Глава 5 использование термоядерной энергии

В перспективе самым большим резервом получения энергии является использование термоядерного синтеза с применением изотопов водорода.

При термоядерном синтезе энергия высвобождается в результате взаимодействия ядер водорода – дейтерия и трития, которые выступают в качестве топлива.

Запасы дейтерия в морской воде практически неисчерпаемы. Трития в природе практически нет, но он может быть получен в самом термоядерном реакторе при реализации реакции нейтронов с литием. Запасы лития на Земле во много раз больше, чем запасы органического топлива. Кроме того, тритий получается из изотопов лития при эксплуатации атомных тяжёловодных реакторов, где он считается отходом производства.

В термоядерном реакторе будут сжигаться дейтерий и литий в очень небольшом количестве. При этом из единицы массы термоядерного топлива получится примерно в 10 млн раз больше энергии, чем при сжигании такого же количества ископаемого топлива на ГРЭС и почти в 100 раз больше, чем при расщеплении ядер урана на АЭС.

Термоядерная энергия – более экологически чистая, чем при использовании органического топлива, и более безопасная по сравнению с ядерной энергией.

Термоядерные реакции – это реакции слияния лёгких атомных ядер в более тяжёлые, происходящие при сверхвысоких температурах порядка 10 млн. °С и выше, которые необходимы для процесса теплового движения и столкновения ядер с высокой кинетической энергией. Поэтому главная трудность осуществления управляемой искусственной термоядерной реакции связана с созданием эффективной системы, обеспечивающей длительную теплоизоляцию термоядерного рабочего пространства реактора с плазмой от окружающей среды.

Термоядерную реакцию можно будет реализовать с использованием следующих основных технологий и технических решений:

а) создание термоядерного реактора (типа токамак) с использованием сильного магнитного поля;

б) создание термоядерного реактора на базе мощной лазерной системы;

в) создание установок с использованием холодного термоядерного синтеза.

В управляемом термоядерном реакторе плазму в вакууме нужно разогреть до миллионов градусов с помощью сверхпроводящего магнитного поля очень высокой напряжённости, что не позволит заряженным частицам вылетать за пределы «плазменного шнура». При этом во время реакции синтеза тяжёлых ядер нейтроны магнитным полем не задерживаются и передают свою энергию внутренним стенкам установки, которые охлаждаются водой. Выделенное тепло может сниматься теплоносителем первого контура охлаждения, затем во втором контуре получается пар, который направляется в турбину, как в обычных ТЭС.

В настоящее время в мире построено более 100 установок (токамаков) небольшой мощности. Самый мощный токамак мощностью 52 МВт создан в Англии. Однако такие уровни мощностей не решат проблемы обеспечения энергией, поэтому в ближайшей перспективе планируется создание более мощных реакторов.

В связи с проблемами, которые могут возникнуть в ближайшие десятилетия по обеспечению энергией промышленности и населения, ряд индустриально развитых стран подписали соглашение о строительстве и вводе в действие к 2020 г. международного термоядерного экспериментального реактора. Энергетическая мощность этого реактора должна составить 500 МВт при 50 МВт электрической мощности, которая будет тратиться на подержание работы реактора. Реактор намечено построить в г. Кадараш на юге Франции.

Кроме термоядерного реактора с использованием сверхсильного магнитного поля, учёные в нескольких странах мира приступили к реализации идеи создания термоядерного реактора на базе мощной лазерной системы. Эта система, состоящая из нескольких лазеров, должна со всех сторон равномерно облучать своими лучами смесь из дейтерия с тритием и разогревать её до 120 млн. °С, благодаря чему должна начаться самостоятельная термоядерная реакция.