Путь:

Подписаться на обновления сайта

Картинка недели

К началу

В конец

Создать личную галерею (раздел)

Создать личный альбом (с изображениями)

Создать материал

Российская наука и техника

Оценка раздела:

САМООРГАНИЗОВАННОЕ ВЕЩЕСТВО.

Дата публикации: 2018-11-07 21:33:55
Дата модификации: 2018-11-07 21:33:55
Просмотров: 1257
Материал приурочен к дате: 1997-09-02
Прочие материалы относящиеся к: Дате 1997-09-02 Материалы за: Год 1997
Автор: lomasm

На наших глазах решается судьба термоядерной энергетики

Борис Борисович Кадомцев - академик, директор Института ядерного синтеза

российского научного центра "Курчатовский институт".

Вектор.

ВЕДУЩИЕ ученые мира в качестве наиболее вероятного источника энергии

будущего называют управляемый термоядерный синтез. Его научные основы

разрабатываются уже несколько десятилетий, и за это время достигнут

гигантский прогресс на пути создания промышленной энергетической

термоядерной установки.

ВЫШЕ СОЛНЕЧНЫХ ТЕМПЕРАТУР.

Физики добились весьма существенного прогресса в создании термоядерного

реактора. Были построены крупные исследовательские установки типа "ТОКАМАК"

различных модификаций: в Европе - "JET", в Японии - "JT-60 upgrade", в

России - "ТОКАМАК-15", в Америке - "TFTR" и во Франции - "Torys Sypra".

На установке "TFTR", например, была создана плазма из смеси дейтерия и

трития и в течение нескольких секунд получена мощность в 10 МВт. Тем самым

впервые было показано, что термоядерные реакции протекают так, как

описывает теория.

На установке "JT-60 upgrade" получили плазму с очень высокой

температурой, плотностью и временем удержания энергии ("временем жизни").

По этим трем параметрам она ближе всего соответствует реакторной плазме.

Время удержания энергии - весьма важный параметр, он определяет качество

термоизоляции термоядерной установки. Если время удержания считается на

секунды - это очень хороший результат. На "JT-60 upgrade" данный параметр

составил около 1 секунды, а температура плазмы даже в несколько раз

превысила необходимую и выражалась астрономической цифрой 400 млн.

градусов, что в 20 раз выше температуры в центре Солнца.

Установка "JT-60 upgrade" работала только на дейтерии, без трития. По

расчетам, в случае использования дейтерий-тритиевой плазмы, мощность

установки перейдет рубеж, который у физиков носит название breake even -

переход через равенство. (Если реактор заполнить смесью дейтерий-тритий в

равных количествах и с помощью внешнего источника энергии поддерживать

плазму в горячем состоянии, то в результате термоядерной реакции начнется

выделение энергии. Момент, когда энергия термоядерной реакции превысит

энергию, получаемую от внешнего источника, и называется переходом через

равенство.) Если он осуществлен - термоядерный реактор может выдавать

мощность и работать как энергетическая установка.

К ЦЕЛИ - ОБЪЕДИНЕННЫМИ УСИЛИЯМИ.

Все полученные результаты свидетельствуют, что "ТОКАМАКи" прошли

незримый рубеж между экспериментальной и промышленной установкой и можно

приступать к следующей стадии - строительству термоядерного реактора.

Проект такого реактора в настоящее время разрабатывается в рамках

международной программы "International Termonuclear Experimental Reactor"

("ITER" - "ИТЕР").

В этом проекте принимают участие ученые России, США, Европы и Японии.

Каждый из участников имеет свой научный центр, обеспечивающий работу по

программе. В США термоядерным реактором занимаются в научном центре

Сан-Диего по соседству с фирмой "General Atomics", работающей по контракту

с правительством. В Японии установка "JT-60 upgrade" принадлежит научному

центру "Japan atomic energy research institute". В России за работы в

области термоядерного синтеза отвечает российский научный центр

"Курчатовский институт", а в Европе - Плазменный центр вблизи Мюнхена.

