Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
УГ УД УЗ УК УЛ УМ УН УП УР УС УТ УУ УХ УЧ УШ УЩ УЭ

Управляемая термоядерная реакция

 
Управляемые термоядерные реакции представляют собой сложную научно-техническую проблему, над которой работают ученые всего мира. Решение этой проблемы позволило бы получить неиссякаемое количество энергии, а сырьевые энергетические ресурсы стали бы при этом практически безграничными.
Управляемая термоядерная реакция должна позволить получить энергию не за счет ее запасов, сосредоточенных в атомных ядрах редких элементов урана и тория, а за счет образования гелия из широко распространенного в природе вещества - водорода.
Управляемая термоядерная реакция - это первая проблема, названная Н. С. Хрущевым, как проблема, которая стоит в семилетнем плане перед наукой.
Управляемая термоядерная реакция может быть осуществлена только при очень высоких температурах, при которых любое вещество будет находиться в плазменном состоянии. Этим, в частности, объясняется повышенный интерес к плазме, который проявляют физики в последнее десятилетие. Изучение плазмы представляет интерес и для физики твердого тела.
Управляемая термоядерная реакция осуществлена на установке проекта JET ( Объединенный европейский тор) в Англии.
Управляемые термоядерные реакции до сих пор еще практически не осуществляются, а достигаемые в этом случае температуры ( порядка 100 000 000 К) настолько высоки, что трудно даже представить возможности использования их в химическом синтезе.
Управляемую термоядерную реакцию синтеза гелия из тяжелых изотопов водорода путем нагревания предполагается осуществить путем пропускания электрического тока через плазму. Для удержания нагретой плазмы от соприкосновения со стенками камеры применяется магнитное поле.
Осуществление управляемой термоядерной реакции встречается с большими трудностями. Чтобы созвать термоядерный реактор, необходимо обеспечить регулируемое нагревание плазмы до десятков миллионов градусов. Кроме того, что особенно сложно, необходимо полностью устранить соприкосновение плазмы со стенками какого бы то ни было вещественного сосуда.
Осуществление управляемой термоядерной реакции полностью разрешит энергетическую проблему, поскольку сырье ( вода) для получения дейтерия имеется на Земле в практически неограниченном количестве.
Для управляемой термоядерной реакции разумными представляются значения п1016 частиц / см3 и ТЮ эв. При этих условиях для удержания плазмы требуется магнитное поле около 60 кэ ( килоэрстед), что технически вполне достижимо.
Осуществление управляемых термоядерных реакций на Земле сулит человечеству новый, практически неисчерпаемый источник энергии.
Осуществление управляемой термоядерной реакции встречается с большими трудностями. Чтобы создать термоядерный реактор, необходимо обеспечить регулируемое нагревание плазмы до десятков миллионов Кельвинов. Кроме того, что особенно сложно, необходимо полностью устранить соприкосновение плазмы со стенками какого бы то ни было вещественного сосуда.
Осуществление управляемой термоядерной реакции полностью разрешит энергетическую проблему, поскольку сырье ( вода) для получения дейтерия имеется на Земле в практически неограниченном количестве.
Проблему осуществления управляемых термоядерных реакций и использования ядерной энергии тяжелых изотопов водорода в мирных целях справедливо считают одной из главных научных проблем современности. Ее решение сулит человечеству гигантские перспективы использования природных сил и увеличения материального благосостояния. Работы по термоядерному синтезу начались в 1 - й пол. За это время фактически была создана новая область в физике - физика высокотемпературной плазмы, создан научный фундамент для продвижения вперед.
С помощью управляемой термоядерной реакции может быть облегчено решение проблемы надежного энергоснабжения. Уже более 20 лет советские и зарубежные ученые ведут поиск решения этой сложной проблемы, ставя перед собой цель создания электростанции на основе термоядерных реакторов. Топливом для таких реакторов должен быть дейтерий ( тяжелые ядра водорода) и литий. В мировом океане содержится более 20 - Ю12 т тяжелого водорода. Примером реакции синтеза атомных ядер может служить реакция соединения ядер дейтерия Д и трития Т, в результате чего рождается ядро гелия и нейтрон.

