История на научните изследвания в областта на контролирания термоядрен синтез - Анотационна страница

Резюме – Икономика

Други есета по темата Икономика

Запазвайки отличната стабилност на плазмата, която е характерна за стелараторите като цяло, новото устройство има значително по-ниска загуба на енергия при по-висока електронна температура в сравнение със стелараторите от предишните схеми. Въз основа на резултатите от тестовете на инсталацията, нейните създатели твърдят, че тя по нищо не отстъпва на съвременните токамаци по отношение на нивото на загуби на плазмена енергия. Но възможностите за дизайн не са изчерпани. Плазмата в него се нагрява до температура от почти 20 милиона градуса, отличен показател [13]. Сега създателите на устройството възнамеряват да работят по проекта и да издигнат параметрите на плазмата до нови висоти.

Лабораторията по физика на плазмата в Принстън, която започна изследванията на стелараторите, в момента изпълнява проекти на компактен токамак и иновативен "квазисиметричен" стеларатор NCSX със самогенериращ се "бутстрап ток" (ток, свързан със спецификата на дрейфовите траектории в торус), който помага за подобряване на параметрите на плазмата.

Фиг.18. HSX. Средното разстояние от центъра на устройството до центъра на плазмения кабел е 1,2 метра (снимка от University of Wisconsin-Madison).

Ако текущите изследвания доведат до реактор, доставящ използваема мощност, как би изглеждало такова устройство?

Първо, стелараторът трябва да е много голям, за да произведе повече мощност, отколкото е необходимо за поддържане на магнитното поле, необходимо за ограничаване на плазмата. Ако стелараторът се увеличи по размер, докато силата на магнитното поле и всичките му други свойства остават постоянни, тогава мощността, която ще поддържа магнитното поле, се увеличава.само пропорционално на линейните размери. От друга страна, получената термоядрена енергия нараства пропорционално на обема на газа, т.е. пропорционално на куба на линейните размери. Критичната точка, в която мощността, изразходвана за създаване на магнитно поле, е равна на мощността на термоядрена реакция, може да бъде достигната в много голяма инсталация - с тръба с диаметър повече от метър и аксиална дължина стотици метри. Общата мощност, генерирана от такава инсталация, ще бъде от порядъка на милион киловата. Смес от деутерий и тритий вероятно ще се използва като гориво за първия полезен енергиен стеларатор, тъй като сливането (сливането) на ядрата на тритий и деутерий се случва сто пъти по-бързо от сливането на дейтероните един с друг. Захранването ще се отвежда от камерата на реактора през съседната обвивка, в която водата ще циркулира през тръбите. Съдържащият се във водата водород ще получава енергия от неутрони чрез еластични сблъсъци, а водата, действайки като топлопреносен агент, ще пренася топлина от стеларатора към външните турбогенератори. За да се попълни потреблението на тритий, черупката трябва да съдържа литий; един от изотопите на този елемент силно поглъща неутрони, което води до ядрено делене и образуване на тритиево ядро и алфа-частица (ядрото на хелиев атом). Обвивката ще бъде заобиколена от огромна намотка, през която ще преминава електрически ток, създавайки постоянно магнитно поле, необходимо за ограничаване на йонизирания газ.

Веднага след като е възможно газът да се загрее до желаната температура, такава инсталация ще работи непрекъснато. Пресни порции деутерий и тритий ще бъдат допуснати в камерата с бърза струя, а продуктите от реакцията (основно хелий) и примесите ще отидат в отклонител, където ще бъдат поставени много големи помпи. Омично нагряване имагнитното изпомпващо устройство ще е необходимо само за стартиране на стеларатора след произволни спирания. Такъв стеларатор трябва да бъде сравним по размер и мощност с голяма водноелектрическа централа. Все още е трудно да се каже дали такава централа би била икономически осъществима или изобщо възможна.

Теорията предвижда, че максималното относително плазмено налягане в стеларатор може да бъде по-голямо, отколкото в токамак. В резултат на това се повишава ефективността на използването на магнитни полета. Разработка от група теоретични физици, ръководени от J. Nurnberg (Германия) и академик V.D. Новите принципи на Шафранов за оптимизиране на магнитните полета ни позволяват да се надяваме на по-нататъшно подобряване на задържането на плазмата в стелараторите. Най-големият LHD стеларатор, работещ в Япония, е достигнал температури от десетки милиони градуси със същото време на задържане като в токамаците. Най-големият стеларатор, W-7X, се строи в Германия и завършването му е планирано за 2010 г. Но стелараторните реактори ще се различават от токамаците-реактори по по-големия си размер и, следователно, по-високата цена на демонстрационната инсталация.

Едно от направленията в изследванията на инерционния термоядрен синтез е лазерният термоядрен синтез. Тя се основава на способността на лазерите да концентрират енергия в малки обеми материя за кратки периоди от време и на използването на инерционно задържане на плазмата. Тази способност на лазерите осигурява компресия и нагряване на термоядреното гориво до висока плътност и температура, при която вече са възможни термоядрени реакции. Времето на живот на плазмата е 10-100 ps, така че лазерният термоядрен синтез може да се извърши само в импулсен режим. Предложението за използване на лазери за такива цели е направено за първи път през 1961 г.Н.Г. Басов и О.Н. Крохин [8]. Компресията на сферична мишена от деутерий се изследва в съвременните установки за реализиране на реакции на лазерен термоядрен синтез.