Вам жить в XXI веке (fb2) читать постранично, страница - 3

нейтронов составляет 30 млрд. Сейчас задача состоят в том, чтобы достичь так называемого физического порога термоядерных реакций, то есть получить энергию, равную по величине энергии излучения лазера. Решение задачи означало бы возможность решающего перехода из области физических исследований в сферу инженерного конструирования. Для достижения этого порога выход нейтронов надо поднять до величины 1016 –1017 част. — имп. На первый взгляд может показаться, что мы еще очень далеки от цели. Однако физика термоядерного синтеза такова, что «дефицит» в 6–7 порядков по нейтронному выходу можно ликвидировать при увеличении массы, плотности и температуры мишени всего в несколько раз, для чего, как показывают расчеты, энергия падающего излучения должна быть многократно увеличена.

Лазерные «машины» с энергией 105 Дж — это громадные, технически насыщенные сооружения, которые трудно сравнить с чем-либо. Однако они всего лишь инструменты для физических исследований. Основная проблема лазерного термоядерного синтеза заключается в настоящее время, с нашей точки зрения, в выборе типа лазера для демонстрационного эксперимента и разработки на этой основе коммерческой системы лазер — термоядерный реактор. Среди возможных вариантов рассматриваются мощные газовые лазеры на углекислом газе, так называемые эксимерные лазеры, например криптон-фторовый и некоторые другие. Параллельно разрабатываются проекты импульсных термоядерных реакторов — устройств, превращающих энергию термоядерного микровзрыва в удобный вид энергии, например в электричество.

Лазерный термоядерный реактор — это камера, стенки которой «собирают» энергию, полученную при микровзрыве, и преобразуют ее сначала в тепло, а затем в электричество. К сожалению, вряд ли кто возьмется сегодня назвать сроки практического использования результатов фундаментальных исследований. Однако существует весьма заманчивая возможность приблизить это время. Она связана с так называемыми гибридными реакторами, в которых одновременно используются реакции синтеза и деления.

Как работает такая установка? Сфокусированные на мишени лазерные пучки вызывают термоядерную вспышку. Возникает импульсный точечный источник нейтронов, поток которых обрушивается на урановую оболочку камеры. Под действием одного термоядерного нейтрона в естественном уране происходит одно деление и образуются три-четыре атома плутония. Накапливающийся со временем плутоний повышает размножающие свойства урановой оболочки так, что один нейтрон вызывает уже 10–20 делений при полной ядерной взрывобезопасности. При этом размеры взрывной камеры могут быть невелики — всего около метра. Весь цикл такого реактора — накопление плутония, достаточно полное (до 50 %) выжигание урана — удается провести примерно за 30 лет. Вследствие того, что плутоний вначале накапливается, а затем расходуется, удовлетворительные размножающие свойства поддерживаются в продолжение всего срока без извлечения тепловыделяющих элементов и их химической переработки. Конечно, в гибридных реакторах утрачивается основное преимущество чисто термоядерных установок, однако намного проще решается проблема энергетического баланса. Вполне приемлемыми выглядят габариты станции, а ее строительство можно значительно ускорить по сравнению с чисто термоядерными. Гибридный реактор, занимающий промежуточное положение между стационарными ядерными реакторами и термоядерными системами, будет, подсей вероятности, первым этапом практического применения управляемого термоядерного синтеза.

Существуют и другие идеи, которые могут стать основой проектов импульсных термоядерных реактотывается ядерное топливо для атомных электростанций или химическое топливо, в частности, водород.

Преимущество термоядерной энергетики, основанной на лазерном синтезе, можно продемонстрировать на следующем примере. Обычная тепловая электростанция мощностью 1 млн. кВт потребляет в год 2,1 млн. т угля, атомная электростанция такой же мощности — 30 т урановой руды, а термоядерная электростанция — 600 кг термоядерного горючего.

Еще одно ее преимущество заключается в чрезвычайно низкой цене дейтериево-тритиевого топлива и в высоком качестве получаемой энергии. Так, возможность создания термоядерного реактора, работающего в режиме получения водорода, в принципе означает революцию в системе производства и снабжения энергией. Представьте себе тепловые электростанции, работающие на водородном топливе, автомобили, потребляющие вместо дорогостоящего бензина дешевый водород, «водородный», а не электрический утюг и т. д. При этом нет необходимости хранить водородное топливо в сосудах большой емкости, что связано с опасностью взрыва. Существующая в настоящее время технология изготовления сферических оболочек диаметром около 100 мкм и толщиной стенок в несколько микрометров (лазерных термоядерных мишеней) решает проблему взрывобезопасности