02 марта 2004

********************************
* Термояд - болезнь поколений. *
********************************
*sopolimer                     *
********************************
В  наше  время,  когда  развитие
традиционной энергетики "пережи-
вает"  последние годы,  вопрос о
дальнейшей   жизни  человечества
ставится особенно резко. В связи
с  непланомерным сокращением по-
тенциала  запасов  топливных ре-
сурсов, происходит внедрение так
называемой  альтернативной энер-
гетики  в сферу промышленности и
жилой комплекс стран. Перспектив
дальнейшего  развития множество,
но  далеко не все являются выхо-
дом.  К примеру ГЭС,  которые до
недавнего времени считались дей-
ствительно альтернативой, приве-
ли  к массовому затоплению и за-
болачиванию  плодородных земель,
к тому же выбор территории - од-
на из самых сложных задач. Очень
удобно  и экономично использова-
ние  солнечной  энергии,  но для
компенсации полного баланса сов-
ременной  энергетической системы
потребуется  площадь,  отводимая
под  сооружение  солнечных бата-
рей,  в  четверть  земного шара.
Водородная   энергетика   всё  в
большей   степени   подвергается
вниманию учёных, но по своей су-
ти  система получения и примене-
ния  водорода  является  "круго-
вой", т. е. с полным неоднократ-
ным циклом преобразования перво-
начального  сырьевого  продукта,
таким  образом использование во-
дородной энергетики подразумева-
ет  наличие  системы  без потерь
энергии,  иначе  говоря,  с  кпд
равным  100%,  такое опровергает
множество  законов  физики, поэ-
тому  на современном уровне раз-
вития науки и техники, а в част-
ности получения водорода, желает
ждать лучшего.  Главной перспек-
тивой  на  мой  взгляд  является
применение  термоядерных реакто-
ров,   работающих  на  дейтерии.
Именно этому пути развития я от-
даю  предпочтение  и кратко выс-
казываюсь в данной статье.
  ITER, как перспектива разви-
  тия термоядерной энергетики.
ITER  - международный термоядер-
ный  экспериментальный  реактор,
сооружаемый  в качестве экспери-
мента.   Этот  реактор  является
первой ядерной установкой, рабо-
тающей   на   дейтерий-тритиевой
смеси.
 В июле  1991 г. участники прис-
тупили  к разработке окончатель-
ного инженерного проекта реакто-
ра. Этот этап был завершен в ию-
ле 2001 г.
 За  основу  в  конструкции ITER
была  принята  установка  "Тока-
мак",  разработанная  в  России.
Для  получения энергии в реакто-
рах  термоядерного  синтеза  ис-
пользуются два изотопа водорода:
дейтерий (тяжелый водород),  ко-
торый имеет  один дополнительный
нейтрон, и тритий - два дополни-
тельных нейтрона. Эти ядра "сли-
ваются"  с  выделением огромного
количества  энергии.  К примеру,
обычный водород,  который служит
топливом в термоядерных реакциях
в недрах нашего Солнца, вступает
в  реакции  синтеза намного мед-
леннее.
 Очень  важный  фактор, что топ-
ливо  для реакторов синтеза лег-
кодоступно.  В  природе дейтерий
содержится в воде:  один из каж-
дых  6700  атомов водорода имеет
дейтериевое ядро. Тритий распро-
странен меньше.  Он радиоактивен
и  имеет период полураспада 12,3
года,  таким образом в природе в
больших  количествах не встреча-
ется.
 ITER  будет  самым  большим  из
когда-либо  построенных "токама-
ков" в мире:
его высота - 25 м.
Плазменная камера будет иметь
ширину 4,3 м и высоту 8,4 м.
По расчетам, ITER сможет генери-
ровать мощность 1000 МВт.
Ток в плазме должен достичь око-
ло 25 млн. ампер.
Температура   дейтерий-тритиевой
смеси должна достигать, по край-
ней мере, 50 млн. градусов (тем-
пература в центре Солнца - около
15 млн. градусов).
 Дейтерий-тритиевая  смесь пред-
ставляет собой плазму - электри-
чески нейтральный газ, состоящий
из  положительно заряженных ядер
и  отрицательно заряженных элек-
тронов. Чтобы удерживать плазму,
16   D-образных  сверхпроводящих
магнитов    будут   генерировать
сильное  тороидальное  магнитное
поле.  Это  самые большие сверх-
проводящие   магниты   в  мире -
14,8 м  в высоту и 7,1 м в шири-
ну.
 Сверхпроводящий провод находит-
ся при температуре около жидкого
гелия  (минус  269  градусов  по
Цельсию).
 Сверхпроводник  будет  способен
нести  ток  35 тыс. А;  в каждом
магните будет  240 витков такого
провода.
 Таким образом,  эта система бу-
дет способна создавать магнитное
поле в 200 тыс. раз сильнее, чем
среднее магнитное поле Земли.
 Тепло,  уходящее из плазмы, бу-
дет  переноситься  вдоль силовых
линий  магнитного поля в верхнюю
и  нижнюю части плазменной каме-
ры.  Здесь  специальная  система
пластин,  называемая дивертором,
принимает   мощность  около  100
МВт. Тепловая нагрузка достигает
25 млн.  Вт/м2.  (Для сравнения:
средняя солнечная радиация, дос-
тигающая поверхности Земли, сос-
тавляет только 1300 Вт/м2.)
 Суть  магнитного  удержания за-
ключается в следующем:  в сосуде
варится термоядерная смесь и вы-
деляет энергию от реакции (толь-
ко  ее температура миллионы гра-
дусов,   поэтому  стенка  должна
быть изолирована магнитным полем
плазмы, чтобы не допустить испа-
рения  при  создании  магнитного
поля,  пропуская ток по обмотке,
которая   нагревается  и  теряет
много  энергии,   поэтому  нужен
сверхпроводник  для  провода об-
мотки,  для сверхпроводника нуж-
на   сверхнизкая   температура -
около  минус 270 градусов,  чтоб
искусственно вызвать сверхпрово-
дящее  состояние,  для  изоляции
плазмы необходимо мощное магнит-
ное  поле,   которое,   согласно
уравнениям      электродинамики,
стремится  разорвать катушку его
создающую, кроме того на катушку
со  стороны плазмы идет нейтрон-
ное излучение, которое на едини-
цу  мощности  реактора в 100 раз
больше,  чем в реакторе на деле-
ние ядер, количество нейтронов в
10 раз больше и энергия каждого-
14 Мэв,  а не 2 Мэв,  как усред-
ненная  по спектру деления урана
или плутония).
 По  всем  этим  причинам  такую
"кастрюлю",  пригодную для варе-
ния термоядерной плазмы непросто
создать,  но  в  принципе задача
решаемая  и  сейчас  на реакторе
"ИТЕР" выполняется 1 ГВт мощнос-
ти.
 И разумеется плазма в этом слу-
чае  горячая,  она  просто малой
плотности:  по уравнению P=n*k*T
легко  увидеть  что даже плазма,
в  тысячи  раз более разреженная
чем обычный воздух, создает при-
личное давление в десятки и сот-
ни атмосфер.
Реактор  имеет  порядка от 5 Кэв
температуры  (1  Кэв  = 11605000
градусов) и концентрацию 10^15 в
кубическом   сантиметре,    хотя
обычный воздух - 10^19, но в ре-
акторе  даже  такая концентрация
создает приличное давление, выше
которого  не выдерживает оболоч-
ка.  В этом случае время удержа-
ния плазмы порядка одной секунды
должно  быть достаточным,  чтобы
успеть "наварить" больше энергии
чем пошло на ее нагрев.