Первая фаза проекта "ИТЕР" - концептуальная проработка - уже пройдена, и

проект находится во второй фазе - разработка технического проекта. Этот

этап завершается в середине следующего года. Тогда должен будет решиться

главный вопрос будущей термоядерной энергетики: строить или не строить

реактор?.

Вопрос очень непростой. Общая концепция проекта "ИТЕР" подразумевала,

что все четыре стороны-участника будут строить реактор общими усилиями. Но

на сегодняшний день в мире сложились разные подходы к этой проблеме,

имеются разные взгляды на пути развития проекта и, конечно, разная

экономическая ситуация.

Больше всех остальных участников проявляет заинтересованность в

завершении проекта Япония. Для Страны восходящего солнца, не имеющей

собственных природных ископаемых, это вполне реальная энергетика, а сырье

для термоядерной реакции - литий и дейтерий - они могут добывать прямо из

океана. Скорее всего Япония будет строить экспериментальный термоядерный

реактор при любых условиях, даже если все остальные участники откажутся от

него.

К счастью, позиция Японии имеет поддержку и прежде всего в Европе.

Специальная Европейская комиссия недавно рассматривала вопрос о

финансировании этого направления и поддержала его, признав, что для Старого

Света термоядерная энергетика, безусловно, представляет интерес. В США

финансирование работ по управляемому термоядерному синтезу в течение многих

десятилетий было практически неограниченным, Америка выступала лидером в

этой области. Но в последние годы ситуация стала меняться. Возможно, это в

какой-то степени связано с прекращением "холодной войны", что привело к

изменению отношения к науке вообще. Наука как бы перестала быть столь

необходимой с точки зрения безопасности страны. Многие крупные проекты,

как, например, проект суперколлайдера (суперускорителя), были заморожены,

несмотря на уже сделанные значительные затраты. Теперь американцы закрывают

и самый крупный свой токамак "TFTR". США не хочет делать значительные

вложения в термоядерную энергетику и готовы довольствоваться в проекте

"ИТЕР" ролью "младшего брата".

По-видимому, именно Япония и Европа будут конкурировать между собой при

выборе площадки под строительство экспериментального реактора. Именно на

"хозяина" проекта ляжет основное бремя его финансирования. Россия тоже

может предложить площадку под размещение экспериментального реактора, но

реально осуществить проект в условиях экономического кризиса она не в

состоянии. Скорее всего мы будем бороться за получение заказов для своей

промышленности и вносить свой вклад в проект промышленной продукцией.

"БУБЛИК" ИЛИ "ТРУБА"?.

Столь большой успех "ТОКАМАКов", однако, не означает, что промышленный

термоядерный реактор будущего будет именно такой конструкции. Несмотря на

значительный прорыв в реализации проектов "ТОКАМАК", физики не прекращают

изучение других направлений управляемого термоядерного синтеза. Накопленный

опыт дает основание утверждать, что концепция "ТОКАМАКа", удобная для

научного прорыва в термоядерную энергетику, не совсем отвечает требованиям,

предъявляемым к коммерческому энергетическому реактору.

В первую очередь это связано с чрезмерно сложной геометрией установки,

которая делает весьма проблематичной возможность проведения ремонтных и

профилактических работ. Япония сейчас разрабатывает различные

дистанционно-управляемые роботы для обслуживания реактора, но это не выход

из положения. Скорее всего будут реализованы другие концепции, использующие

более простую геометрию. Таких концепций несколько.

В Новосибирске продолжается работа на экспериментальных установках типа

"Зеркальная ловушка". Если "ТОКАМАК" имеет форму тороида ("бублика"), то

"Зеркальная ловушка" - обычная труба. Удержание плазмы на открытых ее

концах осуществляется за счет более сильного магнитного поля. Такая

конфигурация позволяет легко осуществлять ремонтные работы в будущем

реакторе.

