Problemas de criação de instalações termonucleares. Resolveu um dos problemas da fusão termonuclear

O artigo discute as razões pelas quais a fusão termonuclear controlada ainda não encontrou aplicação industrial.

Quando poderosas explosões abalaram a Terra na década de 1950 bombas termonucleares, parecia que antes do uso pacífico energia de fusão nuclear resta muito pouco: uma ou duas décadas. Havia motivos para tanto otimismo: do momento em que a bomba atômica foi usada até a criação de um reator que gera eletricidade, apenas 10 anos se passaram.

Mas a tarefa de conter fusão termonuclear revelou-se extraordinariamente difícil. Décadas se passaram, uma após a outra, e o acesso a reservas ilimitadas de energia não pôde ser obtido. Durante esse tempo, a humanidade, queimando recursos fósseis, poluiu a atmosfera com emissões e a superaqueceu com gases de efeito estufa. Os desastres em Chernobyl e Fukushima-1 desacreditaram a energia nuclear.

O que impediu o domínio de um processo tão promissor e seguro de fusão termonuclear, que poderia eliminar para sempre o problema de fornecer energia à humanidade?

Inicialmente, ficou claro que para a reação prosseguir, é necessário aproximar os núcleos de hidrogênio tão próximos que as forças nucleares poderiam formar o núcleo de um novo elemento - o hélio, com a liberação de uma quantidade significativa de energia. Mas os núcleos de hidrogênio são repelidos uns dos outros por forças elétricas. Uma avaliação das temperaturas e pressões nas quais uma reação termonuclear controlada começa mostrou que nenhum material pode suportar tais temperaturas.

Pelas mesmas razões, deutério puro, um isótopo de hidrogênio, também foi rejeitado. Depois de gastar bilhões de dólares e décadas, os cientistas finalmente conseguiram acender uma chama termonuclear por um tempo muito curto. Resta aprender como segurar o plasma de fusão por tempo suficiente. Era necessário passar da simulação computacional para a construção de um reator real.

Nesta fase, ficou claro que os esforços e fundos de um estado individual não seriam suficientes para construir e operar plantas piloto e piloto. No âmbito da cooperação internacional, decidiu-se implementar um projeto de reator termonuclear experimental no valor de mais de 14 bilhões de dólares.

Mas em 1996, os Estados Unidos cessaram sua participação e, consequentemente, o financiamento do projeto. Por algum tempo, a implantação foi financiada pelo Canadá, Japão e Europa, mas a construção do reator nunca chegou a ser concretizada.

O segundo projeto, também internacional, está sendo implementado na França. A retenção de plasma a longo prazo ocorre devido a uma forma especial do campo magnético - na forma de uma garrafa. A base deste método foi lançada por físicos soviéticos. Primeiro Instalação "Tokamak" deve dar a saída mais energia do que é gasto na ignição e retenção do plasma.

Até 2012, a instalação do reator deverá estar concluída, mas ainda não há informações sobre o sucesso da operação. Talvez as convulsões econômicas dos últimos anos tenham feito seus próprios ajustes nos planos dos cientistas.

Dificuldades em alcançar a fusão controlada deu origem a muitas especulações e relatos falsos sobre o chamado reação de fusão termonuclear "fria" de núcleos. Apesar do fato de que ainda não foram encontradas possibilidades físicas ou leis, muitos pesquisadores afirmam sua existência. Afinal, as apostas são muito altas: desde prêmios Nobel para cientistas até o domínio geopolítico de um estado que dominou essa tecnologia e obteve acesso à abundância de energia.

Mas cada uma dessas mensagens acaba sendo exagerada ou totalmente falsa. Cientistas sérios consideram a existência de tal reação com ceticismo.

As possibilidades reais de dominar a síntese e o início da operação industrial de reatores termonucleares são adiadas para meados do século XXI. A essa altura, será possível selecionar os materiais necessários e elaborar sua operação segura. Uma vez que tais reatores irão operar com plasma de densidade muito baixa, segurança de usinas de fusão será muito maior do que as usinas nucleares.

Qualquer violação na zona de reação “extinguirá” imediatamente a chama termonuclear. Mas as medidas de segurança não devem ser negligenciadas: a potência unitária dos reatores será tão grande que um acidente, mesmo nos circuitos de extração de calor, pode levar tanto a baixas quanto à poluição ambiental. A questão permanece pequena: esperar 30-40 anos e ver a era da abundância de energia. Se vivermos, é claro.

3. Problemas de fusão termonuclear controlada

Pesquisadores de todos os países desenvolvidos depositam suas esperanças em superar a próxima crise de energia com uma reação termonuclear controlada. Essa reação - a síntese de hélio a partir de deutério e trítio - ocorre no Sol há milhões de anos e, sob condições terrestres, há cinquenta anos eles tentam realizá-la em instalações de laser gigantes e muito caras, tokamaks (um dispositivo para realizar uma reação de fusão termonuclear em plasma quente) e stellarators (armadilha magnética fechada para conter plasma de alta temperatura). No entanto, existem outras maneiras de resolver esse difícil problema e, em vez de enormes tokamaks, provavelmente será possível usar um colisor bastante compacto e barato - um acelerador de feixes em colisão - para a implementação da fusão termonuclear.

Tokamak requer quantidades muito pequenas de lítio e deutério para operar. Por exemplo, um reator com potência elétrica de 1 GW queima cerca de 100 kg de deutério e 300 kg de lítio por ano. Se assumirmos que todas as usinas termonucleares produzirão 10 trilhões. kW/h de eletricidade por ano, ou seja, tanto quanto todas as usinas da Terra produzem hoje, então as reservas mundiais de deutério e lítio serão suficientes para abastecer a humanidade com energia por muitos milhões de anos.

Além da fusão de deutério e lítio, uma fusão puramente solar é possível quando dois átomos de deutério são combinados. Se essa reação for dominada, os problemas de energia serão resolvidos imediatamente e para sempre.

Em qualquer uma das variantes conhecidas de fusão termonuclear controlada (CTF), as reações termonucleares não podem entrar no modo de aumento descontrolado de potência, portanto, tais reatores não são intrinsecamente seguros.

Do ponto de vista físico, o problema é formulado de forma simples. Para que ocorra uma reação de fusão nuclear auto-sustentável, é necessário e suficiente satisfazer duas condições.

1. A energia dos núcleos participantes da reação deve ser de pelo menos 10 keV. Para que a fusão nuclear comece, os núcleos que participam da reação devem cair no campo de forças nucleares, cujo raio é 10-12-10-13 s.cm. No entanto, os núcleos atômicos têm uma carga elétrica positiva e cargas semelhantes se repelem. No limite da ação das forças nucleares, a energia de repulsão de Coulomb é de cerca de 10 keV. Para superar esta barreira, os núcleos na colisão devem ter uma energia cinética pelo menos não inferior a este valor.

2. O produto da concentração dos núcleos reagentes e o tempo de retenção durante o qual eles retêm a energia indicada deve ser de pelo menos 1014 s.cm-3. Essa condição - o chamado critério de Lawson - determina o limite da rentabilidade energética da reação. Para que a energia liberada na reação de fusão pelo menos cubra os custos de energia de iniciar a reação, os núcleos atômicos devem sofrer muitas colisões. Em cada colisão em que ocorre uma reação de fusão entre deutério (D) e trítio (T), 17,6 MeV de energia são liberados, ou seja, aproximadamente 3,10-12 J. Se, por exemplo, 10 MJ de energia são gastos na ignição, então a reação quebrará mesmo se pelo menos 3,1018 pares D-T participarem dele. E para isso, um plasma de alta energia bastante denso deve ser mantido no reator por um longo tempo. Esta condição é expressa pelo critério de Lawson.

Se ambos os requisitos puderem ser atendidos simultaneamente, o problema da fusão termonuclear controlada será resolvido.

No entanto, a implementação técnica deste problema físico enfrenta enormes dificuldades. Afinal, uma energia de 10 keV é uma temperatura de 100 milhões de graus. Uma substância a tal temperatura pode ser mantida por frações de segundo apenas no vácuo, isolando-a das paredes da instalação.

Mas existe outro método para resolver esse problema - uma fusão a frio. O que é uma fusão a frio - este é um análogo de uma reação termonuclear "quente" que ocorre à temperatura ambiente.

Na natureza, existem pelo menos duas maneiras de mudar a matéria dentro de uma dimensão do continuum. Você pode ferver água no fogo, ou seja, termicamente, ou num forno de micro-ondas, i.e. frequência. O resultado é o mesmo - a água ferve, a única diferença é que o método de frequência é mais rápido. Ele também usa a conquista de temperatura ultra-alta para dividir o núcleo do átomo. O método térmico dá uma reação nuclear descontrolada. A energia de uma fusão a frio é a energia do estado de transição. Uma das principais condições para o projeto de um reator para a realização de uma reação de fusão a frio é a condição de sua forma piramidal-cristalina. Outra condição importante é a presença de campos magnéticos rotativos e de torção. A intersecção dos campos ocorre no ponto de equilíbrio instável do núcleo de hidrogênio.

Cientistas Ruzi Taleiarkhan do Laboratório Nacional de Oak Ridge, Richard Leikhi da Universidade Politécnica. Renssilira e o acadêmico Robert Nigmatulin - registraram uma reação termonuclear fria em laboratório.

