Mga problema sa paglikha ng mga thermonuclear installation. Nalutas ang isa sa mga problema ng thermonuclear fusion

Tinatalakay ng artikulo ang mga dahilan kung bakit ang kinokontrol na thermonuclear fusion ay hindi pa nakakahanap ng pang-industriyang aplikasyon.

Nang yumanig ang malalakas na pagsabog sa Earth noong 1950s mga bombang thermonuclear, tila na bago mapayapang gamitin enerhiya ng pagsasanib ng nukleyar kakaunti na lang ang natitira: isa o dalawang dekada. May mga batayan para sa gayong optimismo: mula sa sandaling ginamit ang bomba ng atom hanggang sa paglikha ng isang reaktor na gumagawa ng kuryente, 10 taon na lamang ang lumipas.

Ngunit ang gawain ng pagpigil thermonuclear fusion naging extraordinarily mahirap. Lumipas ang mga dekada nang sunud-sunod, at hindi makuha ang access sa walang limitasyong mga reserbang enerhiya. Sa panahong ito, ang sangkatauhan, na nagsusunog ng mga mapagkukunan ng fossil, ay nagdumi sa kapaligiran ng mga emisyon at pinainit ito nang labis ng mga greenhouse gas. Ang mga sakuna sa Chernobyl at Fukushima-1 ay nagpawalang-saysay sa kapangyarihang nuklear.

Ano ang pumigil sa pag-master ng tulad ng isang promising at ligtas na proseso ng thermonuclear fusion, na maaaring tuluyang alisin ang problema ng pagbibigay ng enerhiya sa sangkatauhan?

Sa una, ito ay malinaw na para sa reaksyon upang magpatuloy, ito ay kinakailangan upang dalhin ang hydrogen nuclei kaya malapit na magkasama na ang nuclear pwersa ay maaaring bumuo ng nucleus ng isang bagong elemento - helium, na may release ng isang makabuluhang halaga ng enerhiya. Ngunit ang hydrogen nuclei ay tinataboy mula sa isa't isa ng mga puwersang elektrikal. Ang isang pagtatasa ng mga temperatura at presyon kung saan nagsisimula ang isang kontroladong thermonuclear reaction ay nagpakita na walang materyal na makatiis sa mga naturang temperatura.

Para sa parehong mga kadahilanan, ang purong deuterium, isang isotope ng hydrogen, ay tinanggihan din. Matapos gumugol ng bilyun-bilyong dolyar at dekada ng oras, sa wakas ay nagawa ng mga siyentipiko na mag-apoy ng isang thermonuclear na apoy sa napakaikling panahon. Ito ay nananatiling upang malaman kung paano hawakan ang fusion plasma ng sapat na katagalan. Ito ay kinakailangan upang lumipat mula sa computer simulation sa pagtatayo ng isang tunay na reaktor.

Sa yugtong ito, naging malinaw na ang mga pagsisikap at pondo ng isang indibidwal na estado ay hindi magiging sapat upang magtayo at magpatakbo ng mga pilot at pilot plant. Sa loob ng balangkas ng internasyonal na kooperasyon, napagpasyahan na ipatupad ang isang proyekto ng isang eksperimentong thermonuclear reactor na nagkakahalaga ng higit sa 14 bilyong dolyar.

Ngunit noong 1996, itinigil ng Estados Unidos ang paglahok nito at, nang naaayon, ang pagpopondo para sa proyekto. Sa loob ng ilang panahon, ang pagpapatupad ay pinondohan ng Canada, Japan at Europe, ngunit ang pagtatayo ng reaktor ay hindi kailanman natupad.

Ang pangalawang proyekto, internasyonal din, ay ipinapatupad sa France. Ang pangmatagalang pagpapanatili ng plasma ay nangyayari dahil sa isang espesyal na anyo ng magnetic field - sa anyo ng isang bote. Ang batayan ng pamamaraang ito ay inilatag ng mga physicist ng Sobyet. Una Pag-install ng "Tokamak". dapat bigyan ang output ng mas maraming enerhiya kaysa sa ginugol sa pag-aapoy at pagpapanatili ng plasma.

Sa pamamagitan ng 2012, ang pag-install ng reactor ay dapat na nakumpleto, ngunit wala pang impormasyon tungkol sa matagumpay na operasyon. Marahil ang mga pagbabagong pang-ekonomiya ng mga nakaraang taon ay gumawa ng kanilang sariling mga pagsasaayos sa mga plano ng mga siyentipiko.

Mga kahirapan sa pagkamit ng kontroladong pagsasanib nagbunga ng maraming haka-haka at maling ulat tungkol sa tinatawag "malamig" thermonuclear fusion reaksyon ng nuclei. Sa kabila ng katotohanang wala pang pisikal na posibilidad o batas na natagpuan, maraming mananaliksik ang nag-aangkin ng pagkakaroon nito. Pagkatapos ng lahat, ang mga pusta ay masyadong mataas: mula sa Nobel Prize para sa mga siyentipiko hanggang sa geopolitical na dominasyon ng isang estado na pinagkadalubhasaan ang naturang teknolohiya at nakakuha ng access sa kasaganaan ng enerhiya.

Ngunit ang bawat ganoong mensahe ay lumalabas na labis o tahasang mali. Itinuturing ng mga seryosong siyentipiko ang pagkakaroon ng gayong reaksyon nang may pag-aalinlangan.

Ang mga tunay na posibilidad ng mastering ang synthesis at ang simula ng pang-industriya na operasyon ng thermonuclear reactors ay itinulak pabalik sa kalagitnaan ng ika-21 siglo. Sa oras na ito, posible na pumili ng mga kinakailangang materyales at gawin ang ligtas na operasyon nito. Dahil ang mga naturang reactor ay gagana sa napakababang density ng plasma, kaligtasan ng fusion power plants ay mas mataas kaysa sa mga nuclear power plant.

Ang anumang paglabag sa reaction zone ay agad na "patayin" ang thermonuclear flame. Ngunit ang mga hakbang sa kaligtasan ay hindi dapat pabayaan: ang kapangyarihan ng yunit ng mga reaktor ay magiging napakahusay na ang isang aksidente, kahit na sa mga circuit ng pagkuha ng init, ay maaaring humantong sa parehong mga kaswalti at polusyon sa kapaligiran. Ang bagay ay nananatiling maliit: maghintay ng 30-40 taon at makita ang panahon ng kasaganaan ng enerhiya. Kung mabubuhay tayo, siyempre.

3. Mga problema ng kontroladong thermonuclear fusion

Ang mga mananaliksik sa lahat ng mauunlad na bansa ay umaasa sa pagtagumpayan ng paparating na krisis sa enerhiya na may kontroladong thermonuclear reaction. Ang gayong reaksyon - ang synthesis ng helium mula sa deuterium at tritium - ay nagaganap sa Araw sa milyun-milyong taon, at sa ilalim ng mga kondisyong pang-terrestrial sa loob ng limampung taon ngayon ay sinisikap nilang isagawa ito sa higante at napakamahal na mga pasilidad ng laser, tokamaks (isang aparato para sa pagsasagawa ng thermonuclear fusion reaction sa mainit na plasma) at mga stellarator (sarado ang magnetic trap upang maglaman ng mataas na temperatura na plasma). Gayunpaman, may iba pang mga paraan upang malutas ang mahirap na problemang ito, at sa halip na malaking tokamaks, posibleng gumamit ng medyo compact at murang collider - isang accelerator sa nagbabanggaan na mga beam - para sa pagpapatupad ng thermonuclear fusion.

Ang Tokamak ay nangangailangan ng napakaliit na halaga ng lithium at deuterium upang gumana. Halimbawa, ang isang reaktor na may kapangyarihang elektrikal na 1 GW ay sumusunog ng humigit-kumulang 100 kg ng deuterium at 300 kg ng lithium bawat taon. Kung ipagpalagay natin na ang lahat ng thermonuclear power plant ay gagawa ng 10 trilyon. kW / h ng kuryente bawat taon, iyon ay, hangga't ang lahat ng mga power plant ng Earth ay gumagawa ngayon, kung gayon ang mga reserbang deuterium at lithium sa mundo ay magiging sapat upang matustusan ang sangkatauhan ng enerhiya sa loob ng milyun-milyong taon.

Bilang karagdagan sa pagsasanib ng deuterium at lithium, posible ang purong solar fusion kapag pinagsama ang dalawang deuterium atoms. Kung ang reaksyong ito ay pinagkadalubhasaan, ang mga problema sa enerhiya ay malulutas kaagad at magpakailanman.

Sa alinman sa mga kilalang variant ng kinokontrol na thermonuclear fusion (CTF), ang mga thermonuclear na reaksyon ay hindi maaaring pumasok sa mode ng hindi makontrol na pagtaas ng kapangyarihan, samakatuwid, ang mga naturang reactor ay hindi intrinsically ligtas.

Mula sa pisikal na pananaw, ang problema ay binabalangkas nang simple. Para mangyari ang isang self-sustaining nuclear fusion reaction, ito ay kinakailangan at sapat upang matugunan ang dalawang kundisyon.

1. Ang enerhiya ng nuclei na kalahok sa reaksyon ay dapat na hindi bababa sa 10 keV. Para magsimula ang nuclear fusion, ang nuclei na kasali sa reaksyon ay dapat mahulog sa larangan ng nuclear forces, ang radius nito ay 10-12-10-13 s.cm. Gayunpaman, ang atomic nuclei ay may positibong singil sa kuryente, at tulad ng mga singil ay nagtataboy sa isa't isa. Sa hangganan ng pagkilos ng mga puwersang nuklear, ang enerhiya ng pagtanggi ng Coulomb ay halos 10 keV. Upang malampasan ang hadlang na ito, ang nuclei sa banggaan ay dapat magkaroon ng kinetic energy na hindi bababa sa halagang ito.

2. Ang produkto ng konsentrasyon ng tumutugon na nuclei at ang oras ng pagpapanatili kung saan pinananatili nila ang ipinahiwatig na enerhiya ay dapat na hindi bababa sa 1014 s.cm-3. Ang kundisyong ito - ang tinatawag na Lawson criterion - ay tumutukoy sa limitasyon ng kakayahang kumita ng enerhiya ng reaksyon. Upang ang enerhiya na inilabas sa reaksyon ng pagsasanib ay hindi bababa sa masakop ang mga gastos sa enerhiya sa pagsisimula ng reaksyon, ang atomic nuclei ay dapat sumailalim sa maraming banggaan. Sa bawat banggaan kung saan nagaganap ang fusion reaction sa pagitan ng deuterium (D) at tritium (T), 17.6 MeV ng enerhiya ang inilalabas, ibig sabihin, humigit-kumulang 3.10-12 J. Kung, halimbawa, 10 MJ na enerhiya ang ginugugol sa pag-aapoy, kung gayon ang masisira ang reaksyon kahit na 3.1018 pares ng D-T ang makilahok dito. At para dito, ang isang medyo siksik na high-energy na plasma ay dapat itago sa reaktor sa loob ng mahabang panahon. Ang kundisyong ito ay ipinahayag ng Lawson criterion.

Kung ang parehong mga kinakailangan ay maaaring matugunan nang sabay-sabay, ang problema ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay malulutas.

Gayunpaman, ang teknikal na pagpapatupad ng pisikal na problemang ito ay nahaharap sa napakalaking kahirapan. Pagkatapos ng lahat, ang isang enerhiya ng 10 keV ay isang temperatura ng 100 milyong degrees. Ang isang sangkap sa ganoong temperatura ay maaaring itago ng kahit na mga fraction ng isang segundo lamang sa isang vacuum, sa pamamagitan ng paghihiwalay nito mula sa mga dingding ng pag-install.

Ngunit may isa pang paraan para sa paglutas ng problemang ito - isang malamig na pagsasanib. Ano ang isang malamig na pagsasanib - ito ay isang analogue ng isang "mainit" na reaksyon ng thermonuclear na nagaganap sa temperatura ng silid.

Sa kalikasan, mayroong hindi bababa sa dalawang paraan ng pagbabago ng bagay sa loob ng isang dimensyon ng continuum. Maaari mong pakuluan ang tubig sa apoy, i.e. thermally, o sa microwave oven, i.e. dalas. Ang resulta ay pareho - ang tubig ay kumukulo, ang pagkakaiba lamang ay ang paraan ng dalas ay mas mabilis. Ginagamit din nito ang pagkamit ng napakataas na temperatura upang hatiin ang nucleus ng atom. Ang paraan ng thermal ay nagbibigay ng hindi makontrol na reaksyong nuklear. Ang enerhiya ng isang malamig na pagsasanib ay ang enerhiya ng estado ng paglipat. Ang isa sa mga pangunahing kondisyon para sa disenyo ng isang reaktor para sa pagsasagawa ng isang malamig na reaksyon ng pagsasanib ay ang kondisyon ng pyramidal-crystalline na anyo nito. Ang isa pang mahalagang kondisyon ay ang pagkakaroon ng umiikot na magnetic at torsion field. Ang intersection ng mga patlang ay nangyayari sa punto ng hindi matatag na equilibrium ng hydrogen nucleus.

