Чтение онлайн

В отношении лития — даже с учетом того, что для получения трития «в дело идет» только изотоп лития (6Li), содержащийся в природном литии в количестве 7,4 %,— можно сказать, что его запасы достаточно велики. Они принимаются специалистами равными по энергетическому эквиваленту запасам урана на Земле.

Если удастся использовать термоядерную D + D-реакцию (а не D + Т-реакцию), то энергетический ресурс можно рассматривать как практически неограниченный.

Есть несколько различных предложений о способе практического осуществления управляемой термоядерной D + Т-реакции. Мы остановимся лишь на одном из них.

В Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова под руководством Л. А. Арцимовича были разработаны установки типа токамак. Название «токамак» произошло от сокращения слов «тороидальная камера с магнитным полем». Создателям этих установок пришлось решать очень трудные задачи. Прежде всего нужно разогреть дейтерий-тритиевую плазму до температуры порядка 100 млн. градусов и достаточно длительно удерживать ее в этом состоянии.

В установке токамак нагревание плазмы до столь высокой температуры достигается за счет протекания через плазму электрического тока очень большой силы — порядка сотен тысяч ампер. Этот огромный ток возбуждается внешним индуктором. Вследствие электрического сопротивления плазмы образуется «джоулево» тепло, за счет которого происходит нагрев плазмы.

Еще более сложной задачей является сохранение (удержание) плазмы. Не может быть и речи, конечно, о соприкосновении плазмы со стенкой — на свете нет такого материала, который остался бы цел (не испарился бы) после такого соприкосновения. В токамаках удержание плазмы производится с помощью магнитного поля. Решающим является то, что плазму составляют частицы, имеющие электрический заряд, — ядра атомов и электроны, на которые можно воздействовать магнитным полем.

Высокотемпературная плазма в токамаке помещается в сосуде, который имеет форму кольца, схож с баранкой или спасательным кругом. Такое геометрическое тело называется тором. С помощью магнитной системы, размещенной вне тора, создается сильное магнитное поле, интенсивность которого возрастает по мере удаления от оси кольцевого канала тора. Плазма отжимается магнитным полем к оси канала тора. Именно в этом и заключается простая, но всегда восхищающая тех, кто с ней знакомится, идея токамака.

Для того чтобы термоядерная реакция могла протекать с большим выделением энергии, требуется еще иметь необходимую концентрацию ядер дейтерия и трития в единице объема (иначе говоря, плотность плазмы), а также достаточное время удержания плазмы. Эти две величины взаимосвязаны: чем выше концентрация ядер атомов, тем меньше необходимое время удержания и наоборот. Численно эта зависимость выражается критерием Лоусона: для каждой термоядерной реакции и температуры плазмы имеется минимально необходимое значение произведения концентрации ядер и времени удержания плазмы. Для D + Т-реакции и температуры 100 млн. градусов критерий Лоусона равен 3·1014. Это значит, что при концентрации ядер атомов, равной 1014 1/см3, время удержания плазмы должно быть во всяком случае не меньше секунды.

Как же обстоит дело в настоящее время с достижением необходимых значений температуры плазмы, концентрации ядер атомов и времени удержания?

Необходимая для D + Т-реакции температура пока еще не достигнута. Удалось, правда, подойти к ней довольно близко. Возможно, для достижения требуемой температуры окажется целесообразным впрыскивать в плазму разогнанные в ускорителе элементарные частицы высокой энергии.

В соответствии с критерием Лоусона для D+Т-реакции при уже достигнутой плотности плазмы 1014 1/см3 и еще не достигнутой температуре 100 млн. градусов нужно время удержания более секунды. Пока еще оно менее десятой доли секунды.

Получение необходимой температуры и времени удержания плазмы в большой мере зависит от размеров реактора. Снова приходится сталкиваться с геометрическим фактором: отношением поверхности объекта к его объему. Оказывается, из камеры токамака, в которой заключена плазма, несмотря на магнитное поле, все-таки происходит утечка частиц (относительная, выраженная, например, в процентах) так же, как утечка нейтронов из активной зоны атомного реактора; она становится тем меньше, чем больше объем камеры токамака, т. е. чем меньше отношение величины поверхности камеры к ее объему. Этот вывод проверен практикой.

Следовательно, способ увеличения времени удержания и температуры плазмы токамака найден — это увеличение размеров установки. Можно предполагать, что трудные задачи — повышение температуры и плотности плазмы — будут решены.

По-видимому, первыми войдут в практику гибридные ядерно-термоядерные реакторы. Примерно 80 % энергии, образующейся в результате термоядерной реакции, приходится на долю рождающихся в реакции нейтронов, а 20 % — на долю ядер атомов гелия (а-частиц), также рождающихся в результате слияния ядер дейтерия и трития. Нейтроны, не имеющие электрического заряда, а потому не подвергающиеся действию электромагнитного поля, свободно выходят из плазмы и попадают в окружающую камеру оболочку, именуемую бланкетом (от англ, blanket — одеяло).

В гибридном ядерно-термоядерном реакторе бланкет должен содержать исходное ядерное топливо («атомное сырье»)— 238U или 232Th. Под действием очень быстрых нейтронов, образующихся при термоядерной реакции, оно преобразуется в 239Pu или в 233U, атомные ядра которых обладают свойством самопроизвольного деления. В бланкете также должны быть каналы с циркулирующим по ним теплоносителем, которому передается тепло, образующееся за счет поглощения быстрых нейтронов и в результате деления ядер 239Pu или 233U. Тепло, воспринимаемое теплоносителем, используется, например в паросиловой установке, для производства электрической энергии.

Таким образом, в гибридном ядерно-термоядерном реакторе термоядерная D+T-реакция используется как источник нейтронов, а сам реактор «исполняет обязанности» атомного реактора па быстрых нейтронах (реактора-размножителя). Другими словами, с помощью гибридного реактора будет производиться электроэнергия и осуществляться выработка ядерного топлива — 239Pu или 233U. По мнению специалистов, к параметрам термоядерной реакции, используемой в гибридном реакторе, предъявляются «льготные» требования.

Использование управляемой термоядерной реакции в энергетике — дело очень важное, нужное для экономики. Но задача до сих пор остается до конца не решенной. Работа в этом направлении продолжается.

В Советском Союзе, учитывая особую значимость развития топливно-энергетического комплекса для всего народного хозяйства, разработана Энергетическая программа СССР на длительную перспективу. В этой программе нашли отражение все важнейшие, стратегические направления топливно-энергетического комплекса: улучшение структуры энергетического баланса страны, снижение в нем доли нефти, используемой в качестве печного топлива, и замена ее газом и углем, ускоренное развитие атомной энергетики, в том числе реакторов на быстрых нейтронах, продолжение поиска принципиально новых источников энергии, включая создание основ термоядерной энергетики.

Энергетическая программа СССР на длительную перспективу является как бы ленинским планом ГОЭЛРО, разработанным в новых условиях, при несравненно более высоком развитии народного хозяйства страны.

Слово радиоэлектроника, которое столь часто можно видеть на страницах книг, журналов и газет, слышать в лекциях, докладах и выступлениях, носит собирательный характер. Оно включает все то, что связано с теми областями науки и техники, которые имеют отношение к передаче и преобразованию информации, основанной на использовании радиоволн, т. е. электромагнитных волн, имеющих длину больше 5·10– 3 см. Обычно радиоволны в зависимости от длины волны разделяют на пять диапазонов: сверхдлинные (длина волны >10 км); длинные (= 10 — 1 км); средние ( = 1000 —100 м); короткие ( = 100 — 10 м); ультракороткие волны, УКВ ( <10 м).