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

Ядерная физика


Рассмотрим более подробно аварийные ситуации, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации термоядерного реактора.

Аварийные ситуации, в электромагнитной системе. Большие магнитные системы являются неотъемлемым элементом токамака. Магнитная система может быть как сверхпроводящей, так и несверхпроводящей. Остановимся подробнее на первой из них, поскольку это наиболее перспективная электромагнитная система. В сверхпроводящей электромагнитной системе реактора ИТЭР запасена следующая электромагнитная энергия: - в катушках тороидального поля - 4 -1010 Дж; - в катушках полоидального поля - 1,5 • 1010 Дж; - энергия криогенной жидкости (гелий) -1,3 -1010 Дж (потенциальная энергия, выделяющаяся при полном испарении жидкого гелия). К возникновению аварийной ситуации может привести появление локального перегрева обмоток, потеря сверхпроводимости, короткие замыкания между обмотками, разрушение тоководов, потеря вакуума в криостате, аварии в системе вывода катушек. Наиболее тяжёлой, по своим последствиям, аварией является образование дуг между катушками или катушкой и "землёй". Пока нет ясности по поводу условий возникновения дуг и последствий их горения. Тем не менее, если дуга возникла, её горение будет сопровождаться выделением большого количества энергии, а так как поверхность, подверженная воздействию дуг ограничена, то плотность теплового потока может достигать несколько мегаватт на квадратный метр. В этих условиях будет происходить быстрый прогрев конструкции, плавление и испарение конструкционного материала. Большие тепловые потоки могут служить причиной разрушения конструкций катушки вследствие больших термических напряжений. Не исключён прожог криостата, выход хладагентов и их испарение.

Аварийные ситуации в тритиевой системе. Проблема безопасности, связанная с наличием в реакторе трития, в основном обусловлена его использованием как компонента топлива в плазменной камере и воспроизводством в бланкете реактора. Это подразумевает наличие сложной системы оборудования для транспортировки, извлечения, очистки трития и т.п. с общим количеством трития в системе порядка нескольких килограмм. Предполагается, что в различных элементах тритиевой системы будут содержаться следующие количества 3Н :

система выделения трития из D - T -смеси -100-500 г;

системы, связанные с работой плазменной камеры - 50-1500 г ; Устройство реактора Ядерный реактор – это устройство, предназначенное для осуществления управляемой ядерной реакции. Управление ядерной реакцией заключается в регулировании скорости размножения свободных нейтронов в уране, чтобы их число оставалось неизменным. При этом цепная реакция будет продолжаться столько времени, сколько это необходимо, не прекращаясь и не приобретая взрывного характера.

крионасосы -40-400г; - топливная система -20-120 г ;- бланкет и его системы-50-100г;

суммарное количество -260-1270г; - хранилище-1000-2000г.

Основные исходные события, вызывающие развитие аварийной ситуации в тритиевой системе - разрушение компонентов системы, горение и денотонация водорода. При максимальной проектной аварии практически весь тритий может выйти в реакторное помещение.

К настоящему времени (2004), несмотря на все усилия ученых и инженеров, несмотря на огромные финансовые затраты, несмотря на объединение усилий разных стран, несмотря на принципиально разные подходы к методам синтеза, несмотря на длительный период усилий (более полувека) достигнуть управляемого термоядерного синтеза с положительным энергетическим эффектом на Земле не удалось. Более того - перспективы термояда весьма туманны. Сейчас вся надежда на достижения параметров плазмы, удовлетворяющих критерию Лоусона. Но этот критерий - вовсе не истина в последней инстанции. Это всего лишь оценка, причем очень грубая. Не исключено, что даже после достижения параметров плазмы, намного превышающих требуемой температуры и длительности импульса, возникнет УТС. Не исключено, что истинный порог реакции на несколько порядков превышает критерий Лоусона. Тогда установки типа токамака будут полностью бессильны.

Никто не гарантирует, что международный реактор ИТЭР - последняя установка перед созданием энергетического термоядерного реактора. Судя по всему, на ней даже не будет достигнут УТС! Понадобится еще много усилий, много новых установок (скорее всего - абсолютно другого типа), чтобы добить желаемой цели. Но достигнуть УТС - это полдела, нужно еще научиться снимать с него энергию, превращая ее в тепло и электричество. Причем - в дешевое тепло и электричество.

Уже сейчас ясно, что установки по УТС ни в коей мере нельзя отнести к экологически чистым и безопасным источникам энергии. Здесь - непочатый край работы радиохимиков. Опасен УТС и с точки зрения распространения оружия массового уничтожения и внедрения его в ряды террористов.

Конечно, возможность получения неограниченного источника энергии в руки человечества - большой соблазн. Не удивительно, что в России и в мире в целом существует такое мощное термоядерное лобби. Но не удивительно также, что среди лиц, знакомых с проблемой интенсивно растет число противников термояда. Не удивительно, что США, не привыкшие кидать деньги на ветер, периодически выходят из проектов типа ИТЭР. Не удивительны требования немедленно закрыть все работы по термояду, особенно выполняемые на токамаках, а в качестве компенсации внести имена авторов проектов по УТС в книгу рекордов Гинесса. В конце концов, еще никому не удавалось потратить такие огромные деньги на получение нулевого результата!

УТС достигнуть пока не удалось Приходится утешаться промежуточными результатами термоядерных исследований. Конечно, работы по термояду оказали положительное влияние на развитие науки и технологии. Физика горячей плазмы, построенная на основе электродинамики, астрофизики, газодинамики, физики твердого тела и газового разряда, обогатила эти научные дисциплины новыми разработками

Главными аргументами в пользу термоядерного синтеза как физической основы энергетики будущего в настоящее время являются следующие утверждения: Неограниченные запасы общедоступного топлива

В термоядерном реакторе электрической мощностью 1000 Мвт (эл) (т. е. такой же, как у современных реакторов деления ВВЭР-1000 и РМБК-1000), где происходит около 1021 реакций синтеза в секунду, стационарно содержится до 1011 Кюри радиоактивности

Другая серьёзная экологическая проблема связана с тритием. Использование в термоядерной энергетике какой-либо иной реакции, кроме синтеза дейтерия и трития, почти исключено. Между тем тритий - Р-активный радионуклид с периодом полураспада 12,4 года и высокой радиотоксичностью

Отвлечемся на некоторое время от термояда. Известно, что как оружейный материал 239Pu гораздо более эффективен, нежели 235U.

Атомные реакторы на быстрых нейтронах в некоторых странах запрещают из-за накопления плутония, противопоставляя им термоядерные реакторы, как не производящие плутоний и в этом смысле не представляющие интерес для террористов.

Ядерные материалы и изделия Развитие ядерной индустрии невозможно без создания специальных материалов со специфическими (и уникальными!) свойствами. Ядерные материала можно разделить на два класса: функциональные и конструкционные.

Сечение деления характеризует вероятность деления ядра нейтроном. От того, какая доля ядер не участвует в процессе деления, зависит выход энергии на один поглощенный нейтрон. Число нейтронов, испускаемых в одном акте деления, важно с точки зрения поддержания цепной реакции

 


Топливо для реакторов на быстрых нейтронах