Ядерные реакции в звездах Физические основы ядерного синтеза Термоядерный синтез в земных условиях Токамак Реакторная технология Перспективы термоядерной энергетики Корпус ядерного реактора

Ядерная физика

Термоядерный синтез в земных условиях

В настоящее время в земных условиях реакция термоядерного синтеза осуществляется двумя способами:

Взрыв водородной бомбы;

Облучение дейтерида лития тепловыми нейтронами.

3.1 Водородная бомба

Водородная бомба состоит из взрывателя, обеспечивающего температуру до нескольких миллионов градусов (обычно используется атомная бомба), и дейтерида лития-6.

Высокая температура при взрыве атомной бомбы сохраняется только в течении нескольких миллионных долей секунды. Поэтому исходные вещества должны иметь максимальную плотность. Скорость выделения энергии при этих условиях очень велика 1017 Дж за 10-5 с или 1023 Вт.

Для практического использования в качестве источника энергии термоядерное оружие не годится. Ведь мощность самых крупных из существующих сейчас электростанций не превышает 1010 Вт. Скорость реакций в промышленном термоядерном реакторе должна быть существенно больше, чем на Солнце, и столь же существенно меньше, чем в водородной бомбе.

Примеры термоядерных реакций:

1. Реакция синтеза изотопов водорода дейтрона и тритона с образованием ядра гелия и нейтрона:

 МэВ.

Сечение реакции σмаx = 5 барн. Энергия налетающего дейтрона Тd = 0,1 МэВ. Энерговыделение на один нуклон в термоядерной реакции синтеза ( МэB/нуклон) превышает выделение энергии на 1 нуклон в ядерной реакции деления урана-235 (qдел = 200/235 = 0,85 МэB/нуклон) в 4 раза.

2. Реакция синтеза двух дейтронов:

 МэB,

1-й выходной канал: сечение реакции σмаx = 0,09 барн, Тd = 1 МэВ.

 МэВ,

2-й выходной канал: сечение реакции σмаx = 0,16 барн, Тd = 2 МэВ.

Сечения термоядерных реакций при малых значениях энергий (Е< 200 кэВ) участвующих частиц оценивается по формуле Гамова

,

где А и В постоянные.

Термоядерный синтез в медленном реакторе Взрыв водородной бомбы (или другого типа термоядерного процесса) - неуправляемый термоядерный синтез, что делает его непригодным для энергетических целей.

Принцип действия термоядерного реактора Реакция слияния легких ядер, цель которой - получение полезной энергии, называется управляемым термоядерным синтезом. Осуществляется он при температурах порядка сотен миллионов кельвинов. Такой процесс реализован пока только в лабораториях.

Магнитное удержание плазмы Во время реакции синтеза плотность горячего реагента должна оставаться на уровне, который обеспечивал бы достаточно высокий выход полезной энергии на единицу объема при давлении, которое в состоянии выдержать камера с плазмой.

Термоядерные реакции протекают при высоких температурах

В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной - звёзды, звёздные атмосферы, туманности галактические и межзвёздная среда.

В магнитном поле с индукцией В на частицы плазмы действует Лоренца сила; в результате этого заряженные частицы плазмы вращаются с циклотронными частотами по ларморовским спиралям (кружкам).

При описании плазмы с помощью уравнений магнитной гидродинамики она рассматривается как сплошная среда, в которой могут протекать токи

Спектр излучения низкотемпературной (например, газоразрядной) плазмы состоит из отдельных спектральных линий

Чтобы удержать плазму, например, при температуре 108 К, ее нужно надежно термоизолировать. В принципе изолировать плазму от стенок камеры можно, поместив ее в сильное магнитное поле. Это обеспечивается силами, которые возникают при взаимодействии токов с магнитным полем в плазме.

Системы с замкнутой магнитной конфигурацией


Топливо для реакторов на быстрых нейтронах