Термоядерный синтез

Теперь представьте, что Солнце ежесекундно производит больше энергии, чем человечество использовало за всю свою историю и не будет потреблять еще долгое время. Как же можно реализовать производство солнечной энергии на нашей планете? Оказывается, уже более 60 лет существует технология, которая может обеспечить нас практически неисчерпаемыми источниками энергии при минимальных затратах и использовании почти бесплатного топлива. Возникает резонный вопрос: почему мы не пользуемся такой возможностью?

Текущий энергетический кризис показал, что человечество не готово отказаться от ядерной энергии, поскольку она намного эффективнее возобновляемых источников энергии.

Впервые термоядерный синтез был обнаружен в 1920-х годах. Еще в начале 1950-х годов ученые начали работать над тем, чтобы освоить его и использовать для выработки электроэнергии. Однако многие исследования и эксперименты оказались безуспешными. В какой-то момент ученые даже пришли к выводу, что освоить ядерный синтез невозможно.

Как осуществляется реакция управляемого термоядерного синтеза?

Неконтролируемый (взрывной) термоядерный синтез существует уже давно. В 1952 году в ходе операции "Иви Майк" США испытали первое в мире термоядерное взрывное устройство, но оно не нашло практического применения в качестве оружия, поскольку имело большие размеры и плохо приспособленное топливо. Однако девять лет спустя СССР испытал свою собственную термоядерную бомбу АН602. По данным различных источников, общая энергия взрыва в тротиловом эквиваленте составляла от 57 до 58,6 мегатонн.

Однако такой процесс, как следует из названия, невозможно контролировать. Помимо высокой взрывной силы, опасность представляет также радиоактивное заражение.

Ключевым компонентом управляемой термоядерной реакции является топливо, которое нагревается до состояния плазмы. Что такое плазма? Из школьного курса физики вы узнали, что в природе существует три состояния вещества: газообразное, жидкое и твердое. Однако существует и четвертый вариант, когда газ настолько горяч, что электроны в атомах отрываются от ядер. В результате получается смесь, состоящая уже не из атомов и молекул, а из электронов и ионов. Это квазинейтральное образование (квазинейтральное означает, что суммарный заряд положительных и отрицательных частиц равен нулю) называется плазмой.

Как создается термоядерный реактор?

В настоящее время существует два типа термоядерных реакторов: стелларатор и токамак (магнитная катушка и тороидальная камера). Первый был изобретен Лайманом Спитцером в 1950 году, а второй - советскими учеными Андреем Сахаровым и Игорем Таммом в то же время. Хотя оба устройства представляют собой магнитные ловушки для удержания высокотемпературной плазмы, именно токамак считается наиболее перспективным для термоядерных реакций.

Токамак — это вакуумная камера в форме тора или бублика, окруженная сверхпроводящими электромагнитами. Когда плазма взаимодействует с магнитным полем, в частности, когда ее частицы движутся вдоль линий поля, электромагниты направляют ее движение внутри камеры, не касаясь ее стенок. При температуре в миллионы градусов он просто испаряется. Токамак также имеет центральный электромагнит, индуктор, который генерирует сильный ток и поддерживает стабильность плазмы.

Каковы преимущества термоядерного синтеза

При термоядерном синтезе выделяется в четыре раза больше энергии, чем при делении ядер, и в четыре раза больше энергии, чем при сжигании угля или газа. Но это не единственное преимущество данной технологии. Обычным реакторам необходимо ядерное топливо - урановые стержни, которые являются радиоактивными. В результате реакции образуются отходы - плутоний, который также является радиоактивным. Это, пожалуй, один из главных недостатков ядерной энергетики.

Что касается термоядерного синтеза, то оптимальными материалами для него являются дейтерий (тяжелый водород), который не производит излучения, и тритий, изотоп водорода. Тритий, хотя и радиоактивен, но менее опасен, поскольку его излучение невелико и относительно недолговечно. Таким образом, термоядерный синтез решает проблему ядерных отходов.

Материал предоставлен сайтом homo-science.ru