Проблема осуществления управляемых термоядерных реакций не решена, так как учеными еще не найден способ более длительного сохранения тонкого плазменного шнура. По невыясненным причинам, несмотря на воздействие магнитного поля, плазма растекается в пространстве и термоядерные реакции, начавшись, быстро прекращаются. Осуществление управляемых термоядерных реакций ( при взрыве водородной бомбы протекают неуправляемые термоядерные реакции) является одной из важнейших проблем современности.
Планирование ввода в эксплуатацию блоков АЭС. Для получения управляемой термоядерной реакции ученые пошли несколькими путями. Один из них привел к созданию токама-ка, другой - к схеме реактора с открытой ловушкой. В 1968 г. тока-мак потряс мир многообещающими результатами, и основные средства стали вкладывать именно в это направление. Ученые Академгородка в Новосибирске продемонстрировали установки ГОЛ-3 - 12-метровую ловушку, где плазма нагревается электронным пучком, и АМБАЛ-М, которая удерживает плазму в продольном направлении за счет электростатического потенциала.
К вопросу устойчивости плазменного шнура. Для успешного осуществления управляемой термоядерной реакции необходимо найти пути для борьбы с различными видами неустойчивости плазмы.
При условии осуществления управляемой термоядерной реакции человечество получит новый, неисчерпаемый источник энергии, так как запасы на Земле легких элементов ( Li и HZ) практически неограничены.
Работа над осуществлением управляемой термоядерной реакции не диктуется задачами сегодняшнего дня. Пока еще не могут быть указаны схемы ведения процесса, которые обеспечили бы надежное осуществление термоядерной реакции в регулируемых условиях; пройдет значительный срок, прежде чем использование в народном хозяйстве принципиальных решений, которые будут найдены, станет экономически оправданным и неизбежным.
Вопрос о создании управляемых термоядерных реакций и об использовании этого спокойно протекающего процесса для выработки электроэнергии привлекает в последнее время все большее внимание. В ряде стран, и прежде всего в Советском Союзе, ведется интенсивная исследовательская работа в этом направлении, ибо решение этого вопроса открывает человечеству неограниченные ресурсы энергии.
Для решения проблемы управляемой термоядерной реакции предстоит в первую очередь разработать методы получения и длительного сохранения высокотемпературной плазмы. И все же, как указывает академик Л. А. Ар-цимович, термоядерная энергия - это энергия далекого будущего.
В исследованиях по управляемым термоядерным реакциям имеют дело с плазмой, температура которой достигает сотен миллионов градусов.
Стоящая в недалекой перспективе управляемая термоядерная реакция в большой степени облегчает проблему устранения радиационной опасности в биосфере.
При успешном решении проблемы управляемых термоядерных реакций человечество было бы обеспечено практически неисчерпаемыми источниками энергии, превосходящими все остальные источники. В самом деле, в 1 л воды содержится около 1 / 30 г дейтерия и его теплотворная способность в качестве термоядерного горючего эквивалентна примерно 300 л бензина.
Нагрей вещества и осуществление управляемой термоядерной реакции с использованием мощного излучения импульсного лазера представляет собой одип из вариантов так называемого инер-циального термоядерного синтеза, в основе которого лежит предположение о возможности кратковременного удержания необходимой плотности нагретого термоидерного горючего за счет его собственной инерции, определяющей конечную скорость его разлета.
Ближайшая цель экспериментов по управляемой термоядерной реакции состоит в осуществлении так называемого break-even - эксперимента, в котором выделившаяся в термоядерной реакции энергия должна превысить энергию, затраченную на разогрев плазмы. Можно полагать, что и при магнитном, и при инерционном удержании такие эксперименты будут проведены в начале 80 - х годов.
Большой интерес для проблемы управляемых термоядерных реакций представляет характер движения и свойства высокотемпературной плазмы в магнитном поле. Наиболее общим методом исследования этих вопросов является описание плазмы с помощью кинетического уравнения Больцма-на и уравнений Максвелла, связывающих самосогласованные электрические и магнитные поля с функцией распределения ионов и электронов.