O grupo usou um béquer de acetona líquida do tamanho de dois a três copos. As ondas sonoras passavam intensamente pelo líquido, produzindo um efeito conhecido na física como cavitação acústica, cuja consequência é a sonoluminescência. Durante a cavitação, pequenas bolhas apareceram no líquido, que aumentaram para dois milímetros de diâmetro e explodiram. As explosões foram acompanhadas por flashes de luz e liberação de energia, ou seja, a temperatura dentro das bolhas no momento da explosão atingiu 10 milhões de graus Kelvin, e a energia liberada, segundo os experimentadores, é suficiente para realizar a fusão termonuclear.

"Tecnicamente" a essência da reação reside no fato de que, como resultado da combinação de dois átomos de deutério, um terceiro é formado - um isótopo de hidrogênio, conhecido como trítio, e um nêutron, caracterizado por uma enorme quantidade de energia .

A corrente no estado supercondutor é zero e, portanto, a quantidade mínima de eletricidade será gasta na manutenção do campo magnético. 8. Sistemas super rápidos. Fusão termonuclear controlada com confinamento inercial As dificuldades associadas ao confinamento magnético do plasma podem, em princípio, ser contornadas se o combustível nuclear for queimado em tempos extremamente...

Para 2004 . As próximas negociações deste projeto serão realizadas em maio de 2004 em Viena. O reator será construído em 2006 e está programado para ser lançado em 2014. Como funciona A fusão* é uma maneira barata e ecológica de produzir energia. Por bilhões de anos, a fusão termonuclear descontrolada ocorre no Sol - o hélio é formado a partir do isótopo pesado do hidrogênio deutério. Em que...

O reator termonuclear experimental é dirigido por E.P. Velikhov. Os Estados Unidos, tendo gasto 15 bilhões de dólares, retiraram-se deste projeto, os 15 bilhões restantes já foram gastos por organizações científicas internacionais. 2. Problemas técnicos, ambientais e médicos. Durante a operação de instalações de fusão termonuclear controlada (UTF). feixes de nêutrons e radiação gama ocorrem, bem como...

Energia e qual qualidade será necessária para que a energia liberada seja suficiente para cobrir os custos de iniciar o processo de liberação de energia. Discutiremos esta questão abaixo em conexão com os problemas da fusão termonuclear. Sobre a qualidade de energia dos lasers Nos casos mais simples, as limitações na conversão de energia de baixa qualidade em energia de alta qualidade são óbvias. Aqui estão alguns exemplos de...

Sivkova Olga Dmitrievna

Este trabalho ficou em 3º lugar no NOU regional

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Instituição de ensino municipal

Escola secundária №175

Distrito de Leninsky de Nizhny Novgorod

Problemas de fusão termonuclear

Completado por: Sivkova Olga Dmitrievna

Aluno 11 classe "A", escola número 175

Supervisor:

Kirzhaeva D. G.

Nizhny Novgorod

ano 2013.

Introdução 3

2. Fusão termonuclear controlada 8

3. Vantagens da fusão termonuclear 10

4. Problemas de fusão termonuclear 12

4.1 Questões ambientais 15

4.2 Problemas médicos 16

5. Instalações termonucleares 18

6. Perspectivas para o desenvolvimento da fusão termonuclear 23

Conclusão 26

Literatura 27

Introdução

De acordo com várias previsões, as principais fontes de eletricidade do planeta terminarão em 50-100 anos. A humanidade esgotará as reservas de petróleo em 40 anos, gás - no máximo 80 e urânio - em 80-100 anos. As reservas de carvão podem ser suficientes para 400 anos, mas o uso desse combustível fóssil, e como o principal, coloca o planeta à beira de uma catástrofe ecológica. Se essa poluição impiedosa da atmosfera não for interrompida hoje, não pode haver dúvidas de séculos. Isso significa que precisamos de uma fonte alternativa de energia no futuro próximo.

E existe essa fonte. Esta é a energia termonuclear, que usa deutério absolutamente não radioativo e trítio radioativo, mas em volumes milhares de vezes menores do que na energia nuclear. E essa fonte é praticamente inesgotável, é baseada na colisão de núcleos de hidrogênio, e o hidrogênio é a substância mais comum no universo.

Uma das tarefas mais importantes que a humanidade enfrenta nesta área éproblema da fusão termonuclear controlada.

A civilização humana não pode existir, muito menos se desenvolver, sem energia. Todos estão bem cientes de que as fontes de energia desenvolvidas, infelizmente, podem se esgotar em breve. De acordo com o Conselho Mundial de Energia, as reservas exploradas de combustíveis de hidrocarbonetos na Terra permanecem por 30 anos.

Hoje, as principais fontes de energia são petróleo, gás e carvão.

Segundo especialistas, as reservas desses minerais estão se esgotando. Quase não há campos de petróleo explorados, adequados para o desenvolvimento, e já nossos netos podem enfrentar um problema gravíssimo de falta de energia.

As usinas nucleares, que são mais bem abastecidas com combustível, poderiam, é claro, fornecer eletricidade à humanidade por mais de cem anos.

Objeto de estudo: Problemas fusão termonuclear controlada.

Objeto de estudo:Fusão termonuclear.

Propósito do estudo:Resolver o problema de controle de fusão termonuclear;

Objetivos de pesquisa:

Estudar os tipos de reações termonucleares.
Considere todas as opções possíveis para fornecer a energia liberada durante uma reação termonuclear a uma pessoa.
Apresentar uma teoria sobre a conversão de energia em eletricidade.

Fato inicial:

A energia nuclear é liberada durante o decaimento ou fusão de núcleos atômicos. Qualquer energia - física, química ou nuclear se manifesta por sua capacidade de realizar trabalho, irradiar calor ou radiação. A energia em qualquer sistema é sempre conservada, mas pode ser transferida para outro sistema ou alterada na forma.

Realização condições de fusão termonuclear controlada são prejudicadas por vários problemas principais:

Primeiro, o gás deve ser aquecido a uma temperatura muito alta.
Em segundo lugar, é necessário controlar o número de núcleos reagentes por um tempo suficientemente longo.
Em terceiro lugar, a quantidade de energia liberada deve ser maior do que foi gasto para aquecer e limitar a densidade do gás.
O próximo problema é o acúmulo dessa energia e sua conversão em eletricidade.

1. Reações termonucleares no Sol

Qual é a fonte da energia solar? Qual é a natureza dos processos durante os quais uma enorme quantidade de energia é produzida? Por quanto tempo o sol continuará a brilhar?

As primeiras tentativas de responder a essas perguntas foram feitas por astrônomos em meados do século 19, depois que os físicos formularam a lei da conservação da energia.

Robert Mayer sugeriu que o Sol brilha devido ao constante bombardeio da superfície por meteoritos e partículas de meteoros. Esta hipótese foi rejeitada, pois um cálculo simples mostra que para manter a luminosidade do Sol no nível atual, é necessário que 2∙10 15 kg de matéria meteórica. Por um ano será 6∙10 22 kg, e durante a existência do Sol, por 5 bilhões de anos - 3∙10 32 kg. massa solar M = 2∙10 30 kg, portanto, em cinco bilhões de anos, matéria 150 vezes a massa do Sol deveria ter caído sobre o Sol.

A segunda hipótese também foi apresentada por Helmholtz e Kelvin em meados do século XIX. Eles sugeriram que o Sol irradia contraindo 60 a 70 metros anualmente. O motivo da compressão é a atração mútua das partículas do Sol, razão pela qual essa hipótese é chamada contratual . Se fizermos um cálculo de acordo com essa hipótese, a idade do Sol não será superior a 20 milhões de anos, o que contradiz os dados modernos obtidos a partir da análise do decaimento radioativo de elementos em amostras geológicas do solo da Terra e do solo da Lua .

A terceira hipótese sobre as possíveis fontes de energia solar foi apresentada por James Jeans no início do século XX. Ele sugeriu que as profundezas do Sol contêm elementos radioativos pesados que decaem espontaneamente, enquanto a energia é emitida. Por exemplo, a transformação do urânio em tório e depois em chumbo é acompanhada pela liberação de energia. A análise subsequente dessa hipótese também mostrou seu fracasso; uma estrela composta apenas de urânio não liberaria energia suficiente para fornecer a luminosidade observada do Sol. Além disso, existem estrelas que são muitas vezes mais luminosas que a nossa. É improvável que essas estrelas também contenham mais material radioativo.

A hipótese mais provável acabou sendo a hipótese da síntese de elementos como resultado de reações nucleares no interior das estrelas.

Em 1935, Hans Bethe levantou a hipótese de que a reação termonuclear de conversão de hidrogênio em hélio poderia ser a fonte de energia solar. Foi por isso que Bethe recebeu o Prêmio Nobel em 1967.

A composição química do Sol é aproximadamente a mesma da maioria das outras estrelas. Aproximadamente 75% é hidrogênio, 25% é hélio e menos de 1% é todos os outros elementos químicos (principalmente carbono, oxigênio, nitrogênio, etc.). Imediatamente após o nascimento do Universo, não havia elementos "pesados". Todos eles, ou seja, elementos mais pesados que o hélio, e até mesmo muitas partículas alfa, foram formados durante a "queima" do hidrogênio nas estrelas durante a fusão termonuclear. O tempo de vida característico de uma estrela como o Sol é de dez bilhões de anos.

