Термоядерная энергетика и перспективы её развития

Введение

По современным физическим представлением, существует всего несколько фундаментальных источников энергии, которые, в принципе, могут быть освоены и использованы человечеством. Ядерные реакции синтеза - это один из таких источников энергии. В реакциях синтеза энергия производится за счет работы ядерных сил, совершаемых при слиянии ядер легких элементов и образовании более тяжелых ядер. Эти реакции широко распространены в природе - считается, что энергия звезд и, в том числе, Солнца производится в результате цепочки ядерных реакций синтеза, превращающих четыре ядра атома водорода в ядро гелия. Можно сказать, что Солнце - это большой естественный термоядерный реактор, снабжающий энергией экологическую систему Земли.

В нынешнем индустриальном обществе более половины энергии используется в режиме постоянного потребления, не зависящего от времени суток и сезона. На эту постоянную базовую мощность накладываются суточные и сезонные колебания. Таким образом, энергетическая система должна состоять из базовой энергетики, которая снабжает общество энергией на постоянном или квазипостоянном уровне, и энергетических ресурсов, которые используются по мере надобности. Ожидается, что возобновляемые источники энергии такие, как солнечная энергия, сжигание биомассы и др., будут использоваться в основном в переменной составляющей потребления энергии. Основной и единственный кандидат для базовой энергетики - это ядерная энергия. В настоящее время, для получения энергии освоены лишь ядерные реакции деления, которые используются на современных атомных электростанциях. Управляемый термоядерные синтез, пока, лишь потенциальный кандидат для базовой энергетики.

1.Понятие о термоядерной энергетике

Управляемый термоядерный синтез (УТС) — это процесс синтеза легких ядер, в контролируемых контролируемых условиях, происходит с выделением энергии при высоких температурах. Скорость термоядерных реакций мала из-за кулоновского отталкивания положительно заряженных ядер. Поэтому процесс синтеза протекает с заметной интенсивностью только между легкими ядрами с малым положительным зарядом и только при высоких температурах, когда кинетическая энергия сталкивающихся ядер достаточна для преодоления кулоновского барьера. При синтезе по уравнению Эйнштейна E=mc² при создании нового ядра освободится значительная энергия сильного взаимодействия. В естественных условиях термоядерные реакции между ядрами водорода (протонами) происходят внутри звёзд, особенно во внутренней области Солнца, и служат постоянным источником энергии, определяющей их излучение. Скорость горения водорода в звездах невелика, но огромные размеры и плотность звезд обеспечивают огромный поток энергии, который непрерывно выделяется на протяжении миллиардов лет. [4]

Для ре¬ше¬ния про¬бле¬мы УТС ана¬ли¬зи¬ру¬ют¬ся тер¬мо¬ядер¬ные ре¬ак¬ции, об¬ла¬даю¬щие наи¬боль-ши¬ми се¬че¬ния¬ми при от¬но¬си¬тель¬но уме¬рен¬ных темп-рах. Ин¬те¬рес пред¬став¬ля¬ет ре¬ак¬ция ме¬ж¬ду яд-ра¬ми тя¬жё¬лых изо¬то¬пов во¬до¬ро¬да – дей¬те¬рия и три¬тия: D+T→4He+n+17,6 МэВ (n – ней¬трон). Три¬тий бе¬та-ра¬дио¬ак¬ти¬вен с пе¬рио¬дом по¬лу¬рас¬па¬да 12,3 го¬да; его по¬лу¬ча¬ют об¬лу¬чая ней¬тро¬на¬ми ли¬тий, за¬па¬сы ко¬то¬ро¬го на Зем¬ле ве¬ли¬ки. Дей¬те¬рий – ста¬биль¬ный и ши¬ро¬ко рас¬про¬стра¬нён¬ный изо¬топ (его со¬дер¬жа¬ние в во¬до¬ро¬де ок. 0,015%). Т. о., для DT-ре¬ак¬ции на Зем¬ле име¬ют¬ся прак¬ти¬че¬ски не¬ог¬ра-ни¬чен¬ные то¬п¬лив¬ные ре¬сур¬сы. Для эф¬фек¬тив¬но¬го про¬те¬ка¬ния этой ре¬ак¬ции DT-плаз¬ма долж¬на быть на¬гре¬та до темп-ры по¬ряд¬ка 100 млн. гра¬ду¬сов и удов¬ле¬тво¬рять Ло¬усо¬на кри¬те¬рию. [5]

2.История становления направления в науке

Все началось более 70 лет назад с предположения о возможности сжигания