Термоядерные реакции

Введение

В настоящее время человечество не может представить свою жизнь без электроэнергии. Человечество получает энергию при сжигании топлив - угля, нефти и газа, но нет сомнения, что в недалёком будущем органические топлива придётся заменить на другие источники энергии. Причина кроется в истощении природных ресурсов и загрязнении окружающей среды. Одним из перспективных направлений может оказаться освоение термоядерной энергии.

Если бы получение энергии с помощью термоядерного синтеза было бы настолько просто, как при помощи ГЭС, то человечество никогда не испытывало бы кризиса в электроэнергии. Для получения энергии с помощью термоядерного синтеза необходимо температура, эквивалентная температуре в центре солнца.

Термоядерные реакции

Термоядерный синтез — это процесс слияния лёгких атомных ядер, происходящий с выделением энергии.

Солнце, каждую секунду этот раскалённый газовый шар, выделяет столько энергии сколько человечеству хватило бы на миллион лет, такой колоссальный объем высвобождается из ядра звезды благодаря термоядерному синтезу, ядерный реакциям которые происходят уже 5 миллиардов лет

 Как протекает термоядерный синтез на солнце

Пятнадцать миллионов градусов по Цельсию – столь высокая температура, одно из важнейших условий для протекания термоядерной реакции. Главный её участник водород в недрах светила этот химический элемент ионизирован поэтому представлен в виде ядер атомов водорода, при столь огромных температурах протоны летят так быстро что преодолевая электрические силы отталкивания сильно сближаются и сталкиваются так и запускается протон протонный цикл, когда лёгкий элемент водород превращается в более тяжёлый именно эта разница масс, получившаяся в ходе синтеза и преобразуется в энергию по известной формуле Эйнштейна.

Осуществление термоядерных реакций в земных условиях

На Земле доступны гораздо более эффективные топлива чем-то, которое доступна звёздам, в природе доступны обычные протоны для того чтобы зажигать термоядерную реакцию, мы же можем сделать топливо значительно эффективнее если будем использовать дейтерий и тритий. Если их смесь нагреть до 50 миллион °С и выше, то они превратятся полностью ионизированную плазму благодаря этому ядра дейтерия смог разогнаться настолько сильно что преодолевая кулоновские силы сольются образуя нейтрон и ядро гелия. В результате каждого акта такого синтеза выделится 17,6 МэВ энергии.

Освобождающаяся при термоядерном синтезе энергия должна быть больше энергии нагрева реакционной смеси, т.е. должна достигаться положительный баланс энергии, Для этого должен выполнятся критерий Лоусона, т.е. произведение времени жизни плазмы[pic 1]τ на плотность реагирующих ионов n должно быть достаточно большое

Проблемы

Исследования по освоению управляемого термоядерного синтеза начались в 50-егоды XX века. Почему же до сих пор не построены термоядерные электростанции?

Оказалось, что для создания управляемого термоядерного реактора ученным и инженерам нужно решить массу проблем. К ним относятся создание сосуда для удержания плазмы, разработка больших сверхпроводящих магнитов, создание импульсных систем питания, генерирующих мощные потоки элементарных частиц, разработка способов высокочастотного нагрева, подбор подходящих конструкционных материалов и.т.д