A principal fonte de energia éciclo próton-próton – reação muito lenta (tempo característico 7,9∙10 9 anos), uma vez que é devido à interação fraca. Sua essência reside no fato de que a partir de quatro prótons é obtido um núcleo de hélio. Nesse caso, um par de pósitrons e um par de neutrinos são liberados, além de 26,7 MeV de energia. O número de neutrinos emitidos pelo Sol por segundo é determinado apenas pela luminosidade do Sol. Desde quando 26,7 MeV são liberados, nascem 2 neutrinos, então a taxa de emissão de neutrinos: 1,8∙10 38 neutrino/s. Um teste direto desta teoria é a observação de neutrinos solares. Neutrinos de alta energia (boro) são registrados em experimentos de cloro-argônio (experimentos de Davis) e mostram consistentemente uma falta de neutrinos em comparação com o valor teórico para o modelo solar padrão. Neutrinos de baixa energia que surgem diretamente na reação pp são registrados em experimentos de gálio-germânio (GALLEX em Gran Sasso (Itália-Alemanha) e SAGE em Baksan (Rússia-EUA)); eles também estão "desaparecidos".

De acordo com algumas suposições, se os neutrinos tiverem uma massa de repouso diferente de zero, são possíveis oscilações (transformações) de vários tipos de neutrinos (o efeito Mikheev-Smirnov-Wolfenstein) (existem três tipos de neutrinos: neutrinos de elétron, múon e tauon) . Porque outros neutrinos têm seções de choque de interação com a matéria muito menores do que os elétrons, o déficit observado pode ser explicado sem alterar o modelo padrão do Sol, construído com base em todo o conjunto de dados astronômicos.

A cada segundo, o Sol recicla cerca de 600 milhões de toneladas de hidrogênio. Os estoques de combustível nuclear durarão mais cinco bilhões de anos, após os quais se transformará gradualmente em uma anã branca.

As partes centrais do Sol encolherão, aquecendo, e o calor transferido para a camada externa levará à sua expansão para tamanhos monstruosos em comparação com os modernos: o Sol se expandirá tanto que absorverá Mercúrio, Vênus e gastará " combustível" cem vezes mais rápido do que atualmente. Isso aumentará o tamanho do Sol; nossa estrela se tornará uma gigante vermelha, cujo tamanho é comparável à distância da Terra ao Sol!

É claro que seremos notificados com antecedência de tal evento, pois a transição para um novo estágio levará aproximadamente 100 a 200 milhões de anos. Quando a temperatura da parte central do Sol atingir 100.000.000 K, o hélio também começará a queimar, transformando-se em elementos pesados, e o Sol entrará em um estágio de ciclos complexos de contração e expansão. No último estágio, nossa estrela perderá sua casca externa, o núcleo central terá uma densidade e tamanho incrivelmente grandes, como o da Terra. Mais alguns bilhões de anos se passarão e o Sol esfriará, transformando-se em uma anã branca.

2. Fusão termonuclear controlada.

A fusão termonuclear controlada (CTF) é a síntese de núcleos atômicos mais pesados a partir de núcleos mais leves para obter energia que, diferentemente da fusão termonuclear explosiva (usada em armas termonucleares), é controlada. A fusão termonuclear controlada difere da energia nuclear tradicional, pois esta última utiliza uma reação de fissão, durante a qual núcleos mais leves são obtidos a partir de núcleos pesados. Deutério ( 2 H) e trítio (3 H), e em um futuro mais distante, hélio-3 ( 3 He) e boro-11 (11 B).

A fusão termonuclear controlada pode usar vários tipos de reações termonucleares, dependendo do tipo de combustível utilizado.

O deutério é classificado como combustível termonuclear. 2 D 1 , trítio 3 T 1 e 6 Li 3 . O combustível nuclear primário deste tipo é o deutério. 6 Li 3 serve como matéria-prima para a obtenção de combustível termonuclear secundário - trítio.

Trítio 3 T 1 - hidrogênio superpesado 3N1 – obtido por irradiação de Li natural ( 7,52% 6 Li 3 ) nêutrons e partículas alfa ( 4α 2 - núcleos de átomos de hélio 4 Não 2 ). O deutério é usado como combustível termonuclear misturado com trítio e 6 Li 3 (na forma de LiD e LiТ ). Durante a implementação de reações de fusão nuclear no combustível, ocorrem reações de fusão de núcleos de hélio (a uma temperatura de dezenas a centenas de milhões de graus). Os nêutrons emitidos são absorvidos pelos núcleos 6 Li 3 , enquanto uma quantidade adicional de trítio é formada de acordo com a reação: 6 Li 3 + 1 p 0 \u003d 3 T 1 + 4 He 2 ( na reação da soma dos números de massa 6+1=3+4 e somas de encargos 3+0=1+2 deve ser o mesmo em ambos os lados da equação). Dois núcleos de deutério (hidrogênio pesado) dão como resultado da reação de fusão um núcleo de trítio (hidrogênio superpesado) e um próton (o núcleo de um átomo de hidrogênio normal): 2 D 1 + 2 D 1 \u003d 3 T 1 + 1 R 1; As reações também podem ser inversas, com a formação de um núcleo isotópico de hélio 3 He 2 e nêutron 1 p 0 : 2 D 1 + 2 D 1 = 3 He 2 + 1 p 0 . O trítio reage com o deutério, os nêutrons reaparecem, capazes de interagir com 6 Li 3: 2 D 1 + 3 T 1 \u003d 4 He 2 + 1 p 0 etc. O poder calorífico do combustível termonuclear é 5 a 6 vezes maior do que o dos materiais físseis. As reservas de deutério na hidrosfera são cerca de 10 13 t . No entanto, atualmente, apenas reações descontroladas (explosão) são praticamente realizadas, e métodos estão sendo amplamente pesquisados para realizar uma reação termonuclear controlada, o que, em princípio, permite fornecer energia à humanidade por um período quase ilimitado de Tempo.

3. Vantagens da fusão termonuclear

Que vantagens tem a fusão termonuclear em comparação com as reações de fissão nuclear, que nos permitem esperar um desenvolvimento em larga escala da energia termonuclear? A principal e fundamental diferença é a ausência de resíduos radioativos de vida longa, o que é típico dos reatores de fissão nuclear. E embora a primeira parede seja ativada por nêutrons durante a operação de um reator termonuclear, a escolha de materiais estruturais de baixa ativação adequados abre a possibilidade fundamental de criar um reator termonuclear no qual a atividade induzida da primeira parede diminuirá a um nível completamente nível seguro trinta anos após o desligamento do reator. Isso significa que o reator expirado precisará ser desativado por apenas 30 anos, após os quais os materiais poderão ser reciclados e usados em um novo reator de fusão. Esta situação é fundamentalmente diferente dos reatores de fissão, que produzem resíduos radioativos que requerem processamento e armazenamento por dezenas de milhares de anos. Além da baixa radioatividade, a energia termonuclear tem enormes reservas quase inesgotáveis de combustível e outros materiais necessários, suficientes para produzir energia por muitas centenas, senão milhares de anos.

Foram essas vantagens que levaram os principais países nucleares a iniciar pesquisas em larga escala sobre fusão termonuclear controlada em meados da década de 1950. Naquela época, os primeiros testes bem-sucedidos de bombas de hidrogênio já haviam sido realizados na União Soviética e nos Estados Unidos, o que confirmou a possibilidade fundamental de usar a energia da fusão nuclear em condições terrestres. Desde o início, ficou claro que a fusão termonuclear controlada não tinha aplicação militar. Em 1956, a pesquisa foi desclassificada e desde então tem sido realizada no âmbito de uma ampla cooperação internacional. A bomba de hidrogênio foi criada em poucos anos, e naquela época parecia que o objetivo estava próximo, e que as primeiras grandes instalações experimentais, construídas no final dos anos 50, receberiam plasma termonuclear. No entanto, foram necessários mais de 40 anos de pesquisa para criar condições sob as quais a liberação de energia termonuclear fosse comparável ao poder de aquecimento da mistura reagente. Em 1997, a maior instalação termonuclear, a europeia TOKAMAK (JET), recebeu 16 MW de energia termonuclear e chegou perto desse limite.

Qual foi o motivo de tanta demora? Descobriu-se que, para atingir o objetivo, físicos e engenheiros tiveram que resolver muitos problemas dos quais não tinham ideia no início da jornada. Durante esses 40 anos, uma ciência foi criada - a física dos plasmas, que possibilitou entender e descrever os complexos processos físicos que ocorrem na mistura reagente. Os engenheiros tiveram que resolver problemas igualmente difíceis, incluindo como criar um vácuo profundo em grandes volumes, selecionar e testar materiais estruturais adequados, desenvolver grandes ímãs supercondutores, lasers poderosos e fontes de raios X, desenvolver sistemas de energia pulsada capazes de criar poderosos feixes de partículas, desenvolver métodos de aquecimento de alta frequência da mistura e muito mais.

4. Problemas de fusão termonuclear controlada

Do ponto de vista físico, o problema é formulado de forma simples. Para que ocorra uma reação de fusão nuclear auto-sustentável, é necessário e suficiente satisfazer duas condições.

A energia dos núcleos participantes da reação deve ser de pelo menos 10 keV. Para que a fusão nuclear comece, os núcleos que participam da reação devem cair no campo de forças nucleares, cujo raio é 10-12-10-13 s.cm. No entanto, os núcleos atômicos têm uma carga elétrica positiva e cargas semelhantes se repelem. No limite da ação das forças nucleares, a energia de repulsão de Coulomb é de cerca de 10 keV. Para superar esta barreira, os núcleos na colisão devem ter uma energia cinética pelo menos não inferior a este valor.
O produto da concentração de núcleos reagentes e o tempo de retenção durante o qual eles retêm a energia indicada deve ser de pelo menos 1014 s.cm-3. Essa condição - o chamado critério de Lawson - determina o limite da rentabilidade energética da reação. Para que a energia liberada na reação de fusão pelo menos cubra os custos de energia de iniciar a reação, os núcleos atômicos devem sofrer muitas colisões. Em cada colisão em que ocorre uma reação de fusão entre deutério (D) e trítio (T), 17,6 MeV de energia são liberados, ou seja, aproximadamente 3,10-12 J. Se, por exemplo, 10 MJ de energia são gastos na ignição, então a reação quebrará mesmo se pelo menos 3,1018 pares D-T participarem dele. E para isso, um plasma de alta energia bastante denso deve ser mantido no reator por um longo tempo. Esta condição é expressa pelo critério de Lawson.