Ang mga siyentipiko na si Ruzi Taleiarkhan mula sa Oak Ridge National Laboratory, si Richard Leikhi mula sa Polytechnic University. Renssilira at Academician Robert Nigmatulin - nagtala ng malamig na thermonuclear reaction sa laboratoryo.

Gumamit ang grupo ng isang beaker ng liquid acetone na may sukat na dalawa hanggang tatlong baso. Ang mga sound wave ay matinding ipinadala sa pamamagitan ng likido, na gumagawa ng isang epekto na kilala sa pisika bilang acoustic cavitation, ang kinahinatnan nito ay sonoluminescence. Sa panahon ng cavitation, lumitaw ang maliliit na bula sa likido, na tumaas sa dalawang milimetro ang lapad at sumabog. Ang mga pagsabog ay sinamahan ng pagkislap ng liwanag at pagpapalabas ng enerhiya i.e. ang temperatura sa loob ng mga bula sa oras ng pagsabog ay umabot sa 10 milyong degrees Kelvin, at ang enerhiya na inilabas, ayon sa mga eksperimento, ay sapat na upang maisagawa ang thermonuclear fusion.

"Sa teknikal na paraan" ang kakanyahan ng reaksyon ay nakasalalay sa katotohanan na bilang isang resulta ng kumbinasyon ng dalawang mga atom ng deuterium, ang isang ikatlo ay nabuo - isang isotope ng hydrogen, na kilala bilang tritium, at isang neutron, na nailalarawan sa pamamagitan ng napakalaking dami ng enerhiya. .

Ang kasalukuyang nasa superconducting state ay zero, at, samakatuwid, ang pinakamababang halaga ng kuryente ay gagastusin sa pagpapanatili ng magnetic field. 8. Napakabilis na mga sistema. Kinokontrol na thermonuclear fusion na may inertial confinement Ang mga paghihirap na nauugnay sa magnetic confinement ng plasma ay maaaring, sa prinsipyo, ay malalampasan kung ang nuclear fuel ay sinusunog sa napakaikling panahon, kapag ...

Para sa 2004. Ang susunod na negosasyon sa proyektong ito ay gaganapin sa Mayo 2004 sa Vienna. Ang reactor ay itatayo noong 2006 at nakatakdang ilunsad sa 2014. Paano ito gumagana Ang Fusion* ay isang mura at environment friendly na paraan upang makagawa ng enerhiya. Sa loob ng bilyun-bilyong taon, ang hindi makontrol na thermonuclear fusion ay nagaganap sa Araw - ang helium ay nabuo mula sa mabigat na isotope ng hydrogen deuterium. kung saan...

Ang eksperimentong thermonuclear reactor ay pinamumunuan ni E.P. Velikhov. Ang Estados Unidos, na gumastos ng 15 bilyong dolyar, ay umatras mula sa proyektong ito, ang natitirang 15 bilyon ay ginugol na ng mga internasyonal na organisasyong pang-agham. 2. Mga problemang teknikal, kapaligiran at medikal. Sa panahon ng operasyon ng kinokontrol na thermonuclear fusion (UTF) installation. nagaganap ang mga neutron beam at gamma radiation, gayundin ang...

Enerhiya at kung anong kalidad ang kakailanganin upang ang inilabas na enerhiya ay maging sapat upang masakop ang mga gastos sa pagsisimula ng proseso ng paglabas ng enerhiya. Tatalakayin natin ang tanong na ito sa ibaba kaugnay ng mga problema ng thermonuclear fusion. Sa kalidad ng enerhiya ng mga laser Sa pinakasimpleng mga kaso, ang mga limitasyon sa conversion ng mababang kalidad na enerhiya sa mataas na kalidad na enerhiya ay halata. Narito ang ilang mga halimbawa mula sa...

Sivkova Olga Dmitrievna

Ang gawaing ito ay naganap sa ika-3 lugar sa rehiyonal na NOU

I-download:

Preview:

Institusyong pang-edukasyon sa munisipyo

Sekondaryang paaralan №175

Leninsky district ng Nizhny Novgorod

Mga problema ng thermonuclear fusion

Nakumpleto ni: Sivkova Olga Dmitrievna

Mag-aaral 11 "A" na klase, numero ng paaralan 175

Superbisor:

Kirzhaeva D. G.

Nizhny Novgorod

taong 2013.

Panimula 3

2. Kontroladong thermonuclear fusion 8

3. Mga kalamangan ng thermonuclear fusion 10

4. Mga problema ng thermonuclear fusion 12

4.1 Mga isyu sa kapaligiran 15

4.2 Mga problemang medikal 16

5. Thermonuclear installation 18

6. Mga prospect para sa pagbuo ng thermonuclear fusion 23

Konklusyon 26

Panitikan 27

Panimula

Ayon sa iba't ibang mga pagtataya, ang pangunahing pinagmumulan ng kuryente sa planeta ay magtatapos sa 50-100 taon. Maubos ng sangkatauhan ang mga reserbang langis sa loob ng 40 taon, gas - sa maximum na 80, at uranium - sa 80-100 taon. Ang mga reserbang karbon ay maaaring tumagal ng 400 taon. Ngunit ang paggamit ng fossil fuel na ito, at bilang pangunahing isa, ay naglalagay sa planeta sa kabila ng bingit ng isang ekolohikal na sakuna. Kung ang gayong walang awa na polusyon sa atmospera ay hindi mapipigilan ngayon, walang tanong sa anumang siglo. Nangangahulugan ito na kailangan natin ng alternatibong mapagkukunan ng enerhiya sa nakikinita na hinaharap.

At may ganoong source. Ito ay thermonuclear energy, na gumagamit ng ganap na non-radioactive deuterium at radioactive tritium, ngunit sa dami ng libu-libong beses na mas maliit kaysa sa nuclear energy. At ang mapagkukunang ito ay halos hindi mauubos, ito ay batay sa banggaan ng hydrogen nuclei, at ang hydrogen ang pinakakaraniwang sangkap sa uniberso.

Isa sa pinakamahalagang gawaing kinakaharap ng sangkatauhan sa lugar na ito ayproblema ng kontroladong thermonuclear fusion.

Ang sibilisasyon ng tao ay hindi maaaring umiral, lalo pa't umunlad, nang walang enerhiya. Alam na alam ng lahat na ang mga nabuong pinagmumulan ng enerhiya, sa kasamaang-palad, ay maaaring malapit nang maubos. Ayon sa World Energy Council, ang mga ginalugad na reserba ng hydrocarbon fuels sa Earth ay nananatili sa loob ng 30 taon.

Ngayon, ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya ay langis, gas at karbon.

Ayon sa mga eksperto, nauubos na ang mga reserba ng mga mineral na ito. Halos wala nang ginalugad, na angkop para sa pagpapaunlad ng mga patlang ng langis na natitira, at ang ating mga apo ay maaaring humarap sa isang napakaseryosong problema ng kakulangan ng enerhiya.

Ang mga nuclear power plant, na pinakamahusay na nasusuplayan ng gasolina, ay maaaring, siyempre, magbigay ng kuryente sa sangkatauhan sa loob ng higit sa isang daang taon.

Layunin ng pag-aaral: Mga problema kinokontrol na thermonuclear fusion.

Paksa ng pag-aaral:Thermonuclear fusion.

Layunin ng pag-aaral:Lutasin ang problema ng thermonuclear fusion control;

Layunin ng pananaliksik:

Upang pag-aralan ang mga uri ng thermonuclear reactions.
Isaalang-alang ang lahat ng posibleng opsyon para sa paghahatid ng enerhiya na inilabas sa panahon ng isang thermonuclear na reaksyon sa isang tao.
Maglagay ng isang teorya tungkol sa conversion ng enerhiya sa kuryente.

Paunang katotohanan:

Ang enerhiyang nuklear ay inilalabas sa panahon ng pagkabulok o pagsasanib ng atomic nuclei. Ang anumang enerhiya - pisikal, kemikal, o nuklear ay ipinakikita sa pamamagitan ng kakayahang gumawa ng trabaho, magpalabas ng init o radiation. Ang enerhiya sa anumang sistema ay palaging natipid, ngunit maaari itong ilipat sa ibang sistema o baguhin ang anyo.

Achievement Ang mga kondisyon ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay nahahadlangan ng ilang pangunahing problema:

Una, ang gas ay dapat na pinainit sa isang napakataas na temperatura.
Pangalawa, kinakailangang kontrolin ang bilang ng tumutugon na nuclei sa loob ng sapat na mahabang panahon.
Pangatlo, ang dami ng enerhiya na inilabas ay dapat na mas malaki kaysa sa ginugol para sa pagpainit at paglilimita sa density ng gas.
Ang susunod na problema ay ang akumulasyon ng enerhiya na ito at ginagawang kuryente.

1. Thermonuclear reactions sa Araw

Ano ang pinagmumulan ng solar energy? Ano ang likas na katangian ng mga proseso kung saan ang isang malaking halaga ng enerhiya ay ginawa? Hanggang kailan patuloy na sisikat ang araw?

Ang mga unang pagtatangka na sagutin ang mga tanong na ito ay ginawa ng mga astronomo noong kalagitnaan ng ika-19 na siglo, pagkatapos na bumalangkas ng mga pisiko ng batas ng konserbasyon ng enerhiya.

Iminungkahi ni Robert Mayer na ang Araw ay sumisikat dahil sa patuloy na pambobomba sa ibabaw ng mga meteorite at meteor particle. Ang hypothesis na ito ay tinanggihan, dahil ang isang simpleng pagkalkula ay nagpapakita na upang mapanatili ang ningning ng Araw sa kasalukuyang antas, kinakailangan na 2∙10 15 kg ng meteoric matter. Para sa isang taon ito ay magiging 6∙10 22 kg, at sa panahon ng pagkakaroon ng Araw, sa loob ng 5 bilyong taon - 3∙10 32 kg. Mass ng araw M = 2∙10 30 kg, samakatuwid, sa limang bilyong taon, ang bagay ay 150 beses ang masa ng Araw ay dapat na nahulog sa Araw.

Ang pangalawang hypothesis ay inilagay din nina Helmholtz at Kelvin sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo. Iminungkahi nila na ang Araw ay nagliliwanag sa pamamagitan ng pagkontrata ng 60–70 metro taun-taon. Ang dahilan para sa compression ay ang kapwa pagkahumaling ng mga particle ng Araw, kaya naman ang hypothesis na ito ay tinawag kontraktwal . Kung gagawa tayo ng kalkulasyon ayon sa hypothesis na ito, ang edad ng Araw ay hindi hihigit sa 20 milyong taon, na sumasalungat sa modernong data na nakuha mula sa pagsusuri ng radioactive decay ng mga elemento sa mga geological sample ng lupa ng lupa at lupa ng Buwan. .

Ang ikatlong hypothesis tungkol sa mga posibleng pinagmumulan ng solar energy ay iniharap ni James Jeans sa simula ng ika-20 siglo. Iminungkahi niya na ang kalaliman ng Araw ay naglalaman ng mabibigat na radioactive na elemento na kusang nabubulok, habang ang enerhiya ay ibinubuga. Halimbawa, ang pagbabago ng uranium sa thorium at pagkatapos ay sa tingga ay sinamahan ng paglabas ng enerhiya. Ang kasunod na pagsusuri ng hypothesis na ito ay nagpakita rin ng kabiguan nito; ang isang bituin na binubuo lamang ng uranium ay hindi maglalabas ng sapat na enerhiya upang magbigay ng naobserbahang liwanag ng Araw. Bilang karagdagan, may mga bituin na maraming beses na mas maliwanag kaysa sa ating bituin. Malamang na ang mga bituin na iyon ay maglalaman din ng mas maraming radioactive na materyal.

Ang pinaka-malamang na hypothesis ay naging hypothesis ng synthesis ng mga elemento bilang isang resulta ng mga reaksyong nuklear sa mga interior ng mga bituin.