Продолжается исследование перспективного лазерного термоядерного

синтеза, в котором разогрев плазмы осуществляется мощными импульсами

нескольких лазерных пушек. Новым интересным вариантом является компактный

"Сферический токамак", у которого центральное отверстие в "бублике"

делается как можно меньше. Теоретически в "Сферическом токамаке" плазма

будет иметь большее давление и станет более устойчивой. Такая установка под

названием "Глобус" строится в Санкт-Петербурге.

Для изучения физики плазмы в Японии строится установка типа

"Стелларатор", которая отличается от "ТОКАМАКа" отсутствием тока в плазме,

а ее удержание осуществляется только внешними магнитами. Предполагается,

что в такой установке плазма будет менее капризна и легче управляема.

Аналогичную установку планирует строить и Германия.

ЛУННОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ ТЕРМОЯДА.

Отдельный вопрос - конкурентоспособность термоядерной энергетики. Сейчас

его трудно решить однозначно. Очевидно, что конкурентоспособность

термоядерного реактора в первую очередь будет зависеть от стоимости

термоядерного топлива.

В основном варианте термоядерной реакции в качестве топлива используются

дейтерий и тритий. Запасы дейтерия в природе неограниченны, зато трития на

Земле практически нет. Но тритий получается в качестве побочного продукта в

Канаде на ядерных реакторах типа "Candu". Сейчас его производство превышает

потребности страны, и Канада готова продавать тритий или передавать его в

качестве вклада в проект "ИТЕР". Тритий подпадает под действие договора о

нераспространении ядерного оружия, поэтому при продаже необходимо принять

все меры для выполнения этого договора.

Более привлекателен вариант воспроизводства трития из лития

непосредственно в термоядерном реакторе, что открывает путь создания

автономной, самоподпитывающей системы. Литий, находящийся в зоне реакции,

захватывая нейтрон, превращается в тритий, и реакция при непрерывной подаче

лития будет продолжаться бесконечно.

Но есть еще одна перспективная идея - перейти на другое топливо:

дейтерий плюс гелий-3. В этом случае реакция будет идти без выделения

нейтронов, что значительно повысит надежность установки. Гелий-3 на Земле

отсутствует, но, оказывается, его очень много на Луне, где он адсорбирован

в верхних слоях лунной пыли. Луна миллионы лет поглощала его из солнечного

ветра и накопила огромные его запасы. Расчеты показывают, что если гелий-3

добывать на Луне и доставлять на Землю, то это будет экономически выгодно.

ОСОБАЯ ОБЛАСТЬ ЗНАНИЙ.

Физика плазмы сильно отличается от других областей физики. Плазма - это

сложное самоорганизованное вещество, которое по своим свойствам, как ни

странно, ближе к биологическим объектам. В плазме одновременно протекают

многие сложнейшие процессы, одновременно влияющие друг на друга. Первые

десятилетия ушли на изучение физики плазмы. Чтобы развить новые концепции,

идеи, взгляды, потребовалось много времени, большой объем экспериментальных

и теоретических исследований. Были созданы различные теоретические модели

плазмы, что в конечном счете и дало те конкретные результаты, которые мы

имеем сегодня.

Будущее термоядерной энергетики связано с развитием технологий.

Сверхпроводники второго рода, например, появились совсем недавно, и именно

их появление дало возможность приступить к разработке реактора. Что

принесет завтрашний день - предсказать невозможно. Очевидно, появятся новые

подходы и концепции, которые позволят нам совсем по-другому представлять

термоядерные установки. И коммерческие термоядерные реакторы будущего, я

уверен, будут значительно отличаться от сегодняшних.

Оценка материала:

Описание материала: На наших глазах решается судьба термоядерной энергетики Борис Борисович Кадомцев - академик, директор Института ядерного синтеза российского научного центра "Курчатовский институт".