Se ambos os requisitos puderem ser atendidos simultaneamente, o problema da fusão termonuclear controlada será resolvido.

Mas existe outro método para resolver esse problema - uma fusão a frio. O que é uma fusão a frio - este é um análogo de uma reação termonuclear "quente" que ocorre à temperatura ambiente.

4.1 Problemas econômicos

Ao criar o TCB, supõe-se que será uma grande instalação equipada com computadores poderosos. Será uma cidade inteira. Mas em caso de acidente ou avaria do equipamento, o funcionamento da estação será interrompido.

Isso não é previsto, por exemplo, em projetos modernos de NPP. Acredita-se que o principal é construí-los, e o que acontece a seguir não é importante.

Mas em caso de falha de 1 estação, muitas cidades ficarão sem eletricidade. Isso pode ser visto no exemplo da usina nuclear na Armênia. A remoção de resíduos radioativos tornou-se muito cara. A pedido da usina nuclear verde foi fechada. A população ficou sem eletricidade, os equipamentos da usina foram gastos e o dinheiro alocado por organizações internacionais para a restauração foi desperdiçado.

Um grave problema econômico é a descontaminação de indústrias abandonadas onde o urânio era processado. Por exemplo, "a cidade de Aktau tem seu próprio pequeno" Chernobyl ". Está localizado no território da usina químico-hidrometalúrgica (KhGMZ). A radiação de fundo de raios gama na oficina de processamento de urânio (HMC) em alguns lugares atinge 11.000 micro-roentgens por hora, o nível médio de fundo é de 200 micro-roentgens ( O fundo natural usual é de 10 a 25 micro-roentgens por hora. Após o desligamento da planta, a descontaminação não foi realizada aqui. parte do equipamento, cerca de quinze mil toneladas, já possui radioatividade irremovível, ao mesmo tempo em que esses itens perigosos são armazenados a céu aberto, mal guardados e constantemente retirados do território da KhGMZ.

Portanto, como não há produções eternas, em conexão com o advento de novas tecnologias, o TCB pode ser fechado e então objetos, metais do empreendimento entrarão no mercado e a população local sofrerá.

A água será usada no sistema de refrigeração do TCB. Mas, de acordo com ambientalistas, se fizermos estatísticas sobre usinas nucleares, a água desses reservatórios não é potável.

Segundo especialistas, o reservatório está cheio de metais pesados (em particular, tório-232), e em alguns lugares o nível de radiação gama atinge 50 - 60 microroentgens por hora.

Ou seja, agora, durante a construção das usinas nucleares, não são fornecidos recursos que devolveriam a área ao seu estado original. E após o fechamento do empreendimento, ninguém sabe como enterrar os resíduos acumulados e limpar o antigo empreendimento.

4.2 Problemas médicos

Os efeitos nocivos da CTS incluem a produção de mutantes de vírus e bactérias que produzem substâncias nocivas. Isto é especialmente verdadeiro para vírus e bactérias no corpo humano. O aparecimento de tumores malignos e câncer provavelmente será uma doença comum dos moradores das aldeias que vivem próximas ao TCB. Os moradores sempre sofrem mais porque não têm meios de proteção. Os dosímetros são caros e os medicamentos não estão disponíveis. Os resíduos do TCF serão despejados nos rios, liberados no ar ou bombeados para camadas subterrâneas, o que está acontecendo agora nas usinas nucleares.

Além dos danos que ocorrem logo após a exposição a altas doses, a radiação ionizante causa efeitos a longo prazo. Basicamente, carcinogênese e distúrbios genéticos que podem ocorrer em qualquer dose e tipo de exposição (única, crônica, local).

Segundo relatos de médicos que registraram doenças de trabalhadores de usinas nucleares, primeiro há doenças cardiovasculares (ataques cardíacos), depois câncer. O músculo cardíaco fica mais fino sob a influência da radiação, fica flácido, menos durável. Existem doenças bastante incompreensíveis. Por exemplo, insuficiência hepática. Mas por que isso acontece, nenhum dos médicos ainda não sabe. Se substâncias radioativas entrarem no trato respiratório durante um acidente, os médicos cortam os tecidos danificados do pulmão e da traqueia e a pessoa com deficiência anda com um dispositivo portátil para respirar

5. Instalações termonucleares

Os cientistas do nosso país e da maioria dos países desenvolvidos do mundo lidam há muitos anos com o problema do uso de reações termonucleares para fins energéticos. Foram criadas instalações termonucleares únicas - os dispositivos técnicos mais complexos projetados para estudar a possibilidade de obter energia colossal, que é liberada até agora apenas durante a explosão de uma bomba de hidrogênio. Os cientistas querem aprender a controlar o curso de uma reação termonuclear - a reação de combinar núcleos pesados de hidrogênio (deutério e trítio) com a formação de núcleos de hélio em altas temperaturas - para usar a energia liberada durante isso para fins pacíficos, para o benefício das pessoas.

Há muito pouco deutério em um litro de água da torneira. Mas se esse deutério for coletado e usado como combustível em uma instalação termonuclear, você poderá obter tanta energia quanto queimar quase 300 quilos de petróleo. E para fornecer a energia que hoje se obtém com a queima do combustível convencional extraído em um ano, seria necessário extrair deutério da água contida em um cubo com apenas 160 metros de lado. Só o rio Volga transporta cerca de 60.000 metros cúbicos de água para o Mar Cáspio todos os anos.

Para que uma reação termonuclear ocorra, várias condições devem ser atendidas. Assim, a temperatura na zona onde os núcleos de hidrogênio pesados se combinam deve ser de aproximadamente 100 milhões de graus. A uma temperatura tão grande, não estamos mais falando de um gás, mas de um plasma. O plasma é um estado da matéria quando, em altas temperaturas de gás, átomos neutros perdem seus elétrons e se transformam em íons positivos. Em outras palavras, o plasma é uma mistura de íons positivos e elétrons em movimento livre. A segunda condição é a necessidade de manter uma densidade de plasma na zona de reação de pelo menos 100.000 bilhões de partículas por centímetro cúbico. E, finalmente, o principal e mais difícil é manter o curso da reação termonuclear por pelo menos um segundo.

A câmara de trabalho de uma instalação termonuclear é toroidal, semelhante a um enorme bagel oco. É preenchido com uma mistura de deutério e trítio. Dentro da própria câmara, é criada uma bobina de plasma - um condutor através do qual passa uma corrente elétrica de cerca de 20 milhões de amperes.
A corrente elétrica desempenha três funções importantes. Primeiro, ele cria plasma. Em segundo lugar, aquece até cem milhões de graus. E, por fim, a corrente cria um campo magnético ao seu redor, ou seja, envolve o plasma com linhas de força magnética. Em princípio, as linhas de força ao redor do plasma devem mantê-lo suspenso e evitar que o plasma toque nas paredes da câmara, mas manter o plasma suspenso não é tão simples. As forças elétricas deformam o condutor de plasma, que não tem a força de um condutor de metal. Ele se dobra, atinge a parede da câmara e fornece sua energia térmica. Para evitar isso, mais bobinas são colocadas no topo da câmara toroidal, que criam um campo magnético longitudinal na câmara, que empurra o condutor de plasma para longe das paredes. Só isso não é suficiente, pois o condutor de plasma portador de corrente tende a se esticar, para aumentar seu diâmetro. O campo magnético, que é criado automaticamente, sem forças externas estranhas, também é chamado para impedir que o condutor de plasma se expanda. O condutor de plasma é colocado junto com a câmara toroidal em outra câmara maior feita de um material não magnético, geralmente cobre. Assim que o condutor do plasma tenta desviar da posição de equilíbrio, na bainha de cobre, de acordo com a lei da indução eletromagnética, surge uma corrente de indução, que é oposta à corrente no plasma. Como resultado, aparece uma força oposta, que repele o plasma das paredes da câmara.
Manter o plasma do contato com as paredes da câmara por um campo magnético foi proposto em 1949 por A.D. Sakharov, e um pouco mais tarde o americano J. Spitzer.

Na física, é costume dar nomes a cada novo tipo de configuração experimental. Uma estrutura com esse sistema de enrolamento é chamada de tokamak - abreviação de "câmara toroidal e bobina magnética".

Na década de 1970, uma instalação termonuclear chamada "Tokamak-10" foi construída na URSS. Foi desenvolvido no Instituto de Energia Atômica. 4. Kurchatov. Nesta instalação, a temperatura do condutor de plasma era de 10 milhões de graus, a densidade do plasma não era inferior a 100 bilhões de partículas por centímetro cúbico e o tempo de retenção do plasma era próximo a 0,5 segundos. A maior instalação em nosso país hoje, Tokamak-15, também foi construída no Instituto Kurchatov do Centro de Pesquisa de Moscou.

