III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

 Мы привычно говорим о термоядерном синтезе, как о перспективном источнике энергии. Но вот вопрос: не слишком ли долго он останется всего лишь "перспективным"? Ведь сложилась парадоксальная ситуация: на энергии деления ядер урана уже давно работают атомные электростанции, тогда как управляемый синтез лёгких ядер не даёт положительного баланса энергии. Между тем последний процесс открыли на четыре года раньше, чем первый: в 1934 году в лаборатории Э. Резерфорда был проведён синтез ядер дейтерия с получением трития. Какие же трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником?

     Главная причина устойчивости звёздных термоядерных реакций - громадные размеры реакторов, да и времена циклов реакций исчисляются миллионами лет. Главной задачей было создание такого «котла», благодаря которому можно было бы удержать вырывающиеся, огромные температуры, возникающие в результате реакции. Вопрос энергетически выгодных термоядерных реакций участвуют, прежде всего, изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т). При этом из двух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установках пытаются осуществить именно её.          При слиянии ядер дейтерия и трития образуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядро гелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ.

     Дело осложняется тем, что "готового" трития в природе почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реакторе из лития.

Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в токамаках(Токамак- Тороидальная Камера с Магнитными Катушками) - тороидальная установка для магнитного удержания плазмы, будет, по существу, "сжигаться" литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития на Земле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добывать литий сравнительно несложно.

     Следующим вопросом было создание  того самого «котла». В начале 20 века, было введено понятие плазмы. ПЛАЗМА-это ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной: звезды, галактические туманности и межзвездная среда. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра, магнитосферы и ионосферы. В 1950 году И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров предложили идею магнитной термоизоляции плазмы для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Но достижение первого порогового условия - зажигания - ещё не обеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Вся надежда лишь на заряженные ядра гелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должно иметь определённую индукцию В, а плазма- определённый объём V. Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который и характеризует степень самообеспеченности реакции. 

Как видно из краткого обзора, нет сомнений, что в ближайшее время можно ожидать "зажигания" термоядерной реакции в земных условиях на смеси газов дейтерия и трития.

"На завтра" планируется, прежде всего, создание следующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегося синтеза. С этой целью в ИАЭ имени И. В. Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Д. В. Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор (ОТР).

     Вывод, в процессе, дается очень простой, термоядерный синтез слияния легких ядер во много раз эффективнее ядерной энергии, как в энергетическом, так и в экологическом значениях. А с точки зрения экологии, проблема захоронения радиоактивных отходов является одной из передовых экологических задач в мире. 

     Жизнь идёт вперёд, открываются всё новые горизонты. Несомненно, лишь одно: термоядерный синтез - реальность XXI века, но на его пути в большую энергетику ещё много перепутий.

Список использованной литературы:

1. П. А. Гуревич. Термоядерная энергетика. Учебное пособие для вузов. М.,2009, Энергоатомиздат.

2. Л. А. Матвеев, П. П. Райков. Термоядерный синтез. М., 2009, Энергоатомиздат.