Управляемый термоядерный синтез (УТС) представляет собой синтез более тяжелых атомных ядер из более легких с целью получения энергии. Узнайте о типах экспериментов по УТС и о международном экспериментальном термоядерном реакторе ITER.
Cодержание
Управляемый термоядерный синтез
Управляемый термоядерный синтез (УТС) представляет собой синтез более тяжелых атомных ядер из более легких с целью получения энергии. От взрывного термоядерного синтеза, применяемого в термоядерных взрывных устройствах, УТС отличается управляемым характером. Для управляемого термоядерного синтеза используется дейтерий (2H) и тритий (3H), а в перспективе также гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).
Типы экспериментов по УТС
Существуют два типа экспериментов по управляемому термоядерному синтезу: магнитный управляемый термоядерный синтез и инерциальный управляемый термоядерный синтез.
Магнитный управляемый термоядерный синтез
Наибольшие успехи в термоизоляции плазмы достигли на так называемых токамаках - тороидальных камерах с магнитным полем. В СССР была получена высокотемпературная термоядерная плазма на токамаках. Токамаки обеспечивают лучшую изоляцию и дольше удерживают частицы, получаемые в результате термоядерного синтеза. Это позволяет производить больше энергии, чем менее крупные установки.
Инерциальный управляемый термоядерный синтез
Альтернативные подходы включают открытые ловушки для удержания плазмы и инерциальный управляемый термоядерный синтез.
История проблемы
Идею применить для управляемого термоядерного синтеза плазменную магнитную ловушку с токовыми проводниками выдвинул в 1951 году американский физик Л. Спитцер. Он предложил название для таких систем - стелларатор. Первый образец стелларатора был построен в рамках проекта "Маттерхорн" под руководством Л. Спитцера.
Игорь Курчатов в 1956 году предложил сотрудничество ученых-атомщиков разных стран в решении проблемы управляемого термоядерного синтеза. Он высказал это предложение во время посещения ядерного центра "Харуэлл".
В 1950 году советский физик Олег Лаврентьев сформулировал задачу по управляемому термоядерному синтезу и предложил конструктивное решение. В СССР на токамаках была впервые получена высокотемпературная термоядерная плазма.
В 1997 году на экспериментальном реакторе JET в Великобритании достигнута мощность ядерного энерговыделения более 16 МВт. Это получило название режима "перевала" - равенства тепловых потерь горячей зоны реактора и энергетического выхода реакции термоядерного синтеза.
См. также
Международный экспериментальный термоядерный реактор ITER
Международный экспериментальный термоядерный реактор ITER, весящий 23 000 тонн и имеющий высоту почти 30 метров, будет расположен в центре комплекса площадью 180 гектаров. По своим размерам ITER значительно превзойдет крупнейшие работающие в настоящее время экспериментальные термоядерные реакторы - Объединенный европейский тор (JET) и совместный европейско-японский реактор JT-60SA.
Цель ITER - доказать, что в результате термоядерной реакции может производиться значительно больше энергии по сравнению с тем количеством, которое затрачивается на запуск самого процесса реакции. Токамаки используются для проведения выделяющих энергию термоядерных реакций в сверхгорячей плазме.
На сегодняшний день наибольший коэффициент усиления Q, равный 0,67, был достигнут на JET. Однако для производства электроэнергии потребуются гораздо более высокие значения Q.
Заключение
Термоядерный реактор - это устройство, предназначенное для управляемого термоядерного синтеза. В настоящее время проводятся эксперименты по термоядерному синтезу двух типов: магнитного управляемого термоядерного синтеза и инерциального управляемого термоядерного синтеза. Исторические успехи исследований и экспериментов привели к созданию Международного экспериментального термоядерного реактора ITER, который будет использоваться для демонстрации энергетического потенциала термоядерной реакции и разработки промышленных реакторов на основе этой технологии.
Что нам скажет Википедия?
Управляемый термоядерный синтез (УТС) представляет собой синтез более тяжелых атомных ядер из более легких с целью получения энергии. От взрывного термоядерного синтеза, применяемого в термоядерных взрывных устройствах, УТС отличается управляемым характером. Для управляемого термоядерного синтеза используется дейтерий (2H) и тритий (3H), а в перспективе также гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).
Существуют два типа экспериментов по управляемому термоядерному синтезу: магнитный управляемый термоядерный синтез и инерциальный управляемый термоядерный синтез.
В Советском Союзе в 1950 году физик Олег Лаврентьев сформулировал задачу по управляемому термоядерному синтезу и предложил конструктивное решение. В СССР на токамаках, тороидальных камерах с магнитным полем, была получена высокотемпературная термоядерная плазма. Наибольшие успехи в термоизоляции плазмы достигли на токамаках.
В 1997 году на экспериментальном реакторе JET в Великобритании удалось достичь мощности ядерного энерговыделения более 16 МВт, что примерно сравнялось с мощностью плазменных потерь. Следующим шагом в исследованиях должен стать Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER). Альтернативные токамакам подходы включают открытые ловушки для удержания плазмы и инерциальный управляемый термоядерный синтез.
Для термоядерного синтеза используется различные типы реакций, включая реакцию дейтерия и трития (D-T) и реакции между ядрами дейтерия (D-D). Реакция D-T является наиболее изученной и дает значительный выход энергии. Реакция дейтерия и гелия-3 (D-3He) является сложной в достижении и требует редкого изотопа гелия-3. Возможны также другие типы реакций, и выбор топлива зависит от различных факторов.
Исследования и эксперименты по термоядерному синтезу продолжаются, и в будущем ожидается развитие промышленного реактора на основе этой технологии.