Noong 1935, ipinalagay ni Hans Bethe na ang thermonuclear reaction ng pag-convert ng hydrogen sa helium ay maaaring pagmulan ng solar energy. Dahil dito natanggap ni Bethe ang Nobel Prize noong 1967.

Ang kemikal na komposisyon ng Araw ay halos pareho sa karamihan ng iba pang mga bituin. Humigit-kumulang 75% ay hydrogen, 25% ay helium, at mas mababa sa 1% ang lahat ng iba pang elemento ng kemikal (pangunahin ang carbon, oxygen, nitrogen, atbp.). Kaagad pagkatapos ng kapanganakan ng Uniberso, walang mga "mabigat" na elemento sa lahat. Lahat sila, i.e. Ang mga elementong mas mabigat kaysa sa helium, at kahit na maraming mga alpha particle, ay nabuo sa panahon ng "pagsunog" ng hydrogen sa mga bituin sa panahon ng thermonuclear fusion. Ang katangian ng buhay ng isang bituin tulad ng Araw ay sampung bilyong taon.

Ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya ayikot ng proton-proton – napakabagal na reaksyon (characteristic time 7.9∙10 9 taon), dahil ito ay dahil sa mahinang pakikipag-ugnayan. Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa katotohanan na mula sa apat na proton ay nakuha ang isang helium nucleus. Sa kasong ito, ang isang pares ng positron at isang pares ng neutrino ay inilabas, pati na rin ang 26.7 MeV ng enerhiya. Ang bilang ng mga neutrino na ibinubuga ng Araw sa bawat segundo ay tinutukoy lamang ng liwanag ng Araw. Dahil kapag ang 26.7 MeV ay inilabas, 2 neutrino ang ipinanganak, pagkatapos ay ang neutrino emission rate: 1.8∙10 38 neutrino/s. Ang isang direktang pagsubok sa teoryang ito ay ang pagmamasid sa mga solar neutrino. Ang mga high-energy neutrino (boron) ay naitala sa mga eksperimento ng chlorine-argon (mga eksperimento sa Davis) at patuloy na nagpapakita ng kakulangan ng mga neutrino kumpara sa theoretical na halaga para sa karaniwang solar model. Ang mga low-energy neutrino na direktang lumitaw sa reaksyon ng pp ay naitala sa mga eksperimento ng gallium-germanium (GALLEX sa Gran Sasso (Italy-Germany) at SAGE sa Baksan (Russia-USA)); "nawawala" din sila.

Ayon sa ilang mga pagpapalagay, kung ang mga neutrino ay may rest mass maliban sa zero, ang mga oscillations (transformations) ng iba't ibang uri ng neutrino ay posible (ang Mikheev-Smirnov-Wolfenstein effect) (mayroong tatlong uri ng neutrino: electron, muon at tauon neutrino) . kasi ang ibang mga neutrino ay may mas maliit na interaksyon ng mga cross section na may matter kaysa sa mga electron, ang naobserbahang deficit ay maaaring ipaliwanag nang hindi binabago ang karaniwang modelo ng Araw, na binuo batay sa buong set ng astronomical data.

Bawat segundo, nagre-recycle ang Araw ng humigit-kumulang 600 milyong tonelada ng hydrogen. Ang mga stock ng nuclear fuel ay tatagal ng isa pang limang bilyong taon, pagkatapos nito ay unti-unting magiging white dwarf.

Ang mga gitnang bahagi ng Araw ay lumiliit, umiinit, at ang init na inilipat sa panlabas na shell ay hahantong sa pagpapalawak nito sa napakalaking sukat kumpara sa mga modernong: ang Araw ay lalawak nang labis na ito ay sumisipsip ng Mercury, Venus at gagastos " gasolina" isang daang beses na mas mabilis, kaysa sa kasalukuyan. Ito ay magpapalaki sa laki ng Araw; ang ating bituin ay magiging isang pulang higante, ang laki nito ay maihahambing sa distansya mula sa Earth hanggang sa Araw!

Siyempre, aabisuhan kami nang maaga tungkol sa naturang kaganapan, dahil ang paglipat sa isang bagong yugto ay tatagal ng humigit-kumulang 100-200 milyong taon. Kapag ang temperatura ng gitnang bahagi ng Araw ay umabot sa 100,000,000 K, ang helium ay magsisimula ring magsunog, na magiging mabibigat na elemento, at ang Araw ay papasok sa isang yugto ng kumplikadong mga siklo ng pag-urong at pagpapalawak. Sa huling yugto, mawawala ang panlabas na shell ng ating bituin, ang gitnang core ay magkakaroon ng hindi kapani-paniwalang malaking density at sukat, tulad ng sa Earth. Ilang bilyong taon pa ang lilipas, at ang Araw ay lalamig, na magiging isang puting dwarf.

2. Kinokontrol na thermonuclear fusion.

Ang kinokontrol na thermonuclear fusion (CTF) ay ang synthesis ng mas mabibigat na atomic nuclei mula sa mas magaan upang makakuha ng enerhiya, na, hindi tulad ng explosive thermonuclear fusion (ginagamit sa thermonuclear weapons), ay kinokontrol. Ang kinokontrol na thermonuclear fusion ay naiiba sa tradisyonal na nuclear energy dahil ang huli ay gumagamit ng fission reaction, kung saan ang mas magaan na nuclei ay nakukuha mula sa mabigat na nuclei. Deuterium ( 2 H) at tritium (3 H), at sa mas malayong hinaharap, helium-3 ( 3 Siya) at boron-11 (11 B).

Ang kinokontrol na thermonuclear fusion ay maaaring gumamit ng iba't ibang uri ng thermonuclear reactions depende sa uri ng fuel na ginamit.

Ang Deuterium ay inuri bilang thermonuclear fuel. 2 D 1 , tritium 3 T 1 at 6 Li 3 . Ang pangunahing nuclear fuel ng ganitong uri ay deuterium. 6 Li 3 nagsisilbing hilaw na materyal para sa pagkuha ng pangalawang thermonuclear fuel - tritium.

Tritium 3 T 1 - napakabigat na hydrogen 3 N 1 – nakuha sa pamamagitan ng pag-iilaw ng natural na Li ( 7.52% 6 Li 3 ) neutron at alpha particle ( 4α 2 - helium atom nuclei 4 Hindi 2 ). Ang Deuterium ay ginagamit bilang isang thermonuclear fuel na may halong tritium at 6 Li 3 (sa anyo ng LiD at LiТ ). Sa panahon ng pagpapatupad ng mga reaksyon ng pagsasanib ng nuklear sa gasolina, nangyayari ang mga reaksyon ng pagsasanib ng helium nuclei (sa temperatura na sampu hanggang daan-daang milyong digri). Ang mga ibinubuga na neutron ay hinihigop ng nuclei 6 Li 3 , habang ang karagdagang halaga ng tritium ay nabuo ayon sa reaksyon: 6 Li 3 + 1 p 0 \u003d 3 T 1 + 4 He 2 ( sa reaksyon ng kabuuan ng mga numero ng masa 6+1=3+4 at mga kabuuan ng singil 3+0=1+2 dapat pareho sa magkabilang panig ng equation). Dalawang deuterium nuclei (heavy hydrogen) ang nagbibigay bilang resulta ng fusion reaction ng isang tritium nucleus (superheavy hydrogen) at isang proton (ang nucleus ng isang normal na hydrogen atom): 2 D 1 + 2 D 1 \u003d 3 T 1 + 1 R 1; Ang mga reaksyon ay maaari ding pumunta sa ibang paraan, sa pagbuo ng isang helium isotope nucleus 3 He 2 at neutron 1 p 0 : 2 D 1 + 2 D 1 = 3 He 2 + 1 p 0 . Ang Tritium ay tumutugon sa deuterium, muling lumitaw ang mga neutron, na may kakayahang makipag-ugnayan sa 6 Li 3: 2 D 1 + 3 T 1 \u003d 4 He 2 + 1 p 0 atbp. Ang calorific value ng thermonuclear fuel ay 5-6 beses na mas mataas kaysa sa fissile na materyales. Ang mga reserba ng deuterium sa hydrosphere ay tungkol sa 10 13 t . Gayunpaman, sa kasalukuyan, ang mga hindi makontrol na reaksyon (pagsabog) lamang ang praktikal na isinasagawa, at ang mga pamamaraan ay malawakang hinahanap para magsagawa ng isang kinokontrol na thermonuclear na reaksyon, na, sa prinsipyo, ay ginagawang posible na magbigay ng enerhiya sa sangkatauhan sa halos walang limitasyong panahon ng oras.

3. Mga kalamangan ng thermonuclear fusion

Anong mga pakinabang ang mayroon ang thermonuclear fusion kumpara sa mga reaksyon ng nuclear fission, na nagpapahintulot sa amin na umasa para sa isang malakihang pag-unlad ng thermonuclear energy? Ang pangunahing at pangunahing pagkakaiba ay ang kawalan ng mahabang buhay na radioactive na basura, na karaniwan para sa mga nuclear fission reactor. At kahit na ang unang pader ay isinaaktibo ng mga neutron sa panahon ng pagpapatakbo ng isang thermonuclear reactor, ang pagpili ng angkop na mababang-activation na mga istrukturang materyales ay nagbubukas ng pangunahing posibilidad ng paglikha ng isang thermonuclear reactor kung saan ang sapilitan na aktibidad ng unang pader ay bababa sa isang ganap. ligtas na antas tatlumpung taon pagkatapos ng pagsara ng reaktor. Nangangahulugan ito na ang nag-expire na reactor ay kailangang ma-mothball sa loob lamang ng 30 taon, pagkatapos nito ang mga materyales ay maaaring i-recycle at magamit sa isang bagong fusion reactor. Ang sitwasyong ito ay pangunahing naiiba sa mga fission reactor, na gumagawa ng radioactive na basura na nangangailangan ng pagproseso at pag-iimbak sa loob ng sampu-sampung libong taon. Bilang karagdagan sa mababang radyaktibidad, ang thermonuclear na enerhiya ay may napakalaking, halos hindi mauubos na mga reserba ng gasolina at iba pang mga kinakailangang materyales, na sapat upang makagawa ng enerhiya para sa maraming daan-daang, kung hindi libu-libong taon.

Ang mga kalamangan na ito ang nag-udyok sa mga pangunahing bansang nuklear na magsimula ng malakihang pananaliksik sa kontroladong thermonuclear fusion noong kalagitnaan ng 1950s. Sa oras na iyon, ang mga unang matagumpay na pagsubok ng mga bomba ng hydrogen ay naisagawa na sa Unyong Sobyet at Estados Unidos, na kinumpirma ang pangunahing posibilidad ng paggamit ng enerhiya ng nuclear fusion sa ilalim ng mga kondisyong panlupa. Sa simula pa lang, naging malinaw na ang kinokontrol na thermonuclear fusion ay walang military application. Noong 1956, ang pananaliksik ay na-declassified at mula noon ay isinagawa sa balangkas ng malawak na internasyonal na kooperasyon. Ang hydrogen bomb ay nilikha sa loob lamang ng ilang taon, at sa oras na iyon ay tila malapit na ang layunin, at ang unang malalaking eksperimentong pasilidad, na itinayo sa pagtatapos ng 50s, ay tatanggap ng thermonuclear plasma. Gayunpaman, tumagal ng higit sa 40 taon ng pananaliksik upang lumikha ng mga kondisyon kung saan ang pagpapalabas ng thermonuclear power ay maihahambing sa kapangyarihan ng pag-init ng tumutugon na timpla. Noong 1997, ang pinakamalaking thermonuclear installation, ang European TOKAMAK (JET), ay nakatanggap ng 16 MW ng thermonuclear power at lumapit sa threshold na ito.

Ano ang dahilan ng naturang pagkaantala? Ito ay lumabas na upang makamit ang layunin, ang mga pisiko at inhinyero ay kailangang lutasin ang maraming mga problema na hindi nila alam sa simula ng paglalakbay. Sa loob ng 40 taon na ito, nilikha ang isang agham - pisika ng plasma, na naging posible na maunawaan at ilarawan ang mga kumplikadong pisikal na proseso na nagaganap sa tumutugon na timpla. Kinailangan ng mga inhinyero na lutasin ang parehong mahirap na mga problema, kabilang ang kung paano lumikha ng isang malalim na vacuum sa malalaking volume, pumili at subukan ang mga angkop na materyales sa istruktura, bumuo ng malalaking superconducting magnet, makapangyarihang mga laser at X-ray na mapagkukunan, bumuo ng mga pulsed power system na may kakayahang lumikha ng mga malalakas na particle beam, upang bumuo ng mga pamamaraan para sa mataas na dalas ng pag-init ng pinaghalong, at marami pang iba.