Todas as instalações termonucleares criadas até agora só consomem energia para aquecimento de plasma e criação de campos magnéticos. Uma usina termonuclear do futuro, pelo contrário, deve liberar tanta energia que uma pequena parte dela poderia ser usada para manter uma reação termonuclear, ou seja, aquecer o plasma, criar campos magnéticos e alimentar muitos dispositivos e dispositivos auxiliares, e dar a parte principal para consumo na rede elétrica.

Em 1997, no Reino Unido, no JET tokamak, a entrada e a energia recebida coincidiram. Embora isso, é claro, não seja suficiente para a autossustentação do processo: até 80% da energia recebida é perdida. Para que o reator funcione, é necessário produzir cinco vezes mais energia do que é gasto no aquecimento do plasma e na criação de campos magnéticos.
Em 1986, os países da União Européia, juntamente com a URSS, EUA e Japão, decidiram desenvolver e construir em conjunto até 2010 um tokamak suficientemente grande capaz de produzir energia não apenas para manter a fusão termonuclear em plasma, mas também para obter energia energia elétrica. Este reator foi nomeado ITER, abreviação de International Thermonuclear Experimental Reactor. Em 1998, eles conseguiram concluir os cálculos do projeto, mas devido ao fracasso dos americanos, mudanças tiveram que ser feitas no projeto do reator para reduzir seu custo.

Você pode deixar as partículas se moverem naturalmente e dar à câmera uma forma que segue seu caminho. A câmera então tem uma aparência bastante bizarra. Ele repete a forma de um filamento de plasma que aparece no campo magnético de bobinas externas de configuração complexa. O campo magnético é criado por bobinas externas de configuração muito mais complexa do que em um tokamak. Dispositivos desse tipo são chamados de stellarators. Torsatron "Hurricane-3M" foi construído em nosso país. Este stellarator experimental foi projetado para conter plasma aquecido a dez milhões de graus.

Atualmente, os tokamaks têm outros concorrentes sérios usando a fusão termonuclear inercial. Nesse caso, vários miligramas da mistura deutério-trítio são colocados em uma cápsula de 1 a 2 mm de diâmetro. A radiação pulsada de várias dezenas de lasers poderosos é focada na cápsula. Como resultado, a cápsula evapora instantaneamente. É necessário colocar 2 MJ de energia na radiação em 5 a 10 nanossegundos. Então, a pressão leve comprimirá a mistura a tal ponto que uma reação de fusão termonuclear pode ocorrer. A energia liberada durante a explosão, equivalente em potência a uma explosão de cem quilos de TNT, será convertida em uma forma mais conveniente de uso - por exemplo, em uma forma elétrica. No entanto, a construção de stellarators e instalações de fusão inercial também encontra sérias dificuldades técnicas. Provavelmente, o uso prático da energia termonuclear não é uma questão de futuro próximo.

6. Perspectivas para dominar a fusão termonuclear

Como uma tarefa importante para a indústria nuclear, a longo prazo, é entrar no desenvolvimento de tecnologias de fusão termonuclear controlada como base da energia do futuro. Atualmente, decisões estratégicas estão sendo tomadas em todo o mundo para desenvolver e dominar novas fontes de energia. A necessidade de desenvolver tais fontes está associada à esperada escassez de produção de energia e recursos limitados de combustível. Uma das fontes de energia inovadoras mais promissoras é a fusão termonuclear controlada (CTF). A energia de fusão é liberada durante a fusão de núcleos de isótopos de hidrogênio pesados. O combustível para um reator termonuclear é água e lítio, cujas reservas são praticamente ilimitadas. Em condições terrestres, a implementação do CTS é uma tarefa científica e tecnológica complexa associada à obtenção de uma temperatura da substância superior a 100 milhões de graus e isolamento térmico da região de síntese das paredes do reator.

A fusão termonuclear é um projeto de longo prazo, a criação de uma instalação comercial está prevista para 2040-2050. O cenário mais provável para o domínio da energia termonuclear envolve a implementação de três etapas:
- dominar os modos de queima a longo prazo de uma reação termonuclear;
- demonstração de geração de eletricidade;
- Criação de estações termonucleares industriais.

No âmbito do projeto internacional ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), pretende-se demonstrar a viabilidade técnica de confinar plasma e gerar energia.O principal objetivo programático do projeto ITER é demonstrar a viabilidade científica e técnica da obtenção de energia através de reações de fusão (fusão) de isótopos de hidrogênio - deutério e trítio. A potência de fusão projetada do reator ITER será de cerca de 500 MW a uma temperatura de plasma de 100 milhões de graus.
Em novembro de 2006, todos os participantes do projeto ITER - União Européia, Rússia, Japão, EUA, China, Coréia e Índia assinaram os Acordos sobre o estabelecimento da Organização Internacional de Energia de Fusão ITER para a implementação conjunta do projeto ITER. A fase de construção do reator começou em 2007.

A participação da Rússia no projeto ITER consiste no desenvolvimento, fabricação e fornecimento ao canteiro de obras do reator (Cadarache, França) dos principais equipamentos tecnológicos e com uma contribuição monetária, que em geral é cerca de 10% do custo total da construção do reator . EUA, China, Índia, Coréia e Japão têm a mesma parcela de contribuição.
Roteiro para dominar a energia da fusão termonuclear controlada

2000 (nível atual):
Desafios a serem superados: Alcançar Equidade em Custos e Geração de Energia
A última geração de tokamaks permitiu aproximar-se da implementação da combustão termonuclear controlada com uma grande liberação de energia.
A potência das reações de fusão termonuclear atingiu o nível de 17 MW (instalação JET, UE), que é comparável à potência colocada no plasma.
2020:

Tarefas a resolver no projeto ITER: reação a longo prazo, desenvolvimento e integração de tecnologias termonucleares.

O objetivo do projeto ITER é alcançar a ignição controlada de uma reação termonuclear e sua queima de longo prazo em um excesso de dez vezes de energia termonuclear sobre a energia para iniciar uma reação de fusão Q³10.

2030:
Tarefa a ser resolvida: construção de uma estação de demonstração DEMO (OTE)
A escolha de materiais e tecnologias ideais para OFC, o projeto, construção e testes de partida de uma usina termonuclear experimental foram concluídos no âmbito do projeto DEMO, e o projeto conceitual do PTE foi concluído.
2050
Tarefas a serem resolvidas: projeto e construção de PTE, conclusão de testes de tecnologias de geração de energia elétrica no DEMO.
Criação de uma estação industrial de energia com alta margem de segurança e indicadores econômicos aceitáveis do custo da energia.
A humanidade receberá em suas mãos uma fonte de energia inesgotável, ecologicamente e economicamente aceitável.O projeto do reator de fusão é baseado em sistemas com confinamento de plasma magnético do tipo "Tokamak", desenvolvido e implementado pela primeira vez na URSS. Em 1968, uma temperatura de plasma de 10 milhões de graus foi alcançada no tokamak T-3. Desde então, as instalações da Tokamak tornaram-se a principal direção na pesquisa sobre fusão termonuclear em todos os países.

Atualmente, os tokamaks T-10 e T-15 (RRC "Kurchatov Institute"), T-11M (FSUE SRC RF TRINITI, Troitsk, região de Moscou), Globus-M, FT-2, Tuman-3 (Physico-Technical Institute) nomeado após A.F. Ioffe, São Petersburgo, RAS) e stellarator L-2 (Instituto de Física Geral, Moscou, RAS).

Conclusão

Com base na pesquisa realizada, as seguintes conclusões podem ser tiradas:

A fusão termonuclear é a forma mais racional, ecologicamente inofensiva e barata de obtenção de energia, em termos de quantidade de calor recebida, é incomparável com as fontes naturais utilizadas pelo homem atualmente. Sem dúvida, o processo de domínio da fusão termonuclear resolveria muitos dos problemas da humanidade, tanto no presente quanto no futuro.

No futuro, a fusão termonuclear permitirá superar outra "crise da humanidade", ou seja, a superpopulação da Terra. Não é segredo que o desenvolvimento da civilização terrestre prevê um crescimento constante e constante da população do planeta, por isso a questão do desenvolvimento de "novos territórios", ou seja, a colonização de planetas vizinhos do sistema solar para criar assentamentos, é uma questão de um futuro muito próximo.

Literatura

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V.I. KRUTOV Engenharia do calor / - M .: Mashinostroenie, 1986
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V. P. Preobrazhensky. Medições e dispositivos térmicos - M.: Energia, 1978
Jeffrey P. Freidberg. Plasma Physics and Fusion Energy/ - Cambridge University Press, 2007.
http://www.college.ru./astronomy- Astronomy
http://n-t.ru/tp/ie/ts.htm Fusão termonuclear no Sol - uma nova versão Vladimir Vlasov

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Legendas dos slides:

FUSÃO TERMONUCLEAR

CONCEITO Trata-se de um tipo de reação nuclear, na qual núcleos atômicos leves se combinam em núcleos mais pesados devido à energia cinética de seu movimento térmico.

OBTENHA ENERGIA

EQUAÇÃO DE REAÇÃO COM A FORMAÇÃO DE HE ⁴

REAÇÃO TERMONUCLEAR AO SOL

Fusão CONTROLADA

CÂMARA TOROIDAL COM BOBINAS MAGNÉTICAS (TOKAMAK)

A NECESSIDADE DE DESENVOLVER FUSÃO TERMONUCLEAR

O campo da física de plasma floresceu do desejo de engarrafar uma estrela. Nas últimas décadas, o campo cresceu em inúmeras direções, da astrofísica ao clima espacial e à nanotecnologia.

