Термоядерная энергия

     Протекающий через плазму ток выполняет две  задачи: Нагревает плазму так же, как нагревал бы любой другой проводник (омический нагрев). Создает вокруг себя магнитное поле. Это магнитное  поле называется полоидальным (т. е. направленное вдоль линий, проходящих через полюсы сферической системы координат).

     Наличие полоидального поля необходимо для  стабильного удержания плазмы в  такой системе. Так как оно  создается за счет увеличения тока в индукторе, а он не может быть бесконечным, время стабильного  существования плазмы в классическом токамаке ограничено. Для преодоления этого ограничения разработаны дополнительные способы поддержания тока. Для этого может быть использована инжекция в плазму ускоренных нейтральных атомов дейтерия или трития или микроволновое излучение.

     Кроме тороидальных катушек для управления плазменным шнуром необходимы дополнительные катушки полоидального поля. Они  представляют собой кольцевые витки, вокруг вертикальной оси камеры токамака.

     Даже  не смотря на такое сложное устройство токамаков, в них все равно не удалось решить все проблемы, связанные с удержанием плазмы. Не решена проблема термоизоляции плазмы. Так же, энергия, выделяемая в ходе термоядерного синтеза меньше, чем энергия затраченная на работу самой установки. Однако, прогнозы ученых заверяют, что скоро будет достигнуто соотношение 1:1 между этими энергиями, а в светлом будущем энергия УТС превзойдет затраты на работу установки в пять раз.

5. Роль  УТС в энергетике Земли

     На  данный момент УТС не воспринимается как источник энергии. Это лишь научный проект, наша гарантия на будущее. Тем не менее, некоторые результаты уже достигнуты. За прошедшие годы достигнут впечатляющий прогресс в понимании физических явлений, ответственных за удержание и устойчивость плазмы в токамаках. Разработаны эффективные методы нагрева и диагностики плазмы, позволившие изучить в нынешних экспериментальных токамаках те плазменные режимы, которые будут использоваться в реакторах. Нынешние крупные экспериментальные машины - JET (Европа), JT60-U (Япония), Т-15 (Россия) и TFTR (США) - были построены в начале 80 годов для изучения удержания плазмы с термоядерными параметрами и получения условий, при которых нагрев плазмы сравним в полным выходом термоядерной мощности. Два токамака, TFTR и JET использовали DT смесь и достигли соответственно 10 и 16 МВт термоядерной мощности. В экспериментах с DT смесью JET получил режимы с отношением термоядерной мощности к мощности нагрева плазмы, Q=0.9, и токамак JT60-U на модельной DD смеси достиг Q = 1.06. Это поколение токамаков практически выполнило свои задачи и создало все необходимые условия для следующего шага - строительство установок нацеленных на исследование зажигания, Q Ё 5, и уже обладающих всеми чертами будущего реактора.

     В настоящее время ведется проектирование такого первого экспериментального термоядерного реактора - ИТЭР. В проекте участвуют Европа, Россия, США и Япония. Предполагается, что этот первый термоядерный реактор токамак будет построен к 2010 г.

     Существуют  огромные запасы топлива для термоядерной энергетики. Дейтерий - это широко распространенный в природе изотоп, который может добываться из морской воды. Тритий будет производится в самом реакторе из лития. Запасы дейтерия и лития достаточны для производства энергии в течении многих тысяч лет и это топливо, как и продукт реакций синтеза - гелий - не радиоактивны. Радиоактивность возникает в термоядерном реакторе из-за активации материалов первой стенки реактора нейтронами. Известны низкоактивирующиеся конструкционные материалы для первой стенки и других компонент реактора, которые за 30-50 лет теряют свою активность до полностью безопасного уровня. Можно представить, что реактор, проработавший 30 лет и выработавший свой ресурс, будет законсервирован на следующие 30-50 лет, а затем конструкционные материалы будут переработаны и вновь использованы в новом термоядерном реакторе. Кроме дейтерий- тритиевой реакции, которая имеет высокое сечение при относительно низкой температуре, и следовательно легче всего осуществима, можно использовать и другие реакции . Например, реакции D с Не3 и p с В11 не дают нейтронов и не приводят к нейтронной активации первой стенки. Однако, условия Лоусона для таких реакций более жесткие и поэтому нынешняя термоядерная программа в качестве первого шага нацелена на использование DT смеси.

     Несмотря  на большие успехи достигнутые в  этом направлении, термоядерным реакторам  предстоит еще пройти большой  путь прежде, чем будет построен первый коммерческий термоядерный реактор. Развитие термоядерной энергетики требует  больших затрат на развитие специальных технологий и материалов и на физические исследования. При нынешнем уровне финансирования термоядерная энергетика не будет готова раньше, чем 2020-2040 г.

     Огромное  значение, которое придаётся исследованиям  в области УТС, объясняется рядом причин. Нарастающее загрязнение окружающей среды настоятельно требует перевода промышленного производства планеты на замкнутый цикл, когда возникает минимум отходов. Но подобная реконструкция промышленности неизбежно связана с резким возрастанием энергопотребления.

     Между тем ресурсы минерального топлива  ограничены и при сохранении существующих темпов развития энергетики будут исчерпаны  на протяжении ближайших десятилетий (нефть, горючие газы) или столетий (уголь). Конечно, наилучшим вариантом было бы использование солнечной энергии, но низкая плотность мощности падающего излучения сильно затрудняет радикальное решение этой проблемы.

     Переход энергетики в глобальном масштабе на ядерные реакторы деления ставит сложные проблемы захоронения огромных радиоактивных отходов (альтернатива: выброс радиоактивных отходов в космос). По имеющимся оценкам, радиоактивная опасность установок на УТС должна оказаться на три порядка величины ниже, чем у реакторов деления. Если говорить о далёких прогнозах, то оптимум следует искать в сочетании солнечной энергетики и УТС.

      Заключение 

     В данном реферате мы рассмотрели физические основы процесса термоядерного синтеза  и инженерные решения связанные  с созданием установки - термоядерного  реактора. Выяснили, что далеко не все технические проблемы, связанные, например, с термоизоляцией плазмы, удалось решить. Во второй главе показано, что запасы угля и нефти почти истощены и наиболее перспективный неисчерпаемый источник энергии – энергия термоядерного синтеза. Следует заметить, что исследования в этой области очень дороги, в частности строительство реакторов больших размеров стоит млрд долларов. Отдельная глава посвящена выдающемуся инженеру, предложившему осуществлять УТС, О.А. Лаврентьеву. Было рассказано про реакторы – токамаки и про международный проект реактора ИТЭР.

     Несмотря  на большие успехи, достигнутые в  этом направлении, термоядерным реакторам  предстоит еще пройти большой  путь, прежде чем будет построен первый коммерческий термоядерный реактор. Развитие термоядерной энергетики потребует больших затрат на развитие специальных технологий и материалов и на физические исследования. При нынешнем уровне развития работ и их финансового обеспечения можно ожидать, что термоядерная энергетика станет реальностью во второй половине этого столетия.

      Список использованной литературы 

1. Бор Н. Атомная  физика и человеческое познание. М.,1961.
2. Пригожин И. ,Стенгерс И. Порядок из хаоса. М.,1986.
3. «Управляемый термоядерный синтез в установках с плотной плазмой», Будкер Г.И., «Природа», № 5, 1974 г., стр. 14 – 21
4. Попов Ю.П. «Выход термоядерных нейтронов из плазмы, сжимаемой оболочкой».
5. И. А. Котельников «Лекции по физике плазмы».