4. Mga problema ng kontroladong thermonuclear fusion

Ang enerhiya ng nuclei na kalahok sa reaksyon ay dapat na hindi bababa sa 10 keV. Para magsimula ang nuclear fusion, ang nuclei na kasali sa reaksyon ay dapat mahulog sa larangan ng nuclear forces, ang radius nito ay 10-12-10-13 s.cm. Gayunpaman, ang atomic nuclei ay may positibong singil sa kuryente, at tulad ng mga singil ay nagtataboy sa isa't isa. Sa hangganan ng pagkilos ng mga puwersang nuklear, ang enerhiya ng pagtanggi ng Coulomb ay halos 10 keV. Upang malampasan ang hadlang na ito, ang nuclei sa banggaan ay dapat magkaroon ng kinetic energy na hindi bababa sa halagang ito.
Ang produkto ng konsentrasyon ng tumutugon na nuclei at ang oras ng pagpapanatili kung saan pinananatili nila ang ipinahiwatig na enerhiya ay dapat na hindi bababa sa 1014 s.cm-3. Ang kundisyong ito - ang tinatawag na Lawson criterion - ay tumutukoy sa limitasyon ng kakayahang kumita ng enerhiya ng reaksyon. Upang ang enerhiya na inilabas sa reaksyon ng pagsasanib ay hindi bababa sa masakop ang mga gastos sa enerhiya sa pagsisimula ng reaksyon, ang atomic nuclei ay dapat sumailalim sa maraming banggaan. Sa bawat banggaan kung saan nagaganap ang fusion reaction sa pagitan ng deuterium (D) at tritium (T), 17.6 MeV ng enerhiya ang inilalabas, ibig sabihin, humigit-kumulang 3.10-12 J. Kung, halimbawa, 10 MJ na enerhiya ang ginugugol sa pag-aapoy, kung gayon ang masisira ang reaksyon kahit na 3.1018 pares ng D-T ang makilahok dito. At para dito, ang isang medyo siksik na high-energy na plasma ay dapat itago sa reaktor sa loob ng mahabang panahon. Ang kundisyong ito ay ipinahayag ng Lawson criterion.

Kung ang parehong mga kinakailangan ay maaaring matugunan nang sabay-sabay, ang problema ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay malulutas.

4.1 Mga problema sa ekonomiya

Kapag lumilikha ng TCB, ipinapalagay na ito ay isang malaking pag-install na nilagyan ng makapangyarihang mga computer. Ito ay magiging isang buong maliit na lungsod. Ngunit sakaling magkaroon ng aksidente o pagkasira ng kagamitan, maaabala ang operasyon ng istasyon.

Hindi ito ibinigay para sa, halimbawa, sa mga modernong disenyo ng NPP. Ito ay pinaniniwalaan na ang pangunahing bagay ay ang pagbuo ng mga ito, at kung ano ang susunod na mangyayari ay hindi mahalaga.

Ngunit kung sakaling masira ang 1 istasyon, maraming lungsod ang maiiwan na walang kuryente. Ito ay makikita sa halimbawa ng nuclear power plant sa Armenia. Ang pag-alis ng radioactive waste ay naging napakamahal. Sa kahilingan ng berdeng nuclear power plant ay isinara. Ang populasyon ay naiwang walang kuryente, ang mga kagamitan ng planta ng kuryente ay naubos, at ang perang inilaan ng mga internasyonal na organisasyon para sa pagpapanumbalik ay nasayang.

Ang isang malubhang problema sa ekonomiya ay ang decontamination ng mga inabandunang industriya kung saan ang uranium ay naproseso. Halimbawa, "ang lungsod ng Aktau ay may sariling maliit na" Chernobyl ". Ito ay matatagpuan sa teritoryo ng chemical-hydrometallurgical plant (KhGMZ). Ang gamma-ray background radiation sa uranium processing shop (HMC) sa ilang mga lugar ay umabot 11,000 micro-roentgens kada oras, ang average na antas ng background ay 200 micro-roentgens ( Ang karaniwang natural na background ay mula 10 hanggang 25 micro-roentgens kada oras. Pagkatapos ng shutdown ng planta, ang decontamination ay hindi natupad dito. bahagi ng kagamitan, humigit-kumulang labinlimang libong tonelada, ay mayroon nang hindi naaalis na radyaktibidad. Kasabay nito, ang mga naturang mapanganib na bagay ay nakaimbak sa bukas, hindi maganda ang pagbabantay at patuloy na inaalis mula sa teritoryo ng KhGMZ.

Samakatuwid, dahil walang mga walang hanggang produksyon, na may kaugnayan sa pagdating ng mga bagong teknolohiya, ang TCB ay maaaring sarado at pagkatapos ay ang mga bagay, mga metal mula sa negosyo ay papasok sa merkado at ang lokal na populasyon ay magdurusa.

Gagamitin ang tubig sa TCB cooling system. Ngunit ayon sa mga environmentalist, kung kukuha tayo ng mga istatistika sa mga nuclear power plant, ang tubig mula sa mga reservoir na ito ay hindi angkop para sa pag-inom.

Ayon sa mga eksperto, ang reservoir ay puno ng mabibigat na metal (sa partikular, thorium-232), at sa ilang mga lugar ang antas ng gamma radiation ay umabot sa 50 - 60 microroentgens kada oras.

Ibig sabihin, ngayon, sa panahon ng pagtatayo ng mga nuclear power plant, hindi ibinigay ang mga pondo na magbabalik sa lugar sa orihinal nitong estado. At pagkatapos ng pagsasara ng negosyo, walang nakakaalam kung paano ibaon ang naipon na basura at linisin ang dating negosyo.

4.2 Mga problemang medikal

Kasama sa mga nakakapinsalang epekto ng CTS ang paggawa ng mga mutant ng mga virus at bakterya na gumagawa ng mga nakakapinsalang sangkap. Ito ay totoo lalo na para sa mga virus at bakterya sa katawan ng tao. Ang paglitaw ng mga malignant na tumor at kanser ay malamang na isang karaniwang sakit ng mga residente ng mga nayon na nakatira malapit sa TCB. Palaging higit na naghihirap ang mga residente dahil wala silang anumang paraan ng proteksyon. Ang mga dosimeter ay mahal at ang mga gamot ay hindi magagamit. Ang mga basura mula sa TCF ay itatapon sa mga ilog, dumudugo sa hangin o ibobomba sa ilalim ng lupa, na nangyayari ngayon sa mga nuclear power plant.

Bilang karagdagan sa pinsala na nangyayari sa lalong madaling panahon pagkatapos ng pagkakalantad sa mataas na dosis, ang ionizing radiation ay nagdudulot ng mga pangmatagalang epekto. Karaniwang, carcinogenesis at genetic disorder na maaaring mangyari sa anumang dosis at uri ng pagkakalantad (single, talamak, lokal).

Ayon sa mga ulat mula sa mga doktor na nagrehistro ng mga sakit ng mga manggagawa sa nuclear power plant, una ay may mga cardiovascular disease (atake sa puso), pagkatapos ay cancer. Ang kalamnan ng puso ay nagiging mas payat sa ilalim ng impluwensya ng radiation, nagiging malambot, hindi gaanong matibay. Mayroong medyo hindi maintindihan na mga sakit. Halimbawa, pagkabigo sa atay. Ngunit kung bakit ito nangyayari, wala pa rin sa mga doktor ang hindi nakakaalam. Kung ang mga radioactive substance ay nakapasok sa respiratory tract sa panahon ng isang aksidente, pinuputol ng mga doktor ang mga nasirang tissue ng baga at trachea at ang taong may kapansanan ay naglalakad gamit ang isang portable device para sa paghinga.

5. Thermonuclear installation

Ang mga siyentipiko ng ating bansa at karamihan sa mga mauunlad na bansa sa mundo ay nakikitungo sa problema ng paggamit ng mga thermonuclear reaction para sa mga layunin ng enerhiya sa loob ng maraming taon. Ang mga natatanging pag-install ng thermonuclear ay nilikha - ang pinaka kumplikadong mga teknikal na aparato na idinisenyo upang pag-aralan ang posibilidad na makakuha ng napakalaking enerhiya, na inilabas hanggang ngayon lamang sa panahon ng pagsabog ng isang bomba ng hydrogen. Nais matutunan ng mga siyentipiko kung paano kontrolin ang kurso ng isang thermonuclear reaction - ang reaksyon ng pagsasama ng mabibigat na hydrogen nuclei (deuterium at tritium) sa pagbuo ng helium nuclei sa mataas na temperatura - upang magamit ang enerhiya na inilabas sa panahon na ito para sa mapayapang layunin, para sa pakinabang ng mga tao.

Napakakaunting deuterium sa isang litro ng tubig mula sa gripo. Ngunit kung ang deuterium na ito ay nakolekta at ginamit bilang panggatong sa isang thermonuclear installation, kung gayon maaari kang makakuha ng mas maraming enerhiya tulad ng sa pagsunog ng halos 300 kilo ng langis. At upang maibigay ang enerhiya na ngayon ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsunog ng conventional fuel na minahan sa isang taon, kakailanganing kunin ang deuterium mula sa tubig na nakapaloob sa isang cube na may gilid na 160 metro lamang. Ang Volga River lamang ang nagdadala ng humigit-kumulang 60,000 kubiko metro ng tubig sa Dagat Caspian bawat taon.

Para maganap ang isang thermonuclear reaction, maraming kundisyon ang dapat matugunan. Kaya, ang temperatura sa zone kung saan pinagsama ang mabibigat na hydrogen nuclei ay dapat na humigit-kumulang 100 milyong degrees. Sa napakalaking temperatura, hindi na gas ang pinag-uusapan natin, kundi tungkol sa plasma. Ang plasma ay isang estado ng bagay kapag, sa mataas na temperatura ng gas, ang mga neutral na atom ay nawawala ang kanilang mga electron at nagiging mga positibong ion. Sa madaling salita, ang plasma ay pinaghalong malayang gumagalaw na mga positibong ion at electron. Ang pangalawang kundisyon ay ang pangangailangan na mapanatili ang plasma density sa reaction zone na hindi bababa sa 100,000 bilyong particle kada cubic centimeter. At, sa wakas, ang pangunahing at pinakamahirap na bagay ay panatilihin ang kurso ng thermonuclear reaction nang hindi bababa sa isang segundo.

Ang working chamber ng isang thermonuclear installation ay toroidal, katulad ng isang malaking guwang na bagel. Ito ay puno ng pinaghalong deuterium at tritium. Sa loob ng silid mismo, ang isang plasma coil ay nilikha - isang konduktor kung saan ang isang electric current na halos 20 milyong amperes ay ipinapasa.
Ang electric current ay gumaganap ng tatlong mahahalagang function. Una, lumilikha ito ng plasma. Pangalawa, pinapainit ito ng hanggang isang daang milyong digri. At, sa wakas, ang kasalukuyang lumilikha ng isang magnetic field sa paligid nito, iyon ay, ito ay pumapalibot sa plasma na may magnetic na mga linya ng puwersa. Sa prinsipyo, ang mga linya ng puwersa sa paligid ng plasma ay dapat panatilihin itong suspendido at maiwasan ang plasma mula sa paghawak sa mga dingding ng silid. Ang mga puwersang elektrikal ay nagpapabagal sa konduktor ng plasma, na walang lakas ng isang metal na konduktor. Ito ay yumuko, tumama sa dingding ng silid at binibigyan ito ng thermal energy nito. Upang maiwasan ito, mas maraming coils ang inilalagay sa ibabaw ng toroidal chamber, na lumilikha ng longitudinal magnetic field sa chamber, na nagtutulak sa plasma conductor palayo sa mga dingding. Tanging ito ay hindi sapat, dahil ang kasalukuyang nagdadala ng plasma conductor ay may posibilidad na mabatak, upang madagdagan ang diameter nito. Ang magnetic field, na awtomatikong nilikha, nang walang mga panlabas na puwersa, ay tinatawag din na panatilihin ang plasma conductor mula sa pagpapalawak. Ang plasma conductor ay inilalagay kasama ng toroidal chamber sa isa pang mas malaking chamber na gawa sa isang non-magnetic na materyal, kadalasang tanso. Sa sandaling sinubukan ng konduktor ng plasma na lumihis mula sa posisyon ng balanse, sa kaluban ng tanso, ayon sa batas ng electromagnetic induction, isang induction current ang lumitaw, na kabaligtaran sa kasalukuyang nasa plasma. Bilang resulta, lumilitaw ang isang salungat na puwersa, na nagtataboy sa plasma mula sa mga dingding ng silid.
Upang panatilihin ang plasma mula sa pakikipag-ugnay sa mga dingding ng silid sa pamamagitan ng isang magnetic field ay iminungkahi noong 1949 ng A.D. Sakharov, at ilang sandali pa ang American J. Spitzer.

Sa pisika, kaugalian na magbigay ng mga pangalan sa bawat bagong uri ng pang-eksperimentong setup. Ang isang istraktura na may tulad na isang winding system ay tinatawag na isang tokamak - maikli para sa "toroidal chamber at magnetic coil."

Noong 1970s, isang thermonuclear facility na tinatawag na "Tokamak-10" ang itinayo sa USSR. Ito ay binuo sa Institute of Atomic Energy. I.V. Kurchatov. Sa pag-install na ito, ang temperatura ng plasma conductor ay 10 milyong degrees, ang plasma density ay hindi mas mababa sa 100 libong bilyong particle bawat cubic centimeter, at ang plasma retention time ay malapit sa 0.5 segundo. Ang pinakamalaking pag-install sa ating bansa ngayon, Tokamak-15, ay itinayo din sa Moscow Research Center Kurchatov Institute.

Ang lahat ng nilikhang thermonuclear installation sa ngayon ay kumokonsumo lamang ng enerhiya para sa pagpainit ng plasma at paglikha ng mga magnetic field. Ang isang thermonuclear plant ng hinaharap, sa kabaligtaran, ay dapat maglabas ng napakaraming enerhiya na ang isang maliit na bahagi nito ay maaaring magamit upang mapanatili ang isang thermonuclear reaksyon, iyon ay, upang painitin ang plasma, lumikha ng mga magnetic field at palakasin ang maraming mga pantulong na aparato at aparato, at ibigay ang pangunahing bahagi para sa pagkonsumo sa electrical network.

Noong 1997, sa UK, sa JET tokamak, naabot nila ang pagkakataon ng input at nakatanggap ng enerhiya. Bagaman ito, siyempre, ay hindi sapat para sa self-sustaining ng proseso: hanggang sa 80 porsiyento ng enerhiya na natanggap ay nawala. Upang gumana ang reaktor, kinakailangan na makagawa ng limang beses na mas maraming enerhiya kaysa sa ginugol sa pag-init ng plasma at paglikha ng mga magnetic field.
Noong 1986, ang mga bansa ng European Union, kasama ang USSR, USA at Japan, ay nagpasya na sama-samang bumuo at bumuo sa 2010 ng isang sapat na malaking tokamak na may kakayahang gumawa ng enerhiya hindi lamang upang mapanatili ang thermonuclear fusion sa plasma, ngunit din upang makakuha ng kapaki-pakinabang. kuryente. Ang reactor na ito ay pinangalanang ITER, maikli para sa International Thermonuclear Experimental Reactor. Noong 1998, nagawa nilang kumpletuhin ang mga kalkulasyon ng disenyo, ngunit dahil sa kabiguan ng mga Amerikano, kailangang gumawa ng mga pagbabago sa disenyo ng reaktor upang mabawasan ang gastos nito.

Maaari mong hayaang natural na gumalaw ang mga particle, at bigyan ang camera ng hugis na sumusunod sa kanilang dinadaanan. Ang camera pagkatapos ay may medyo kakaibang hitsura. Inuulit nito ang hugis ng isang plasma filament na lumilitaw sa magnetic field ng mga panlabas na coils ng isang kumplikadong pagsasaayos. Ang magnetic field ay nilikha ng mga panlabas na coils ng isang mas kumplikadong pagsasaayos kaysa sa isang tokamak. Ang mga device ng ganitong uri ay tinatawag na mga stellarator. Torsatron "Hurricane-3M" ay itinayo sa ating bansa. Ang eksperimental na stellarator na ito ay idinisenyo upang maglaman ng plasma na pinainit hanggang sampung milyong degree.

Sa kasalukuyan, ang mga tokamaks ay may iba pang malubhang kakumpitensya na gumagamit ng inertial thermonuclear fusion. Sa kasong ito, ilang milligrams ng pinaghalong deuterium-tritium ay nakapaloob sa isang kapsula na 1-2 mm ang lapad. Ang pulsed radiation ng ilang sampu ng malalakas na laser ay nakatutok sa kapsula. Bilang resulta, ang kapsula ay agad na sumingaw. Kinakailangang maglagay ng 2 MJ ng enerhiya sa radiation sa loob ng 5–10 nanosecond. Pagkatapos ay i-compress ng magaan na presyon ang pinaghalong sa isang lawak na maaaring maganap ang isang thermonuclear fusion reaction. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagsabog, na katumbas ng lakas sa isang pagsabog ng isang daang kilo ng TNT, ay gagawing mas maginhawang anyo para magamit - halimbawa, sa isang electric. Gayunpaman, ang pagtatayo ng mga stellarator at inertial fusion na pasilidad ay nakakaranas din ng mga seryosong teknikal na problema. Malamang, ang praktikal na paggamit ng thermonuclear energy ay hindi isang tanong sa malapit na hinaharap.

6. Mga prospect para sa mastering thermonuclear fusion

Bilang isang mahalagang gawain para sa industriya ng nukleyar, sa mahabang panahon, ay ang pagpasok sa pagbuo ng mga kontroladong teknolohiya ng thermonuclear fusion bilang batayan ng enerhiya ng hinaharap. Sa kasalukuyan, ang mga madiskarteng desisyon ay ginagawa sa buong mundo upang bumuo at makabisado ng mga bagong mapagkukunan ng enerhiya. Ang pangangailangan na bumuo ng mga naturang mapagkukunan ay nauugnay sa inaasahang kakulangan ng produksyon ng enerhiya at limitadong mapagkukunan ng gasolina. Ang isa sa mga pinaka-promising na makabagong mapagkukunan ng enerhiya ay ang kinokontrol na thermonuclear fusion (CTF). Ang enerhiya ng pagsasanib ay inilabas sa panahon ng pagsasanib ng nuclei ng mabibigat na isotopes ng hydrogen. Ang gasolina para sa isang thermonuclear reactor ay tubig at lithium, ang mga reserba nito ay halos walang limitasyon. Sa ilalim ng mga kondisyon ng terrestrial, ang pagpapatupad ng CTS ay isang kumplikadong pang-agham at teknolohikal na gawain na nauugnay sa pagkuha ng temperatura ng sangkap na higit sa 100 milyong degree at thermal insulation ng rehiyon ng synthesis mula sa mga dingding ng reaktor.

Ang Thermonuclear fusion ay isang pangmatagalang proyekto, ang paglikha ng isang komersyal na pasilidad ay inaasahan sa 2040-2050. Ang pinaka-malamang na senaryo para sa mastering thermonuclear energy ay nagsasangkot ng pagpapatupad ng tatlong yugto:
- mastering ang mga mode ng pangmatagalang pagsunog ng isang thermonuclear reaksyon;
- pagpapakita ng pagbuo ng kuryente;
- Paglikha ng mga pang-industriyang thermonuclear na istasyon.

Sa loob ng balangkas ng internasyonal na proyektong ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), ito ay dapat na ipakita ang teknikal na pagiging posible ng pagkulong sa plasma at pagbuo ng enerhiya.Ang pangunahing layunin ng programa ng proyekto ng ITER ay upang ipakita ang siyentipiko at teknikal na pagiging posible ng pagkuha ng enerhiya sa pamamagitan ng fusion reactions (fusion) ng hydrogen isotopes - deuterium at tritium. Ang kapangyarihan ng pagsasanib ng disenyo ng ITER reactor ay magiging mga 500 MW sa temperatura ng plasma na 100 milyong degrees.
Noong Nobyembre 2006, lahat ng mga kalahok sa proyekto ng ITER - ang European Union, Russia, Japan, USA, China, Korea at India ay nilagdaan ang Mga Kasunduan sa pagtatatag ng International Fusion Energy Organization ITER para sa magkasanib na pagpapatupad ng proyekto ng ITER. Ang yugto ng pagtatayo ng reaktor ay nagsimula noong 2007.

Ang pakikilahok ng Russia sa proyekto ng ITER ay binubuo sa pag-unlad, paggawa at pagbibigay sa site ng pagtatayo ng reaktor (Cadarache, France) ng pangunahing kagamitan sa teknolohiya at paggawa ng kontribusyon sa pera, na sa pangkalahatan ay halos 10% ng kabuuang halaga ng pagtatayo ng reaktor . Ang USA, China, India, Korea at Japan ay may parehong bahagi ng kontribusyon.
Roadmap para sa mastering ang enerhiya ng kinokontrol na thermonuclear fusion

2000 (kasalukuyang antas):
Mga Hamon na Lutasin: Pagkamit ng Equity sa Mga Gastos at Pagbuo ng Enerhiya
Ang pinakabagong henerasyon ng mga tokamak ay naging posible na lumapit sa pagpapatupad ng kinokontrol na thermonuclear combustion na may malaking pagpapalabas ng enerhiya.
Ang lakas ng mga reaksyon ng thermonuclear fusion ay umabot sa antas na 17 MW (JET facility, EU), na maihahambing sa kapangyarihang inilagay sa plasma.
2020:

Mga gawain na malulutas sa proyekto ng ITER: pangmatagalang reaksyon, pag-unlad at pagsasama ng mga teknolohiyang thermonuclear.

Ang layunin ng proyekto ng ITER ay upang makamit ang kontroladong pag-aapoy ng isang thermonuclear reaction at ang pangmatagalang pagkasunog nito sa sampung beses na labis ng thermonuclear power sa kapangyarihan upang simulan ang isang fusion reaction Q³10.

2030:
Lutasin ang gawain: pagtatayo ng isang demonstration station na DEMO (OTE)
Ang pagpili ng pinakamainam na materyales at teknolohiya para sa OFC, ang disenyo, pagtatayo at mga panimulang pagsubok ng isang eksperimentong thermonuclear power plant ay nakumpleto sa loob ng balangkas ng proyekto ng DEMO, at ang konseptwal na disenyo ng PTE ay natapos.
2050
Mga gawaing dapat lutasin: disenyo at pagtatayo ng PTE, pagkumpleto ng pagsubok ng mga teknolohiya sa pagbuo ng kuryente sa DEMO.
Paglikha ng isang istasyon ng industriya ng enerhiya na may mataas na margin ng kaligtasan at katanggap-tanggap na mga tagapagpahiwatig ng ekonomiya ng halaga ng enerhiya.
Ang sangkatauhan ay tatanggap sa kanyang mga kamay ng hindi mauubos, ekolohikal at katanggap-tanggap na mapagkukunan ng enerhiya.Ang disenyo ng fusion reactor ay batay sa mga sistema na may magnetic plasma confinement ng uri ng "Tokamak", na unang binuo at ipinatupad sa USSR. Noong 1968, ang temperatura ng plasma na 10 milyong degrees ay naabot sa T-3 tokamak. Mula noon, ang Tokamak installation ay naging nangungunang direksyon sa pananaliksik sa thermonuclear fusion sa lahat ng bansa.

Sa kasalukuyan, tokamaks T-10 at T-15 (RRC "Kurchatov Institute"), T-11M (FSUE SRC RF TRINITI, Troitsk, rehiyon ng Moscow), Globus-M, FT-2, Tuman-3 (Physico -Technical Institute pinangalanang A.F. Ioffe, St. Petersburg, RAS) at stellarator L-2 (Institute of General Physics, Moscow, RAS).

Konklusyon

Batay sa isinagawang pananaliksik, ang mga sumusunod na konklusyon ay maaaring makuha:

Ang Thermonuclear fusion ay ang pinaka-makatuwiran, hindi nakakapinsala sa ekolohiya at murang paraan ng pagkuha ng enerhiya, sa mga tuntunin ng dami ng init na natanggap, ito ay hindi maihahambing sa mga likas na mapagkukunan na ginagamit ng tao sa sandaling ito. Walang alinlangan, ang proseso ng pag-master ng thermonuclear fusion ay malulutas ang marami sa mga problema ng sangkatauhan, kapwa sa kasalukuyan at sa hinaharap.

Sa hinaharap, gagawing posible ng thermonuclear fusion na malampasan ang isa pang "krisis ng sangkatauhan", ibig sabihin, labis na populasyon ng Earth. Hindi lihim na ang pag-unlad ng terrestrial na sibilisasyon ay nagbibigay para sa isang pare-pareho at matatag na paglaki ng populasyon ng planeta, kaya ang tanong ng pag-unlad ng "mga bagong teritoryo", sa madaling salita, ang kolonisasyon ng mga kalapit na planeta ng solar system upang lumikha ng permanenteng pakikipag-ayos, ay isang bagay ng napakalapit na hinaharap.

Panitikan

A. P. Baskakov. Heat engineering / - M .: Energoatomizdat, 1991
V. I. KRUTOV Heat engineering / - M .: Mashinostroenie, 1986
K. V. Tikhomirov. Heat engineering, supply ng init at gas at bentilasyon - M .: Stroyizdat, 1991
V. P. Preobrazhensky. Mga thermal measurements at device - M .: Energy, 1978
Jeffrey P. Freidberg. Plasma Physics at Fusion Energy/ - Cambridge University Press, 2007.
http://www.college.ru./astronomy- Astronomy
http://n-t.ru/tp/ie/ts.htm Thermonuclear fusion sa Araw - isang bagong bersyon na Vladimir Vlasov

Preview:

Upang gamitin ang preview ng mga presentasyon, lumikha ng isang Google account (account) at mag-sign in: https://accounts.google.com

Mga slide caption:

THERMONUCLEAR FUSION

KONSEPTO Ito ay isang uri ng nuclear reaction, kung saan ang magaan na atomic nuclei ay nagsasama-sama sa mas mabibigat na mga dahil sa kinetic energy ng kanilang thermal motion.

MAGKUHA NG ENERHIYA

REACTION EQUATION SA PAGBUO NG SIYA ⁴

THERMONUCLEAR REACTION SA ARAW

KONTROL NA Fusion

TOROIDAL CHAMBER NA MAY MAGNETIC COILS (TOKAMAK)

ANG KAILANGAN NA MAGBUO NG THERMONUCLEAR FUSION

Ang larangan ng plasma physics ay umunlad dahil sa pagnanais na magbote ng bituin. Sa nakalipas na ilang dekada, lumago ang field sa hindi mabilang na direksyon, mula sa astrophysics hanggang space weather hanggang sa nanotechnology.

Habang lumalago ang ating pangkalahatang pag-unawa sa plasma, lumalago rin ang ating kakayahang mapanatili ang mga kondisyon ng pagsasanib nang higit sa isang segundo. Mas maaga sa taong ito, ang isang bagong superconducting fusion reactor sa China ay nakapaghawak ng plasma sa 50 milyong degrees Celsius sa loob ng 102 segundo. Ang Wendelstein X-7 Stellarator, na naging live sa Germany sa unang pagkakataon noong nakaraang taglagas, ay inaasahang masisira ang rekord na iyon at humawak ng plasma nang hanggang 30 minuto sa bawat pagkakataon.

Ang kamakailang pag-update ng NSTX-U ay mukhang katamtaman kumpara sa mga halimaw na ito: ang eksperimento ay maaari na ngayong humawak ng plasma ng limang segundo sa halip na isa. Ngunit ito rin ay isang mahalagang milestone.

"Ang paglikha ng isang fusion plasma na nabubuhay lamang sa loob ng limang segundo ay maaaring hindi mukhang isang napakahabang proseso, ngunit sa pisika ng plasma, ang limang segundo ay maihahambing sa pisika nito sa isang matatag na estado," sabi ni Myers, na tumutukoy sa mga kondisyon kung saan ang isang plasma ay matatag. Ang pangwakas na layunin ay upang makamit ang isang matatag na estado ng "nasusunog na plasma" na maaaring magsagawa ng pagsasanib sa sarili nitong may kaunting input ng enerhiya mula sa labas. Wala pang eksperimento ang nakakamit nito.

Pahihintulutan ng NSTX-U ang mga mananaliksik ng Princeton na punan ang ilan sa mga puwang sa pagitan ng nalalaman mula sa plasma physics ngayon at kung ano ang kakailanganin upang lumikha ng isang pilot plant na may kakayahang makamit ang steady state combustion at makabuo ng malinis na kuryente.

Sa isang banda, upang mahanap ang pinakamahusay na mga materyales sa containment, kailangan nating mas maunawaan kung ano ang nangyayari sa pagitan ng fusion plasma at ng mga pader ng reactor. Sinasaliksik ng Princeton ang posibilidad na palitan ang mga dingding ng reaktor nito (gawa sa carbon graphite) ng isang "pader" ng likidong lithium upang mabawasan ang pangmatagalang kaagnasan.

Bilang karagdagan, naniniwala ang mga siyentipiko na kung ang pagsasanib ay makakatulong sa paglaban sa global warming, kailangan nilang magmadali. Tutulungan ng NSTX-U ang mga physicist na magpasya kung ipagpapatuloy ang pagbuo ng spherical tokamak na disenyo. Karamihan sa mga reactor na uri ng tokamak ay hindi katulad ng isang mansanas sa hugis at mas katulad ng isang donut, bagel, o torus. Ang hindi pangkaraniwang hugis ng spherical torus ay nagbibigay-daan sa mas mahusay na paggamit ng magnetic field ng mga coils nito.

"Sa mahabang panahon, gusto naming malaman kung paano i-optimize ang configuration ng isa sa mga machine na ito," sabi ni Martin Greenwald, associate director ng Center for Plasma and Fusion Sciences sa . "Upang gawin iyon, kailangan mong malaman kung paano nakasalalay ang pagganap ng makina sa isang bagay na maaari mong kontrolin, tulad ng hugis."

Ayaw ni Myers na hatulan kung gaano tayo kalayo sa posibleng komersyal na fusion power, at mauunawaan siya. Pagkatapos ng lahat, ang mga dekada ng hindi maiiwasang optimismo ay nakagawa ng malubhang pinsala sa reputasyon ng larangan na ito at pinalakas ang ideya na ang synthesis ay isang pipe dream. Sa lahat ng mga implikasyon sa pananalapi.

Isa itong malaking dagok sa MIT fusion program na ang mga fed ay nagbigay ng suporta para sa Alcator C-Mid tokamak, na gumagawa ng isa sa pinakamakapangyarihang magnetic field at nagpapakita ng fusion plasma sa pinakamataas na presyon. Karamihan sa nakabinbing pananaliksik sa NSTX-U ay nakasalalay sa patuloy na suportang pederal, na sinasabi ni Myers na darating "sa isang taon."

Ang bawat isa ay kailangang maging maingat sa paggastos ng kanilang mga dolyar sa pagsasaliksik, at ang ilang mga fusion program ay nakakakuha na ng hindi kapani-paniwalang halaga. Kunin, halimbawa, ang ITER, ang malaking superconducting fusion reactor na kasalukuyang ginagawa sa France. Nang magsimula ang internasyonal na kooperasyon noong 2005, inihayag ito bilang isang $5 bilyon, 10 taong proyekto. Pagkatapos ng ilang taon ng kabiguan, tumaas ang tag ng presyo sa $40 bilyon. Ayon sa pinaka-maaasahan na mga pagtatantya, ang pasilidad ay makukumpleto sa 2030.

At kung saan malamang na bumukol ang ITER na parang tumor hanggang sa maubusan ito ng mga mapagkukunan at mapatay ang host nito, ipinapakita ng stripped-down fusion program ng MIT kung paano ito magagawa sa mas maliit na badyet. Noong nakaraang tag-araw, isang pangkat ng mga mag-aaral na nagtapos sa MIT ang nag-unveil ng mga plano para sa ARC, isang murang fusion reactor na gagamit ng mga bagong high-temperature superconducting na materyales upang makabuo ng parehong dami ng kapangyarihan gaya ng ITER, gamit lamang ang isang mas maliit na device.

"Ang hamon para sa pagsasanib ay ang paghahanap ng teknikal na landas na ginagawa itong matipid sa ekonomiya, na isang bagay na pinaplano naming gawin sa lalong madaling panahon," sabi ni Greenwald, na binabanggit na ang konsepto ng ARC ay kasalukuyang hinahabol ng Energy Initiative ng MIT. "Naniniwala kami na kung ang pagsasanib ay makakagawa ng pagbabago sa global warming, kailangan nating kumilos nang mas mabilis."

"Nangangako ang Fusion na maging pangunahing pinagmumulan ng enerhiya - ito, sa katunayan, ang aming pangwakas na layunin," sabi ni Robert Rosner, isang plasma physicist sa Unibersidad ng Chicago at co-founder ng Energy Policy Institute dito. “At the same time, may mahalagang tanong: magkano ang handa nating gastusin ngayon. Kung bawasan natin ang pagpopondo sa punto kung saan ang susunod na henerasyon ng mga matatalinong bata ay ayaw na talagang gawin ito, baka tuluyan na tayong makawala dito."

Lecture number 2.

Mga paraan upang malutas ang problema ng thermonuclear fusion

Ang mga pangunahing direksyon ng pananaliksik sa nuclear fusion ay: a) mga sistemang may magnetic confinement;

b) quasi-stationary (bukas at sarado); salpok; c) mga system na may inertial confinement (laser, na may iba't ibang beam, na may contracting shell).

Sa ngayon, dalawang higit na independiyenteng mga diskarte sa paglutas ng problema ng kinokontrol na thermonuclear fusion ay nabuo. Ang una sa kanila ay batay sa posibilidad ng pagkulong at thermally insulating ng isang mataas na temperatura na plasma ng medyo mababang density ng isang magnetic field ng isang espesyal na pagsasaayos para sa isang medyo mahabang panahon (1-10 s).

Ang iba pang paraan ay salpok. Sa pulsed approach, kinakailangan na mabilis na magpainit at i-compress ang maliliit na bahagi ng bagay sa mga naturang temperatura at densidad kung saan magkakaroon ng panahon ang mga thermonuclear reactions upang epektibong magpatuloy sa panahon ng pagkakaroon ng isang hindi nakakulong o, gaya ng sinasabi nila, inertially confined plasma. Ipinapakita ng mga pagtatantya na upang i-compress ang isang substance sa mga density na 100–1000 g/cm 3 at painitin ito sa temperatura na 5-10 keV, kinakailangan na lumikha ng presyon sa ibabaw ng spherical target 10 9 atm, ibig sabihin, kailangan namin ng isang mapagkukunan na magpapahintulot sa enerhiya na maibigay sa target na ibabaw na may density ng kapangyarihan na 10 15 W/cm2.

Magnetic confinement ng plasma.

Hayaan ang temperatura ng plasma Tat mga konsentrasyon ng mga partikulo na nakikipag-ugnayan n 1 at n2 . Kung ang bilis ng isang ibinigay na ion na may kaugnayan sa pangalawa ay v 1.2 , kung gayon ang posibilidad na ang isang ibinigay na ion ay magreact sa loob ng 1 segundo sa alinman sa mga ion ng pangalawang uri ay ibinibigay ng expression v 1.2 n 2 . Dito  ay ang epektibong cross section ng fusion reaction, isang halaga na mabilis na lumalaki nang may bilis. Kung lahat n 1 Ang mga ion ng unang uri ay may parehong bilis v 1,2 , pagkatapos ay ang kabuuang bilang ng mga reaksyon na nagaganap sa 1 cm 3 plasma para sa 1 segundo, ay matutukoy ng pagkakapantay-pantay: N 1.2 \u003d n 1 n 2  v 1.2 . Sa isang partikular na temperatura, ang produkto ay dapat na naa-average sa pamamahagi ng Maxwellian. Ang pagtukoy sa pamamagitan ng enerhiya na inilabas sa bawat pagkilos ng reaksyon, nakakakuha tayo ng ekspresyon para sa partikular na kapangyarihan sa anyo W=n 1 n 2<  v>Pag-asa  (v) para sa mga reaksyong isinasaalang-alang, ang dami<  v> ay maaaring kalkulahin, at kasama nito, ang tiyak na kapangyarihan ay matatagpuan W sa anumang temperatura at plasma density.
Ipinapakita ng mga numerical na pagtatantya na ang halaga W mabilis na tumataas sa temperatura, sa temperatura ng "pagkasunog" na ilang daang milyong degrees at sa density ng plasma na ~10 15 cm -3 ito ay tungkol sa 10 5 kW / m 3 . Ang pagtaas ng temperatura at densidad ay humahantong sa mas maraming enerhiya-intensive na rehimen, kung saan ang mga teknikal na paghihirap sa pagpapatupad ng proyekto ay dapat na unti-unting tumaas. Higit pang mga "malambot" na rehimen ang humahantong, sa hindi masyadong mababang kabuuang lakas ng thermonuclear reactor, sa napakalaking laki ng system. Kaya, ang mga halagang kinuha ay kumakatawan sa isang makatwirang teknikal na kompromiso sa pagitan ng magkasalungat na mga kinakailangan. Tandaan din na ang mga pagtatantya na ginamit ay tumutukoy sa deuterium plasma; para sa isang pantay na bahagi na pinaghalong deuterium at tritium, ang pinakamainam na "nagtatrabaho" na temperatura ay mas mababa.
Pagkatapos ay lumitaw ang sumusunod na natural na tanong: paano malilikha ang mga kundisyong ito sa reaction zone? Mas tiyak: kung paano painitin ang plasma sa kinakailangang napakataas na temperatura at kung paano pigilan ang mga pinainit na particle mula sa paglipad nang hiwalay sa loob ng sapat na panahon para mangyari ang mga reaksyong nuklear? Ang pangunahing kahirapan ay tila konektado sa ikalawang bahagi ng tanong. Ang enerhiya na dapat ibigay sa isang naibigay na dami ng plasma na may kilalang density upang mapainit ito hanggang 10 8 K, ay isang napakababang halaga; ito ay katumbas ng enerhiya na dapat gamitin upang mapainit ang parehong dami ng tubig sa pamamagitan lamang ng 1 K. Sa kabaligtaran, ang mga flux ng mga particle (at init) mula sa reaction zone hanggang sa periphery ay magiging napakalaki. Ito ay kinakailangan upang epektibong panatilihin ang mga particle sa reaksyon zone.
Ang pangunahing ideya na tumutukoy sa paraan upang malutas ang problema ng kinokontrol na synthesis ay ang paggamit ng prinsipyo ng magnetic thermal insulation. Sa Unyong Sobyet, ang ideyang ito ay ipinahayag noon pang 1950 nina A. D. Sakharov at I. E. Tamm.
Ang diffusion coefficient, at kasama nito ang thermal conductivity coefficient, ay bumababa ng maraming mga order ng magnitude kung ang mga particle ay gumagalaw sa isang direksyon na patayo sa isang malakas na magnetic field. Samakatuwid, kung ang reaksyon zone ay pinaghihiwalay mula sa mga dingding sa pamamagitan ng isang malakas na magnetic field, kung gayon ang isa ay maaaring umasa para sa isang radikal na pagbawas sa mga flux ng init. Ang halaga ng confine field ay matatagpuan mula sa pagkakapantay-pantay ng magnetic at gas-kinetic pressures: H 2 /8  =nk(T e +T i ).
Para sa plasma na may napiling mga parameter (n~10 15 cm -3 , T~10 8 K), ang patlang na kinakailangan para sa paghawak ay dapat na 25-30 kilooersted. Ang malalaking halagang ito ay hindi lampas sa mga teknikal na posibilidad.
Pinag-uusapan natin ang lahat ng oras tungkol sa paglipat ng init sa isang plasma sa isang magnetic field, ngunit hindi natin dapat kalimutan na ang init na dumadaloy sa mga linya ng magnetic field ay nananatiling hindi naka-magnetize; ito ay kinakailangan upang hadlangan ang pagtakas ng mga particle sa direksyon na ito rin. Tatlong posibilidad ang nagbubukas dito. Ang una sa mga ito ay binubuo sa paglalagay ng plasma sa isang magnetic trap, ibig sabihin, sa isang magnetic field ng naturang pagsasaayos, kung saan ito ay pinalaki sa mga rehiyon kung saan ang mga linya ng puwersa ay umalis sa reaksyon zone, sa rehiyon ng kanilang intersection sa mga pader; Ang pangalawang posibilidad ay alisin ang mga bukas na dulo ng mga linya ng puwersa sa pamamagitan ng pagtiklop sa kanila sa isang singsing. Sa wakas, ang pangatlong paraan ay ang paggamit ng isang plasma na may medyo mataas na densidad at painitin ito nang napakabilis na sa tagal ng panahon na kinakailangan upang lumipat sa mga linya ng puwersa, ang karamihan sa mga particle ay may oras upang makaranas ng mga banggaan ng nuklear.
Ang unang pamamaraan ng thermal insulation ay ganap na nagbibigay-katwiran sa sarili pagdating sa pagkulong sa isang plasma na napakabihirang na maaari itong ituring bilang isang koleksyon ng mga indibidwal na particle. Ang mahabang buhay ng mga particle sa radiation belt ng Earth na natural at artipisyal na pinagmulan ay nagsisilbing magandang halimbawa ng sinabi. Gayunpaman, sa mga eksperimento sa laboratoryo na isinagawa na may mas siksik na plasma, ibig sabihin, sa ilalim ng mga kondisyon kung saan ang mga kolektibong pakikipag-ugnayan ay maaaring magpakita ng kanilang sarili, ang mga seryosong paghihirap ay ipinahayag. Ang mga buhay ng plasma ay naging maraming mga order ng magnitude na mas maliit kaysa sa maaaring asahan bilang isang resulta ng mga banggaan ng mga particle ng plasma sa isa't isa o sa mga molecule ng natitirang gas at kasunod na pagtakas sa loss cone. Sa katunayan, ang mga buhay ng plasma sa ilang mga modelo ng mga bukas na bitag ay humigit-kumulang 100 microseconds (sa density ng plasma na humigit-kumulang 10-9 cm -3 ), habang ang mga tagal ng buhay dahil sa pagkawala ng kono ay dapat na sinusukat sa ilang minuto.
Ang resultang ito ay nagiging mas malinaw kung isasaalang-alang natin na ang plasma, tulad ng anumang diamagnet, ay dapat itulak palabas sa rehiyon ng isang mas malakas na larangan. Mula sa puntong ito ng pananaw, ang mekanismo ng pagkilos ng mga magnetic mirror na nagpapanatili ng plasma sa loob ng bitag ay lubos na nauunawaan. Ngunit sa mga bitag ng uri na isinasaalang-alang mayroon ding mga rehiyon kung saan bumababa ang patlang na may distansya mula sa axis kasama ang radius; dito maaari naming asahan ang pag-unlad ng kawalang-tatag - ang hitsura ng plasma "mga dila" o "mga grooves" na gumagalaw sa buong field at paglilipat ng plasma patungo sa mas mababang mga halaga ng field. Sa katunayan, ipinakita ng mga direktang eksperimento ang pagkakaroon ng flute-type instability sa mga traps na ito, na naglilimita sa buhay ng plasma.
Ang pagsasara ng mga linya ng puwersa, natural na dumarating tayo sa isang pag-install ng uri ng solenoid ng singsing. Ngayon ang magnetic field ay nasa lahat ng dako na parallel sa mga dingding, at ang mga particle ay dapat lumipat sa mga linya ng puwersa upang umalis sa system. Ngunit ang magnetic field sa loob ng torus ay bahagyang inhomogeneous, ito ay bumagsak patungo sa panlabas na pader ng torus, na nagiging sanhi ng pag-anod ng particle. Ang pag-anod sa isang hindi magkakatulad na magnetic field ay nangyayari kasama ang normal sa direksyon ng pangunahing field at sa direksyon ng gradient nito at depende sa singil ng particle. Kung ang mga ion ay naaanod patungo sa tuktok na dingding ng torus, kung gayon ang mga electron ay tumira sa ibaba. Ang mga pinaghiwalay na singil ay lilikha ng isang electric field, at ang plasma, na nabuo sa isang paraan o iba pa sa loob ng torus, ay magsisimulang mag-drift bilang isang buo sa crossed electric at magnetic field. Madaling i-verify na ang huling resulta ay ang pag-aalis ng plasma patungo sa panlabas na dingding ng torus.
Mayroong iba't ibang mga paraan upang mabayaran ang plasma drift na ito. Posible na ipasa ang isang paayon na singsing na kasalukuyang sa pamamagitan ng plasma, posible na kumplikado ang solenoid winding sa isang espesyal na paraan, o, sa pamamagitan ng pag-twist ng torus, upang bigyan ang magnetic system ng hugis ng figure-eight. Ang topology ng magnetic field sa mga kasong ito ay nagbabago nang radikal.
Ang pinakasimpleng mga magnetic field - isang permanenteng magnet, isang direktang kasalukuyang ng isang flat circuit, nangunguna, tulad ng alam mo, sa bisa ng equation na divB = 0, sa karaniwang mga pattern ng mga saradong linya ng puwersa o mga linya na papunta sa kawalang-hanggan. Gayunpaman, mayroong isang pangatlong posibilidad, sa katunayan ang pinaka-pangkalahatan: ang mga linya ng puwersa ay maaaring manatili sa isang limitadong rehiyon ng espasyo nang hindi sarado at hindi napupunta sa kawalang-hanggan.

Sa mga halimbawa sa itaas, bilang isang resulta ng pagpapapangit ng toroidal magnetic system, ang mga saradong linya ng puwersa - mga singsing - ay binago sa walang katapusang mga linya ng puwersa, na patuloy na bumabalot sa paligid ng annular toroidal axis at bumubuo ng tinatawag na magnetic surface. Ang mga linya ng puwersa na dumadaan sa iba't ibang distansya mula sa axis ng torus ay bumubuo (sa pinakasimpleng kaso) ng isang hanay ng mga nested coaxial magnetic surface. Bilang resulta, ang anumang punto ng seksyon ng torus ay lumalabas na konektado sa anumang iba pang punto ng seksyon (equidistant mula sa axis) sa pamamagitan ng isang linya ng puwersa na kabilang sa isa o isa pang magnetic surface. Nangangahulugan ito na ang muling pamamahagi ng mga singil sa cross section ay maaaring isagawa hindi sa buong magnetic field, ngunit kasama ang mga linya ng puwersa. Samakatuwid, ang akumulasyon ng magkasalungat na mga singil at, dahil dito, ang pag-anod sa mga crossed field ay lumabas na hindi kasama.
Ang mga variant ng mga toroidal system na may longitudinal current ay nagsimulang mabuo sa Unyong Sobyet (mga pag-install ng uri ng "Tokamak"), dalawang iba pang mga direksyon ang nagsimulang galugarin sa USA (mga pag-install ng uri ng "Stellarator").

Sa tokamaks, ang longitudinal magnetic field ay nabuo ng mga coils na maaaring paandarin ng generator na may pulsed power na hanggang 75 MW. Mga kondisyon ng vacuum: paunang presyon ng mga natitirang gas humigit-kumulang 10-8 mmHg Art. Ang Tokamak chamber ay inilalagay sa isang iron core at ang resultang plasma coil ay nagsisilbing pangalawang winding ng pulse transformer. Ang pag-init ng plasma ay nangyayari dahil sa init ng Joule, isang malakas na longitudinal field ang nagsisilbing stabilizing frame. Ang mga parameter ng plasma na nakuha sa tokamaks, bagama't nakapagpapatibay, ay ibang-iba pa rin sa mga maaaring asahan sa kaso ng isang perpektong magnetized na plasma. Sa partikular, ang isang medyo maikling buhay ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng mga di-likido na uri ng kawalang-tatag at, dahil dito, isang tumaas na rate ng pagsasabog.
Ang mga pag-aaral sa mga pasilidad na uri ng stellarator sa ngayon ay humantong sa mas katamtamang mga resulta. Sa kabila ng tagal ng eksperimento at ang mahusay na mga parameter ng engineering ng system, sa kasong ito, masyadong, hindi posible na pagtagumpayan ang kawalang-tatag ng plasma. Ang mga diffusion flux sa mga dingding ay maraming beses na mas mataas kaysa sa mga klasiko.