À medida que nossa compreensão geral do plasma cresceu, também aumentou nossa capacidade de manter as condições de fusão por mais de um segundo. No início deste ano, um novo reator de fusão supercondutor na China foi capaz de manter um plasma a 50 milhões de graus Celsius por um recorde de 102 segundos. O Wendelstein X-7 Stellarator, que entrou em operação na Alemanha pela primeira vez no outono passado, deve quebrar esse recorde e manter o plasma por até 30 minutos de cada vez.

A recente atualização do NSTX-U parece modesta em comparação com esses monstros: o experimento agora pode conter plasma por cinco segundos em vez de um. Mas este também é um marco importante.

“Criar um plasma de fusão que vive apenas cinco segundos pode não parecer um processo muito longo, mas na física do plasma, cinco segundos podem ser comparados à sua física em estado estável”, diz Myers, referindo-se às condições sob as quais um plasma é estável. O objetivo final é alcançar um estado estável de "plasma em chamas" que possa conduzir a fusão por conta própria com uma pequena entrada de energia externa. Nenhum experimento ainda conseguiu isso.

O NSTX-U permitirá que os pesquisadores de Princeton preencham algumas das lacunas entre o que é conhecido da física do plasma agora e o que será necessário para criar uma planta piloto capaz de alcançar combustão em estado estacionário e gerar eletricidade limpa.

Por um lado, para encontrar os melhores materiais de contenção, precisamos entender melhor o que acontece entre o plasma de fusão e as paredes do reator. Princeton está explorando a possibilidade de substituir as paredes de seu reator (feitas de grafite de carbono) por uma "parede" de lítio líquido para reduzir a corrosão a longo prazo.

Além disso, os cientistas acreditam que, se a fusão ajuda na luta contra o aquecimento global, eles precisam se apressar. O NSTX-U ajudará os físicos a decidir se devem continuar desenvolvendo o design esférico do tokamak. A maioria dos reatores do tipo tokamak são menos parecidos com uma maçã em forma e mais como um donut, bagel ou torus. A forma incomum do toro esférico permite um uso mais eficiente do campo magnético de suas bobinas.

“A longo prazo, gostaríamos de descobrir como otimizar a configuração de uma dessas máquinas”, diz Martin Greenwald, diretor associado do Centro de Ciências de Plasma e Fusão da . “Para fazer isso, você precisa saber como o desempenho da máquina depende de algo que você pode controlar, como a forma.”

Myers odeia julgar o quão longe estamos do poder de fusão comercialmente possível, e ele pode ser entendido. Afinal, décadas de otimismo inescapável prejudicaram seriamente a reputação desse campo e reforçaram a ideia de que a síntese é um sonho impossível. Com todas as implicações financeiras.

Foi um grande golpe para o programa de fusão do MIT que os federais forneceram suporte para o tokamak Alcator C-Mid, que produz um dos campos magnéticos mais poderosos e demonstra plasma de fusão na mais alta pressão. A maior parte da pesquisa pendente do NSTX-U dependerá do apoio federal contínuo, que Myers diz que vem "em um ano".

Todo mundo precisa ter cuidado ao gastar seus dólares em pesquisa, e alguns programas de fusão já consumiram quantias incríveis. Tomemos, por exemplo, o ITER, o enorme reator de fusão supercondutor atualmente em construção na França. Quando a cooperação internacional começou em 2005, foi anunciada como um projeto de US$ 5 bilhões em 10 anos. Após vários anos de fracasso, o preço subiu para US$ 40 bilhões. De acordo com as estimativas mais otimistas, a instalação será concluída até 2030.

E onde o ITER provavelmente inchará como um tumor até ficar sem recursos e matar seu hospedeiro, o programa de fusão simplificado do MIT mostra como isso pode ser feito com um orçamento muito menor. No verão passado, uma equipe de estudantes de pós-graduação do MIT revelou planos para o ARC, um reator de fusão de baixo custo que usará novos materiais supercondutores de alta temperatura para gerar a mesma quantidade de energia que o ITER, apenas com um dispositivo muito menor.

“O desafio para a fusão é encontrar um caminho técnico que a torne economicamente viável, algo que planejamos fazer em breve”, diz Greenwald, observando que o conceito ARC está sendo perseguido pela Energy Initiative do MIT. "Acreditamos que, se a fusão vai fazer a diferença no aquecimento global, precisamos agir mais rápido."

"A fusão promete ser a principal fonte de energia - este é, de fato, nosso objetivo final", diz Robert Rosner, físico de plasma da Universidade de Chicago e cofundador do Energy Policy Institute. “Ao mesmo tempo, há uma questão importante: quanto estamos dispostos a gastar agora. Se cortarmos o financiamento até o ponto em que a próxima geração de crianças inteligentes não queira fazer isso, podemos sair completamente disso."

Palestra número 2.

Formas de resolver o problema da fusão termonuclear

As principais direções de pesquisa em fusão nuclear são: a) sistemas com confinamento magnético;

b) quase-estacionário (aberto e fechado); impulso; c) sistemas com confinamento inercial (laser, com vários feixes, com casca em contração).

Até o momento, duas abordagens amplamente independentes para resolver o problema da fusão termonuclear controlada foram formadas. O primeiro deles baseia-se na possibilidade de confinar e isolar termicamente um plasma de alta temperatura de densidade relativamente baixa por um campo magnético de configuração especial por um tempo relativamente longo (1-10 s).

A outra forma é o impulso. Na abordagem pulsada, é necessário aquecer e comprimir rapidamente pequenas porções de matéria a tais temperaturas e densidades nas quais as reações termonucleares teriam tempo de efetivamente ocorrer durante a existência de um plasma incontido ou, como se costuma dizer, inercialmente confinado. As estimativas mostram que para comprimir uma substância a densidades de 100–1000 g/cm 3 e aquecê-lo a uma temperatura de 5-10 keV, é necessário criar pressão na superfície do alvo esférico 10 9 atm, ou seja, precisamos de uma fonte que permita fornecer energia à superfície alvo com uma densidade de potência de 10 15 W/cm2.

Confinamento magnético do plasma.

Deixe a temperatura do plasma Te concentrações de partículas que interagem n 1 e n2 . Se a velocidade de um determinado íon em relação ao segundo é v 1.2 , então a probabilidade de um determinado íon reagir em 1 segundo com qualquer um dos íons do segundo tipo é dada pela expressão v 1,2 n 2 . Aqui  é a seção transversal efetiva da reação de fusão, um valor que cresce rapidamente com a velocidade. Se todos n 1 íons do primeiro tipo tinham a mesma velocidade v 1,2 , então o número total de reações que ocorrem em 1 cm 3 plasma por 1 segundo, seria determinado pela igualdade: N 1,2 \u003d n 1 n 2  v 1,2 . A uma determinada temperatura, o produto deve ser calculado sobre a distribuição Maxwelliana. Denotando através da energia liberada durante cada ato da reação, obtemos uma expressão para a potência específica na forma W = n 1 n 2<  v>Dependência  (v) para as reações consideradas, a quantidade<  v> pode ser calculado e, junto com ele, a potência específica pode ser encontrada C em qualquer temperatura e densidade do plasma.
As estimativas numéricas mostram que o valor C aumenta rapidamente com a temperatura, a uma temperatura de "combustão" de várias centenas de milhões de graus e a uma densidade de plasma de ~10 15 cm -3 é cerca de 10 5 kW/m3 . Um aumento de temperatura e densidade leva a regimes mais intensivos em energia, nos quais as dificuldades técnicas na implementação do projeto devem aumentar progressivamente. Regimes mais "soft" levam, em potência total não muito baixa do reator termonuclear, a tamanhos de sistema muito grandes. Assim, os valores tomados representam um compromisso técnico razoável entre requisitos conflitantes. Observe também que as estimativas utilizadas referem-se ao plasma de deutério; para uma mistura de componentes iguais de deutério e trítio, as temperaturas ideais de "trabalho" são mais baixas.
Então surge a seguinte questão natural: como essas condições podem ser criadas na zona de reação? Mais precisamente: como aquecer o plasma às temperaturas extremamente altas necessárias e como evitar que as partículas aquecidas se separem por um tempo suficiente para que ocorram reações nucleares? A principal dificuldade parece estar ligada à segunda parte da questão. A energia que deve ser transmitida a um determinado volume de plasma com densidade conhecida para aquecê-lo até 10 8 K, é um valor muito modesto; é igual à energia que deve ser gasta para aquecer o mesmo volume de água em apenas 1 K. Ao contrário, os fluxos de partículas (e calor) da zona de reação para a periferia serão enormes. É necessário manter efetivamente as partículas na zona de reação.
A ideia principal que determinou a maneira de resolver o problema da síntese controlada é usar o princípio do isolamento térmico magnético. Na União Soviética, essa ideia foi expressa já em 1950 por A. D. Sakharov e I. E. Tamm.
O coeficiente de difusão, e com ele o coeficiente de condutividade térmica, diminui em muitas ordens de grandeza se as partículas se movem em uma direção perpendicular a um campo magnético forte. Portanto, se a zona de reação for separada das paredes por um forte campo magnético, pode-se esperar uma redução radical nos fluxos de calor. O valor do campo confinante pode ser encontrado a partir da igualdade das pressões magnética e gás-cinética: H 2 /8  =nk(T e +T i ).
Para plasma com parâmetros escolhidos (n~10 15 cm -3 , T~10 8 K), o campo necessário para a exploração deve ser de 25 a 30 kilooersteds. Esses grandes valores não estão de forma alguma além das possibilidades técnicas.
Falamos o tempo todo sobre a transferência de calor em um plasma através de um campo magnético, mas não devemos esquecer que os fluxos de calor ao longo das linhas do campo magnético permanecem não magnetizados; é necessário impedir o escape de partículas também nesta direção. Três possibilidades se abrem aqui. A primeira delas consiste em colocar o plasma em uma armadilha magnética, ou seja, em um campo magnético de tal configuração, onde é amplificado nas regiões onde as linhas de força saem da zona de reação, na região de sua interseção com o paredes; A segunda possibilidade é eliminar as extremidades abertas das linhas de força dobrando-as em um anel. Finalmente, a terceira maneira é usar um plasma com uma densidade relativamente alta e aquecê-lo tão rapidamente que, durante o tempo que leva para se mover ao longo das linhas de força, a maior parte das partículas tem tempo para sofrer colisões nucleares.
O primeiro esquema de isolamento térmico justifica-se plenamente quando se trata de confinar um plasma tão raro que pode ser considerado como um conjunto de partículas individuais. As longas vidas das partículas nos cinturões de radiação da Terra de origem natural e artificial servem como um bom exemplo do que foi dito. No entanto, em experimentos de laboratório realizados com um plasma mais denso, ou seja, em condições em que as interações coletivas podem se manifestar, sérias dificuldades foram reveladas. Os tempos de vida do plasma acabaram sendo muitas ordens de magnitude menores do que aqueles que poderiam ser esperados como resultado de colisões de partículas de plasma entre si ou com moléculas do gás residual e subsequente escape para o cone de perda. De fato, os tempos de vida do plasma em alguns modelos de armadilhas abertas eram de cerca de 100 microssegundos (a uma densidade de plasma de cerca de 10-9 cm -3 ), enquanto os tempos de vida devido ao cone de perda deveriam ter sido medidos em minutos.
Este resultado torna-se qualitativamente mais claro se levarmos em conta que o plasma, como qualquer diamagneto, deve ser empurrado para fora da região de um campo mais forte. Deste ponto de vista, o mecanismo de ação dos espelhos magnéticos que mantêm o plasma dentro da armadilha é bastante compreensível. Mas em armadilhas do tipo em consideração também existem regiões onde o campo diminui com a distância do eixo ao longo do raio; aqui podemos esperar o desenvolvimento de instabilidade - o aparecimento de "línguas" ou "ranhuras" de plasma movendo-se pelo campo e transferindo o plasma para valores de campo mais baixos. De fato, experimentos diretos mostraram a existência de instabilidade do tipo flauta nessas armadilhas, o que limita a vida útil do plasma.
Fechando as linhas de força, chegamos naturalmente a uma instalação do tipo solenóide de anel. Agora, o campo magnético está orientado em todos os lugares paralelamente às paredes, e as partículas devem se mover através das linhas de força para deixar o sistema. Mas o campo magnético dentro do toro é ligeiramente não homogêneo, ele cai em direção à parede externa do toro, o que causa a deriva das partículas. A deriva em um campo magnético não homogêneo ocorre ao longo da normal à direção do campo principal e à direção de seu gradiente e depende da carga da partícula. Se os íons se deslocarem em direção à parede superior do toro, os elétrons se estabelecerão no fundo. As cargas separadas criarão um campo elétrico, e o plasma, formado de uma forma ou de outra dentro do toro, começará a derivar como um todo em campos elétricos e magnéticos cruzados. É fácil verificar que o resultado final será o deslocamento do plasma em direção à parede externa do toro.
Existem várias maneiras de compensar esse desvio do plasma. É possível passar uma corrente de anel longitudinal através do plasma, é possível complicar o enrolamento do solenóide de maneira especial ou, torcendo o toro, dar ao sistema magnético a forma de um oito. A topologia do campo magnético nestes casos muda radicalmente.
Os campos magnéticos mais simples - um ímã permanente, uma corrente contínua de um circuito plano, levam, como você sabe, em virtude da equação divB = 0, aos padrões usuais de linhas de força fechadas ou linhas que vão ao infinito. Há, no entanto, uma terceira possibilidade, na verdade a mais geral: as linhas de força podem permanecer em uma região limitada do espaço sem serem fechadas e sem irem ao infinito.

Nos exemplos acima, como resultado da deformação do sistema magnético toroidal, linhas de força fechadas - anéis - são transformadas em linhas de força infinitas, envolvendo continuamente em torno do eixo toroidal anular e formando as chamadas superfícies magnéticas. As linhas de força que passam a diferentes distâncias do eixo do toro geram (no caso mais simples) um conjunto de superfícies magnéticas coaxiais aninhadas. Como resultado, qualquer ponto da seção do toro acaba sendo conectado a qualquer outro ponto da seção (equidistante do eixo) por uma linha de força pertencente a uma ou outra superfície magnética. Isso significa que a redistribuição de cargas sobre a seção transversal pode ser realizada não através do campo magnético, mas ao longo das linhas de força. Portanto, o acúmulo de cargas opostas e, consequentemente, a deriva em campos cruzados acabam sendo excluídos.
Variantes de sistemas toroidais com corrente longitudinal começaram a ser desenvolvidas na União Soviética (instalações do tipo "Tokamak"), outras duas direções começaram a ser exploradas nos EUA (instalações do tipo "Stellarator").

Nos tokamaks, o campo magnético longitudinal é gerado por bobinas que podem ser alimentadas por um gerador com potência pulsada de até 75 MW. Condições de vácuo: pressão inicial de gases residuais aprox. 10-8 mmHg Arte. A câmara Tokamak é colocada em um núcleo de ferro e a bobina de plasma resultante serve como enrolamento secundário do transformador de pulso. O aquecimento do plasma ocorre devido ao calor Joule, um forte campo longitudinal serve como uma estrutura estabilizadora. Os parâmetros de plasma obtidos em tokamaks, embora animadores, ainda são muito diferentes daqueles que poderiam ser esperados no caso de um plasma perfeitamente magnetizado. Em particular, um tempo de vida relativamente curto indica a existência de tipos de instabilidade não liquidados e, consequentemente, um aumento da taxa de difusão.
Estudos sobre instalações do tipo stellarator até agora levaram a resultados mais modestos. Apesar da duração do experimento e dos excelentes parâmetros de engenharia do sistema, também neste caso não foi possível superar a instabilidade do plasma. Os fluxos de difusão para as paredes são muitas vezes maiores que os clássicos.

Havia outra opção para resolver o problema da fusão termonuclear por confinamento magnético - pulsado. Aqui, as funções de isolamento térmico e aquecimento do plasma foram atribuídas a um pulso de corrente de curto prazo, que é passado pelo deutério rarefeito. Devido à interação da corrente com seu próprio campo magnético, a coluna de plasma deve ser comprimida em direção ao eixo de descarga. O plasma acaba por ser separado das paredes do vaso pelo seu próprio campo magnético e deve ser aquecido devido ao trabalho das forças de compressão e devido ao calor Joule. Na fase inicial do estudo, assumiu-se que o processo de compressão é quase estacionário, que a cada instante de tempo a pressão magnética que comprime o plasma é equilibrada pela pressão do gás. A temperatura da substância deve aumentar proporcionalmente ao quadrado da corrente, e estimativas numéricas mostram que com uma corrente de cerca de 1 milhão de amperes, uma pressão inicial de 0,1 mm Hg. Arte. e um diâmetro de vaso de 200 mm, a temperatura da coluna de plasma deve exceder 10 7 K. É verdade que a temperatura aumentará por um tempo muito curto (cerca de 1 microssegundo), mas colisões muito frequentes ocorrerão em uma coluna de plasma altamente comprimida, e pode-se contar com a detecção de radiação de nêutrons de reações nucleares em andamento.
Na realidade, a imagem da compressão quase estacionária acaba por ser grosseiramente errônea. No estágio inicial do processo, após a quebra da coluna de gás pela alta tensão aplicada, a corrente que aumenta rapidamente é concentrada em uma fina camada superficial (efeito pelicular). A região interna da coluna quase não é ionizada e nem aquecida, a pressão do gás é desprezível, e a contração da crosta de plasma ao eixo do sistema pode ser considerada levando em consideração apenas as forças de inércia. Durante toda a compressão não há equilíbrio entre o gás e a pressão magnética. A corda é puxada para o eixo antes que a corrente (e com ela a pressão magnética) atinja seu máximo, mas não permanece em estado comprimido e, sob a ação das mesmas forças inerciais, começa a se expandir novamente. Além disso, o filamento é instável (fora do filamento, o campo muda em 1/r) e, como resultado do desenvolvimento de deformações macroscópicas (constrições, dobras), toca as paredes da câmara, resfriando e poluindo o plasma.
É notável que a radiação de nêutrons do plasma durante uma descarga pulsada em deutério tenha sido observada. Este fenômeno interessante foi descoberto por um grupo de físicos soviéticos já em 1952. A radiação de nêutrons não aparece como resultado do aquecimento de todo o volume do plasma, mas acaba sendo o resultado de colisões de um pequeno grupo de dêuterons rápidos, que surgiram como resultado de processos aceleradores complexos em uma coluna instável, com a maior parte de um plasma relativamente frio.
Ao aumentar a intensidade de energia do sistema, é possível aquecer a coluna de plasma às temperaturas termonucleares necessárias no momento da primeira compressão da coluna perto do eixo e antes do desenvolvimento de instabilidade. No entanto, para atingir as condições necessárias para obter uma reação termonuclear com rendimento energético positivo, nos experimentos propostos, será necessário concentrar uma enorme energia em uma descarga pulsada - cerca de: 10 4 Mj. A tecnologia moderna permite a construção de instalações de impulso por centenas de megajoules. Existem capacitores com indutância extremamente baixa, alimentadores de baixa indutância foram desenvolvidos e dispositivos de comutação muito avançados foram desenvolvidos. Assim, o caminho para mais progressos nesta direção está aberto, mas o processo assume o caráter de uma explosão poderosa, equivalente em potência a uma explosão de várias toneladas de TNT, o que não é nada como reações termonucleares controladas suavemente.
Atualmente, o trabalho com armadilhas magnéticas do tipo aberto praticamente cessou do ponto de vista de resolver o problema da fusão termonuclear. Como mostram os cálculos detalhados, se a perda de partículas da armadilha for apenas algumas vezes maior que o nível teórico correspondente à condutividade térmica totalmente magnetizada, a implementação de um reator termonuclear com um rendimento de energia positivo se torna impossível.
O desenvolvimento de processos impulsivos, aparentemente, atingiu um limite natural, se tivermos em mente o reator como objetivo final. Mas outros experimentos podem levar à construção de fontes de nêutrons pulsados de enorme poder. Um desvio peculiar desses estudos foi a construção de sistemas projetados para acelerar os feixes de plasma.

