країна. Тому світове співтовариство обрало оптимальний шлях - розробку міжнародного термоядерного експериментального реактора - ITER

(International Thermonuclear Experimental Reactor, рис. 24.1). У його створенні беруть участь Євросоюз, Індія, Китай, Республіка Корея, Росія, США і Японія. Вартість проекту оцінюється в 12 млрд дол.

Реактор ITER відноситься до термоядерним реакторів типу «токамак». Два ядра - дейтерію і тритію - зливаються з утворенням ядра гелію і високоенергетичного нейтрона:

Мета проекту полягає в демонстрації можливості комерційного використання термоядерного реактора і вирішенні фізичних і технологічних проблем, які можуть зустрітися на цьому шляху.

Макет реактора ITER (масштаб 1

Мал. 24.1. Макет реактора ITER (масштаб 1: 50)

До теперішнього часу проектування реактора повністю завершено, для нього обрано місце поруч з містом Кадараш (Франція). В даний час наближаються до завершення роботи по створенню залізобетонного фундаменту під реактор і зведення стін в котловані. Будівництво спочатку планувалося закінчити в 2016 р, проте поступово передбачувана сума витрат зросла вдвічі, а термін початку експериментів зрушився До 2020 р

Поряд з реактором ITER повним ходом йде розробка іншого не менш амбітного проекту - NIF (National Ignition Facility - «Національний комплекс запалювання») в Ліверморської національної лабораторії ім. Лоуренса (США). Він являє собою науковий комплекс, що складається з 192 потужних лазерів, які будуть одночасно направлятися на міліметрову мішень з суміші дейтерію і тритію. Потужність лазерної установки дорівнює 500 ТВт. Миттєве випаровування зовнішнього шару створить реактивну силу, спрямовану до центру, що призведе до сильного стиску мішені і її розігріву до температури запуску термоядерної реакції. Реакція, розпочавшись в центрі мішені, пошириться назовні в зовнішні, більш холодні її шари набагато раніше (буквально в наносекунди), ніж весь стиснутий матеріал розлетиться в сторони. Тому цей метод утримання гарячої плазми і названий інерціальним. Температура мішені сягатиме десятків мільйонів градусів, при цьому вона стиснеться в 1000 разів. NIF повинна стати першою в своєму роді установкою, де енергетичний вихід реакції синтезу перевершить енергетичні витрати на її розпал.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >