Придет ли человечество к термоядерной энергетике?

На сегодняшний день проблема с которой был связан управляемый термоядерный синтез решена. В начале 90х, на токамаках TFTR и JET получили мощность термоядерных реакций, которая гораздо имеет больше затрат на нагревание плазмы и тут же стало относительно ясно, каким может быть энергетический термоядерный реактор. Но на основе существующих технологий и материалов, решение вышло слишком дорогим и не снискало успеха. Потому в те же девяностые, центр тяжести перенесли на технологии, а выделение средств на исследования резко убрали. И интерес к этой сфере постепенно угас у самих физиков и как следствие сократился приток студентов. Теперь специалисты, конечно, есть, но в основном уже только пожилые.  Причем такая ситуация по всему миру, кроме пожалуй, Китая.

Физика плазмы – это наука, которая строится на базе классической электродинамики, все изначальные уравнения известны, но решение можно найти только в редких случаях. Закон передвижения частицы в плазме известен, но как только их становится достаточно много, и они начинают работать друг с другом, условия задачи кардинально меняются. Уравнения, которые рассчитывают их движение, не может решить ни один компьютер в мире. Поэтому многие из явлений до конца непонятны, например - холодный термоядерный синтез, потому ученые вынуждены сначала наблюдать их, а только потом подвергать анализу.

Также одной из главных проблем является – размер экспериментальных установок.  Программа по токамакам остановилась из-за того, что они сильно увеличились в размерах. Открытые ловушки могут догнать токамаки. Одно из их преимуществ состоит в том, что  - это большая плотность энергии плазмы, которую возможно удержать.  С их помощью можно работать с плотной и горячей плазмой и получать выход мощности из небольшого объема плазмы.

Также важна конструкция, токамак по форме напоминает бублик и потому его сложнее собрать и починить, если он выйдет из строя. А вот открытая ловушка имеет форму прямой трубы, дает возможность менять секции, не разбирая ее. Также явный плюс состоит в том, что боковая стенка не прожигается, в открытой ловушке шлаки и тепло удаляются автоматически в расширитель, за счет этого, на боковую стенку падают только нейтроны и излучение. И еще один важный плюс – это то, что есть возможность преобразования энергии напрямую. Поток плазмы, который попадает в расширитель, можно разместить в скрещенных полях и принимать мощность электричества прямо с электродов, которые присоединены к плазме, не используя при этом тепловую машину в КПД – 30.

Если бы получилось собрать термоядерный реактор холодного синтеза – то этот был бы, по сути, термоядерный ракетный двигатель, как бы фантастически это не звучало. Конечно, ловушку длиной в два километра на корабль не поставишь, но может быть, когда-нибудь удастся ее укоротить. Преимуществ у открытых ловушек хоть отбавляй, и большая часть их является побочным эффектом их слабой стороны: дырки, через которые вытекает плазма.

Создание термоядерного реактора – мысль об этом появилась в 2006 году, в институте ядерной физики. Если поток плазмы из газодинамической ловушки приостановить в многопробочной секции, то потери станут меньше, а удержание возрастет. Этот проект был создан коллективными усилиями, если все получится, то это будет большой шаг вперед: по параметрам установку можно будет сравнить с токамаком, но при этом она будет существенно дешевле и проще.

Холодный термоядерный реактор по своей сути будет гибридом ранее собранных установок, его основную часть будет составлять соленоид и две магнитные пробки. В соленоид будет инжектироваться атомарные пучки, которые находясь в плазме, трансформируются в ионы.  Они удерживаются в реакторе и обеспечивают термоядерный синтез. Чтобы система могла удержать как можно больше, необходимо чтобы они были инжектированы под разными углами относительно силовых линий. Тогда давление плазмы будет распределяться равномерно вдоль соленоида, который, кстати, является прообразом активной зоны реактора.

При условии, что проект будет финансироваться, то уже через четыре года после начала стройки установки, можно будет начать проводить эксперименты, а при его отсутствии только через шесть лет и к тому же ловушку придется строить из металла, а это будет уже несколько другое устройство. Пока ученым удалось попасть в программу «Росатом», по финансированию подобных исследований, но уверенности что деньги будут получены, нет. В основном поддерживаются программы токамаков, а данное направление является альтернативным.

 

 

© 2010 Nanotehnology.biz.