Os sistemas magnéticos fechados são atualmente os mais promissores.

Fusão termonuclear a laser.

A ideia de usar radiação laser de alta potência para aquecer plasma denso a temperaturas termonucleares foi proposta pela primeira vez por N.G. Basov e O. N. Krokhin no início dos anos 1960. Até o momento, uma área independente de pesquisa termonuclear foi formada - fusão termonuclear a laser (LTF).

Detenhamo-nos brevemente nos princípios físicos básicos subjacentes ao conceito de alcançar altos graus de compressão de substâncias e obter altos ganhos de energia com a ajuda de microexplosões a laser. A consideração será construída no exemplo do chamado modo de compressão direta. Neste modo, uma microesfera preenchida com combustível termonuclear é "uniformemente" irradiada de todos os lados por um laser multicanal. Como resultado da interação da radiação de aquecimento com a superfície do alvo, é formado um plasma quente com uma temperatura de vários quiloelétron-volts (a chamada coroa de plasma), que se expande em direção ao feixe de laser com velocidades características de 10 7-10 8 cm/s.

Sem poder nos aprofundar nos processos de absorção na coroa de plasma, notamos que em experimentos de modelos modernos com energias de radiação laser de 10 a 100 kJ para alvos comparáveis em tamanho a alvos de altos ganhos, é possível alcançar alto (90%) coeficientes de absorção de radiação de aquecimento.

A radiação de luz não pode penetrar nas camadas densas do alvo (a densidade de um sólido é 10 23 cm -3 ). Devido à condutividade térmica, a energia absorvida em um plasma com densidade eletrônica menor que n kr , é transferido para camadas mais densas, onde ocorre a ablação da substância alvo. As camadas restantes não evaporadas do alvo aceleram em direção ao centro sob a ação da pressão térmica e reativa, comprimindo e aquecendo o combustível nele contido. Como resultado, a energia da radiação do laser é convertida no estágio em consideração na energia cinética da matéria voando em direção ao centro e na energia da coroa em expansão. É óbvio que a energia útil se concentra no movimento em direção ao centro. A eficiência da contribuição da energia luminosa para o alvo é caracterizada pela razão entre a energia especificada e a energia total da radiação - a chamada eficiência hidrodinâmica (COP). Alcançar uma eficiência hidrodinâmica suficientemente alta (10-20%) é um dos problemas importantes do LTS.

Que processos podem dificultar a obtenção de altas taxas de compressão? Uma delas é que em densidades de radiação termonuclear q > 10 14 W/cm2 uma fração notável da energia absorvida é transformada não em uma onda clássica de condução de calor de elétrons, mas em fluxos de elétrons rápidos, cuja energia é muito maior que a temperatura da coroa do plasma (os chamados elétrons epitérmicos). Isso pode ocorrer tanto devido à absorção ressonante quanto devido a efeitos paramétricos na coroa do plasma. Nesse caso, o comprimento do caminho dos elétrons epitérmicos pode ser comparável às dimensões do alvo, o que levará ao aquecimento preliminar do combustível compressível e à impossibilidade de obter compressões limitantes. Os quanta de raios X de alta energia (raios X duros) que acompanham os elétrons epitérmicos também têm um grande poder de penetração.

A tendência das pesquisas experimentais nos últimos anos é a transição para o uso da radiação laser de comprimento de onda curto.< 0,5 мкм) при умеренных плотностях потока (q < 10 15 W/cm2 ). A possibilidade prática de mudar para aquecimento de plasma por radiação de comprimento de onda curto se deve ao fato de que os coeficientes de conversão de radiação de um laser de neodímio de estado sólido (o principal candidato a drivers para LTS) com um comprimento de onda eu = 1,06 μm na radiação do segundo, terceiro e quarto harmônicos com a ajuda de cristais não lineares atinge 70-80%. Atualmente, praticamente todos os grandes sistemas de laser de vidro de neodímio estão equipados com sistemas de multiplicação de frequência.

A razão física para a vantagem de usar radiação de comprimento de onda curto para aquecer e comprimir microesferas é que à medida que o comprimento de onda diminui, a absorção na coroa do plasma aumenta e a pressão de ablação e o coeficiente de transferência hidrodinâmico aumentam. A fração de elétrons epitérmicos gerados na coroa do plasma diminui em várias ordens de grandeza, o que é extremamente vantajoso para regimes de compressão direta e indireta. Para a compressão indireta, também é importante que, com a diminuição do comprimento de onda, a conversão da energia absorvida pelo plasma em radiação de raios X suave aumente.

Vamos agora nos debruçar sobre o modo de compressão indireta. A análise física mostra que a implementação do modo de compressão para altas densidades de combustível é ideal para alvos de projéteis simples e complexos com uma relação de aspecto R / DR de várias dezenas. Aqui R é o raio da casca, DR é sua espessura. No entanto, a compressão forte pode ser limitada pelo desenvolvimento de instabilidades hidrodinâmicas, que se manifestam no desvio do movimento da casca nos estágios de sua aceleração e desaceleração no centro da simetria esférica e dependem de desvios da forma inicial do alvo de uma distribuição perfeitamente esférica e não homogênea de feixes de laser incidentes sobre sua superfície. O desenvolvimento de instabilidade à medida que a casca se move em direção ao centro leva primeiro a um desvio do movimento esfericamente simétrico, depois à turbulência do fluxo e, finalmente, à mistura das camadas alvo e do combustível deutério-trítio. Como resultado, uma formação pode aparecer no estado final, cuja forma difere nitidamente do núcleo esférico, e a densidade e a temperatura médias são muito menores do que os valores correspondentes à compressão unidimensional. Nesse caso, a estrutura inicial do alvo (por exemplo, um certo conjunto de camadas) pode ser completamente destruída.

A natureza física desse tipo de instabilidade equivale à instabilidade de uma camada de mercúrio localizada na superfície da água em um campo gravitacional. Neste caso, como se sabe, há uma mistura completa de mercúrio e água, ou seja, no estado final, o mercúrio estará na parte inferior. Uma situação semelhante pode ocorrer quando um alvo com uma estrutura complexa se move rapidamente em direção ao centro da substância ou, no caso geral, na presença de gradientes de densidade e pressão.

Os requisitos para a qualidade dos alvos são bastante rigorosos. Assim, a não homogeneidade da espessura da parede da microesfera não deve exceder 1%, a uniformidade da distribuição de absorção de energia sobre a superfície alvo não deve exceder 0,5%.

A proposta de utilizar o esquema de compressão indireta está relacionada apenas com a possibilidade de resolver o problema de estabilidade da compressão alvo. A radiação do laser é lançada na cavidade, focando na superfície interna da casca externa, que consiste em uma substância de alto número atômico, como o ouro. Como já observado, até 80% da energia absorvida é transformada em radiação suave de raios X, que aquece e comprime a casca interna. As vantagens de tal esquema incluem a possibilidade de obter uma maior uniformidade da distribuição de energia absorvida sobre a superfície alvo, simplificação do esquema de laser e condições de foco, etc. No entanto, também existem desvantagens associadas à perda de energia para conversão em raios X e à complexidade da introdução de radiação na cavidade.

Atualmente, a base de elementos está sendo intensamente desenvolvida e projetos estão sendo criados para instalações de laser de nível megajoule. No Laboratório Livermore, começou a criação de uma instalação em vidro de neodímio com uma energia de E = 1,8 MJ. O custo do projeto é de US$ 2 bilhões e está prevista a criação de uma instalação de nível semelhante na França. Prevê-se um ganho de energia Q ~ 100 nesta instalação, sendo de referir que o lançamento de instalações desta dimensão não só trará a possibilidade de criar um reactor termonuclear baseado em fusão a laser, como também proporcionará aos investigadores uma objeto físico único - uma microexplosão com uma liberação de energia de 10 7 -10 9 J, uma poderosa fonte de nêutrons, neutrinos, raios-x e radiação-g. Isso não será apenas de grande importância física geral (a capacidade de estudar substâncias em estados extremos, a física da combustão, a equação de estado, efeitos do laser, etc.), mas também permitirá resolver problemas especiais de uma aplicação , incluindo militar, natureza.

Para um reator baseado em fusão a laser, no entanto, é necessário criar um laser de nível megajoule operando a uma taxa de repetição de vários hertz. Vários laboratórios estão investigando a possibilidade de criar tais sistemas baseados em novos cristais. O lançamento de um reator experimental no âmbito do programa americano está previsto para 2025.

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