Узнайте, что такое термоядерный синтез и как он может обеспечить безграничное количество чистой и доступной энергии для удовлетворения мирового спроса. Управляемый термоядерный синтез и его потенциал в области энергетики. Перспективы и возможности термоядерного синтеза. Откройте для себя будущее энергетики. | NOCFN
Cодержание
Пятьсот лет назад ацтеки, проживавшие на территории современной Мексики, верили, что солнечная энергия иссякнет без крови от человеческих жертвоприношений. Сегодня мы знаем, что Солнце, а также все другие звезды вырабатывают энергию за счет реакции, называемой термоядерным синтезом. Если термоядерный синтез удастся воспроизвести на Земле, то будет получено практически безграничное количество чистой, безопасной и доступной энергии для удовлетворения мирового спроса.
Процесс термоядерного синтеза
Как именно происходит термоядерный синтез? Вкратце термоядерный синтез — это процесс, в ходе которого два легких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое ядро с высвобождением огромного количества энергии. Термоядерные реакции происходят в материи, находящейся в состоянии плазмы — горячего заряженного газа, состоящего из положительных ионов и свободно движущихся электронов и обладающего уникальными свойствами, отличными от твердых тел, жидкостей и газов.
При слиянии на Солнце ядра сталкиваются друг с другом при очень высокой температуре, превышающей десять миллионов градусов Цельсия, что необходимо для преодоления взаимного электрического отталкивания. Как только ядра преодолевают это отталкивание и оказываются на очень близком расстоянии друг от друга, ядерная сила притяжения между ними перевешивает электрическое отталкивание и позволяет им слиться. Чтобы это произошло, ядра должны находиться в замкнутом пространстве, что увеличивает вероятность их столкновения. На Солнце условия для термоядерного синтеза создаются в результате колоссального давления, создаваемого его огромной гравитацией.
Потенциал термоядерного синтеза
Количество энергии, выделяемой при термоядерном синтезе, очень велико — в четыре раза больше, чем при реакциях деления ядер. На термоядерных реакциях может быть основана работа будущих термоядерных энергетических реакторов. Согласно планам в термоядерных реакторах первого поколения будет использоваться смесь тяжелых изотопов водорода — дейтерия и трития. В теории с использованием всего нескольких граммов этих реагентов можно произвести один тераджоуль энергии, что приблизительно равно энергии, необходимой одному человеку в развитой стране в течение шестидесяти лет.
Управляемый термоядерный синтез
Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии. УТС имеет управляемый характер, в отличие от взрывного термоядерного синтеза, используемого в термоядерных взрывных устройствах. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра.
Существуют два типа экспериментов по управляемому термоядерному синтезу: магнитный управляемый термоядерный синтез и инерциальный управляемый термоядерный синтез.
Магнитный управляемый термоядерный синтез
Магнитный управляемый термоядерный синтез основан на использовании плазменной магнитной ловушки. Плазма подвергается воздействию магнитных полей, которые позволяют удерживать и управлять плазмой, поддерживая ее в нужном состоянии для термоядерного синтеза. Один из примеров таких систем - стелларатор, который был разработан американским физиком Л. Спитцером.
Инерциальный управляемый термоядерный синтез
Инерциальный управляемый термоядерный синтез основан на использовании сжатия плазмы, обусловленного инерцией. Сжатие плазмы происходит под воздействием силы, создаваемой мощными лазерными импульсами или частицами. В результате сжатия достигаются высокие плотности и температуры, необходимые для термоядерного синтеза.
Возможности и перспективы
Термоядерный синтез представляет огромный потенциал в области энергетики. Если ученые смогут воспроизвести термоядерный синтез на Земле и создать управляемый термоядерный реактор, то это приведет к получению огромного количества чистой энергии. Термоядерная энергия является безопасной, поскольку не производит опасные отходы и не создает угрозы ядерной аварии.
В настоящее время продолжаются исследования и эксперименты в области термоядерного синтеза. Ученые работают над улучшением технологий и разработкой новых методов достижения высоких температур и плотностей плазмы. Если эти проблемы будут решены, то термоядерный синтез может стать реальностью и обеспечить человечество чистой и доступной энергией на долгие годы.
Что нам скажет Википедия?
Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий (2H) и тритий (3H), а в более отдалённой перспективе — гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).
Термоядерный синтез также можно вызвать давлением электромагнитного излучения с помощью рентгеновской установки. Такие эксперименты в области управляемого термоядерного синтеза проводятся с помощью так называемой Z-машины в Сандийских национальных лабораториях.
Реакция синтеза заключается в следующем: два или более относительно лёгких атомных ядра в результате теплового движения сближаются настолько, что короткодействующее сильное взаимодействие, проявляющееся на таких расстояниях, начинает преобладать над силами кулоновского отталкивания между одинаково заряженными ядрами, в результате чего образуются ядра других, более тяжёлых элементов.
Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T): Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона.
В дополнение к основной реакции в ДД-плазме также происходят реакции между ядрами дейтерия, которые идут немного труднее реакции с участием гелия-3.
Выбор топлива зависит от множества факторов — его доступности и дешевизны, энергетического выхода, лёгкости достижения требующихся для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и т.д.