Ученые работают над осуществлением управляемой термоядерной реакции.
Особый интерес представляет осуществление управляемой термоядерной реакции, для обеспечения которой необходимо создание и поддерживание в ограниченном объеме температуры порядка 108 К. Так как при данной температуре термоядерное рабочее вещество представляет собой полностью ионизованную плазму ( см. § 108), возникает проблема ее эффективной термоизоляции от стенок рабочего объема.
Особый интерес представляет осуществление управляемой термоядерной реакции, для обеспечения которой необходимо создание и поддержание в ограниченном объеме температуры порядка 10е К.
Параметры токамака.| След заряженной частицы в однородном магнитном поле. Главным препятствием на пути управляемой термоядерной реакции является удержание плазмы.
Наибольший успех в создании управляемой термоядерной реакции достигнут на установке JET ( Joint European Torus) в международной лаборатории, объединяющей 14 стран Европы.
Теоретически основой для получения искусственных управляемых термоядерных реакций являются реакции, происходящие в дейтериевой высокотемпературной плазме. Задача заключается, однако, не только в создании условий, необходимых для интенсивного выделения энергии в термоядерных процессах, но главным образом в поддержании этих условий. Для осуществления самоподдерживающейся термоядерной реакции нужно, чтобы скорость выделения энергии в системе, где происходит реакция, была не меньше, чем скорость отвода энергии от системы.
Фронт работ по овладению управляемыми термоядерными реакциями все время расширяется, и есть основания надеяться, что в недалеком будущем удастся осуществить управляемые термоядерные реакции.
Преодоление этих трудностей и освоение управляемой термоядерной реакции позволит получить новый, практически неиссякаемый источник энергии.
Задача науки состоит в создании управляемых термоядерных реакций, пригодных для целей энергетики.
Хотя до практического решения проблемы управляемых термоядерных реакций еще далеко, тем не менее уже сейчас можно предполагать, что ТОКАМАК-Ю послужит прообразом будущих термоядерных электростанций.
История научных поисков решения проблемы управляемой термоядерной реакции насчитывает уже 40 лет. Идея создания такой установки возникла следующим образом.
Важнейшая проблема современной науки - проблема управляемых термоядерных реакций - в своей главной части является электродинамической и сводится к нахождению способов достаточно длительного удержания горячей плазмы в небольших объемах с помощью электромагнитных полей. Создание ионных и плазменных ракетных двигателей в значительной степени также относится к электродинамической проблеме.
Ученые рассчитали, что для получения управляемых термоядерных реакций синтеза необходимо довести до 108 - 109 К температуру плазмы и поддерживать ее. Трудность состоит не только в создании столь высоких температур.
Если бы удалось в земных условиях осуществлять управляемые термоядерные реакции, человечество получило бы практически неисчерпаемый источник энергии, так как запасы водорода на Земле огромны. Однако на пути осуществления энергетически выгодных управляемых термоядерных реакций стоят большие технические трудности. Такие сверхвысокие температуры могут быть получены путем создания в плазме электрических разрядов большой мощности.

Расчеты показывают, что для обеспечения самоподдерживающейся управляемой термоядерной реакции необходимо довести температуру дейтериевой плазмы до нескольких сотен миллионов градусов. При температурах порядка 108 град реакции (18.23) обладают заметной интенсивностью и сопровождаются выделением большой энергии.
Расчеты показывают, что для обеспечения самоподдерживающейся управляемой термоядерной реакции необходимо довести температуру дейтериевой плазмы до нескольких сотен миллионов градусов. При температурах порядка 108 К термоядерные реакции обладают заметной интенсивностью и сопровождаются выделением большой энергии.
В настоящее время ведутся работы по осуществлению управляемых термоядерных реакций в наземных условиях. С целью достижения высокой температуры обычно используют мощные электрические разряды в камерах, содержащих дейтерий, что приводит к образованию высокотемпературной плазмы, в которой может начаться термоядерная реакция.
В перспективе возможно получать электроэнергию на базе управляемой термоядерной реакции синтеза вещества.
Главная трудность, возникающая при попытках получить управляемую термоядерную реакцию, состоит в том, чтобы обеспечить полную изоляцию плазмы от стенок установки, в которой она находится: при соприкосновении со стенками произойдет мгновенное охлаждение и плазма перестанет существовать. Кроме того, и стенки при соприкосновении с плазмой не могут остаться в твердом состоянии. Следовательно, плазма должна быть со всех сторон окружена вакуумом. Для того чтобы удержать ее от соприкосновения со стенками, применяется так называемая магнитная теплоизоляция. Так как заряженные частицы не могут свободно перемещаться в направлении, перпендикулярном магнитному полю, это поле должно удерживать плазму от контакта со стенками объема, в который заключена плазма.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11