May isa pang pagpipilian para sa paglutas ng problema ng thermonuclear fusion sa pamamagitan ng magnetic confinement - pulsed. Dito, ang mga pag-andar ng thermal insulation at pagpainit ng plasma ay itinalaga sa isang panandaliang kasalukuyang pulso, na ipinapasa sa pamamagitan ng rarefied deuterium. Dahil sa pakikipag-ugnayan ng kasalukuyang sa sarili nitong magnetic field, dapat na i-compress ang column ng plasma patungo sa discharge axis. Ang plasma ay lumalabas na nahihiwalay mula sa mga dingding ng sisidlan sa pamamagitan ng sarili nitong magnetic field at dapat na pinainit dahil sa gawain ng mga puwersa ng compression at dahil sa init ng Joule. Sa paunang yugto ng pag-aaral, ipinapalagay na ang proseso ng compression ay quasi-stationary, na sa bawat sandali ng oras ang magnetic pressure na pumipilit sa plasma ay balanse ng presyon ng gas. Ang temperatura ng sangkap ay dapat tumaas sa proporsyon sa parisukat ng kasalukuyang, at ang mga pagtatantya ng numero ay nagpapakita na sa isang kasalukuyang ng tungkol sa 1 milyong amperes, isang paunang presyon ng 0.1 mm Hg. Art. at ang diameter ng sisidlan na 200 mm, ang temperatura ng column ng plasma ay dapat lumampas sa 10 7 K. Totoo, ang temperatura ay tataas sa napakaikling panahon (mga 1 microsecond), ngunit ang napakadalas na banggaan ay magaganap sa isang mataas na naka-compress na haligi ng plasma, at ang isa ay maaaring umasa sa pagtuklas ng neutron radiation mula sa patuloy na mga reaksyong nuklear.
Sa katotohanan, ang larawan ng quasi-stationary compression ay lumalabas na lubhang mali. Sa paunang yugto ng proseso, pagkatapos ng pagkasira ng haligi ng gas sa pamamagitan ng inilapat na mataas na boltahe, ang mabilis na pagtaas ng kasalukuyang ay puro sa isang manipis na layer ng ibabaw (epekto ng balat). Ang panloob na rehiyon ng haligi ay halos hindi ionized at hindi pinainit, ang presyon ng gas ay bale-wala, at ang pag-urong ng plasma crust sa axis ng system ay maaaring isaalang-alang na isinasaalang-alang lamang ang mga puwersa ng inertia. Sa buong compression walang balanse sa pagitan ng gas at magnetic pressure. Ang kurdon ay iginuhit sa axis bago ang kasalukuyang (at kasama nito ang magnetic pressure) ay umabot sa maximum nito, ngunit hindi nananatili sa isang naka-compress na estado, at sa ilalim ng pagkilos ng parehong mga inertial na puwersa ay nagsisimulang muling palawakin. Bukod dito, ang filament ay hindi matatag (sa labas ng filament, ang patlang ay nagbabago bilang 1/r) at, bilang isang resulta ng pag-unlad ng mga macroscopic deformations (constrictions, bends), hinawakan nito ang mga dingding ng kamara, pinapalamig at pinaparumi ang plasma.
Ito ay kapansin-pansin na ang neutron radiation ng plasma sa panahon ng isang pulsed discharge sa deuterium ay gayunpaman ay naobserbahan. Ang kagiliw-giliw na kababalaghan na ito ay natuklasan ng isang pangkat ng mga physicist ng Sobyet noong 1952. Ang radiation ng neutron ay hindi lumilitaw bilang isang resulta ng pag-init ng buong dami ng plasma, ngunit lumalabas na resulta ng mga banggaan ng isang maliit na grupo ng mga mabilis na deuteron, na ay lumitaw bilang isang resulta ng mga kumplikadong proseso ng accelerator sa isang hindi matatag na hanay, na may bulto ng medyo malamig na plasma .
Sa pamamagitan ng pagtaas ng intensity ng enerhiya ng system, posible na painitin ang column ng plasma sa kinakailangang temperatura ng thermonuclear sa oras ng unang compression ng column malapit sa axis at bago ang pagbuo ng kawalang-tatag. Gayunpaman, upang makamit ang mga kondisyon na kinakailangan upang makakuha ng isang thermonuclear na reaksyon na may positibong ani ng enerhiya, sa mga iminungkahing eksperimento, kakailanganing pag-concentrate ang napakalaking enerhiya sa isang pulsed discharge - tungkol sa: 10 4 Mj. Pinapayagan ng modernong teknolohiya ang pagtatayo ng mga pag-install ng salpok para sa daan-daang megajoules. May mga capacitor na may napakababang inductance, ang mga low-inductance feeder ay binuo, at napaka advanced na switching device ay binuo. Kaya, ang paraan para sa karagdagang pag-unlad sa direksyon na ito ay bukas, ngunit ang proseso ay tumatagal sa katangian ng isang malakas na pagsabog, katumbas ng kapangyarihan sa isang pagsabog ng ilang tonelada ng TNT, na hindi sa lahat tulad ng maayos na kontroladong mga reaksyon ng thermonuclear.
Sa kasalukuyan, ang trabaho sa open-type na magnetic traps ay halos tumigil mula sa punto ng view ng paglutas ng problema ng thermonuclear fusion. Tulad ng ipinapakita ng mga detalyadong kalkulasyon, kung ang pagkawala ng mga particle mula sa bitag ay ilang beses lamang na mas mataas kaysa sa antas ng teoretikal na naaayon sa ganap na magnetized thermal conductivity, kung gayon ang pagpapatupad ng isang thermonuclear reactor na may positibong ani ng enerhiya ay magiging imposible.
Ang pag-unlad ng mga impulsive na proseso, tila, ay umabot sa isang natural na limitasyon, kung nasa isip natin ang reactor bilang ang pangwakas na layunin. Ngunit ang mga karagdagang eksperimento ay maaaring humantong sa pagbuo ng mga pulsed neutron na pinagmumulan ng napakalaking kapangyarihan. Ang isang kakaibang pag-alis mula sa mga pag-aaral na ito ay ang pagtatayo ng mga sistema na idinisenyo upang mapabilis ang mga bungkos ng plasma.

Ang mga closed magnetic system ay kasalukuyang pinaka-promising.

Laser thermonuclear fusion.

Ang ideya ng paggamit ng high-power laser radiation para sa pagpainit ng siksik na plasma sa thermonuclear na temperatura ay unang iminungkahi ni N.G. Basov at O.N. Krokhin noong unang bahagi ng 1960s. Sa ngayon, nabuo ang isang independiyenteng lugar ng pananaliksik sa thermonuclear - laser thermonuclear fusion (LTF).

Isaalang-alang natin sa madaling sabi ang mga pangunahing pisikal na prinsipyo na pinagbabatayan ng konsepto ng pagkamit ng mataas na antas ng compression ng mga sangkap at pagkuha ng mataas na enerhiya na nakuha sa tulong ng laser microexplosions. Ang pagsasaalang-alang ay bubuo sa halimbawa ng tinatawag na direct compression mode. Sa mode na ito, ang isang microsphere na puno ng thermonuclear fuel ay "uniporme" na irradiated mula sa lahat ng panig ng isang multichannel laser. Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng heating radiation sa target na ibabaw, ang isang mainit na plasma na may temperatura ng ilang kiloelectronvolts (ang tinatawag na plasma corona) ay nabuo, na lumalawak patungo sa laser beam na may katangian na bilis ng 10 7 -10 8 cm/s.

Nang walang kakayahang manirahan nang mas detalyado sa mga proseso ng pagsipsip sa plasma corona, tandaan namin na sa mga modernong eksperimento ng modelo sa laser radiation energies na 10-100 kJ para sa mga target na maihahambing sa laki sa mga target para sa mataas na mga nadagdag, posible na makamit. mataas (90%) coefficients absorption ng heating radiation.

Ang liwanag na radiation ay hindi maaaring tumagos sa mga siksik na layer ng target (ang density ng isang solid ay 10 23 cm -3 ). Dahil sa thermal conductivity, ang enerhiya na hinihigop sa isang plasma na may density ng elektron na mas mababa sa n kr , ay inililipat sa mas siksik na mga layer, kung saan nangyayari ang ablation ng target substance. Ang natitirang hindi sumingaw na mga layer ng target ay bumibilis patungo sa gitna sa ilalim ng pagkilos ng thermal at reactive pressure, pag-compress at pag-init ng gasolina na nakapaloob dito. Bilang resulta, ang enerhiya ng radiation ng laser ay na-convert sa yugtong isinasaalang-alang sa kinetic energy ng bagay na lumilipad patungo sa gitna at sa enerhiya ng lumalawak na korona. Ito ay malinaw na ang kapaki-pakinabang na enerhiya ay puro sa paggalaw patungo sa gitna. Ang kahusayan ng kontribusyon ng liwanag na enerhiya sa target ay nailalarawan sa pamamagitan ng ratio ng tinukoy na enerhiya sa kabuuang enerhiya ng radiation - ang tinatawag na hydrodynamic efficiency (COP). Ang pagkamit ng sapat na mataas na hydrodynamic na kahusayan (10-20%) ay isa sa mga mahahalagang problema ng LTS.

Anong mga proseso ang maaaring hadlangan ang pagkamit ng mataas na mga ratio ng compression? Ang isa sa mga ito ay na sa thermonuclear radiation density q > 10 14 W/cm2 ang isang kapansin-pansing bahagi ng hinihigop na enerhiya ay binago hindi sa isang klasikal na alon ng electron heat conduction, ngunit sa mga daloy ng mabilis na mga electron, ang enerhiya na kung saan ay mas mataas kaysa sa temperatura ng plasma corona (ang tinatawag na epithermal electron). Ito ay maaaring mangyari kapwa dahil sa resonant absorption at dahil sa parametric effects sa plasma corona. Sa kasong ito, ang haba ng landas ng mga epithermal electron ay maaaring maging maihahambing sa mga sukat ng target, na hahantong sa paunang pag-init ng compressible fuel at ang imposibilidad ng pagkuha ng paglilimita ng mga compression. Ang high-energy x-ray quanta (hard x-ray) na kasama ng epithermal electron ay mayroon ding malaking penetrating power.

Ang trend ng eksperimentong pananaliksik sa mga nakaraang taon ay ang paglipat sa paggamit ng short-wavelength laser radiation (< 0,5 мкм) при умеренных плотностях потока (q < 10 15 W/cm2 ). Ang praktikal na posibilidad ng paglipat sa plasma heating sa pamamagitan ng short-wavelength radiation ay dahil sa ang katunayan na ang radiation conversion coefficients ng solid-state neodymium laser (ang pangunahing kandidato para sa mga driver para sa LTS) na may wavelength l = 1.06 μm sa radiation ng pangalawa, pangatlo at ikaapat na harmonika sa tulong ng mga nonlinear na kristal ay umabot sa 70-80%. Sa kasalukuyan, halos lahat ng malalaking neodymium glass laser system ay nilagyan ng frequency multiplication system.

Ang pisikal na dahilan para sa kalamangan ng paggamit ng short-wavelength radiation para sa pagpainit at pag-compress ng mga microsphere ay na habang bumababa ang wavelength, ang pagsipsip sa plasma corona ay tumataas at ang ablation pressure at hydrodynamic transfer coefficient ay tumataas. Ang fraction ng mga epithermal electron na nabuo sa plasma corona ay bumababa ng ilang mga order ng magnitude, na lubhang kapaki-pakinabang para sa parehong direkta at hindi direktang compression na mga rehimen. Para sa hindi direktang compression, mahalaga din na sa pagbaba ng wavelength, ang conversion ng enerhiya na hinihigop ng plasma sa malambot na X-ray radiation ay tumataas.

Isaalang-alang natin ngayon ang paraan ng hindi direktang compression. Ipinapakita ng pisikal na pagsusuri na ang pagpapatupad ng compression mode sa mataas na densidad ng gasolina ay pinakamainam para sa simple at kumplikadong mga target ng shell na may R / DR aspect ratio na ilang sampu. Narito ang R ay ang radius ng shell, ang DR ay ang kapal nito. Gayunpaman, ang malakas na compression ay maaaring limitado sa pamamagitan ng pagbuo ng mga hydrodynamic instabilities, na nagpapakita ng kanilang mga sarili sa paglihis ng shell motion sa mga yugto ng acceleration at deceleration nito sa gitna mula sa spherical symmetry at nakasalalay sa mga deviations ng paunang hugis ng target mula sa isang perpektong spherical, hindi magkakatulad na pamamahagi ng mga insidente ng laser beam sa ibabaw nito. Ang pag-unlad ng kawalang-tatag habang ang shell ay gumagalaw patungo sa gitna ay humahantong muna sa isang paglihis ng paggalaw mula sa spherically simetriko, pagkatapos ay sa daloy ng turbulence, at sa wakas ay sa paghahalo ng mga target na layer at ang deuterium-tritium fuel. Bilang isang resulta, ang isang pagbuo ay maaaring lumitaw sa panghuling estado, ang hugis nito ay naiiba nang husto mula sa spherical core, at ang average na density at temperatura ay mas mababa kaysa sa mga halaga na tumutugma sa isang-dimensional na compression. Sa kasong ito, ang paunang istraktura ng target (halimbawa, isang tiyak na hanay ng mga layer) ay maaaring ganap na sirain.

Ang pisikal na katangian ng ganitong uri ng kawalang-tatag ay katumbas ng kawalang-tatag ng isang layer ng mercury na matatagpuan sa ibabaw ng tubig sa isang gravitational field. Sa kasong ito, tulad ng nalalaman, mayroong isang kumpletong paghahalo ng mercury at tubig, iyon ay, sa huling estado, ang mercury ay nasa ibaba. Ang isang katulad na sitwasyon ay maaaring mangyari kapag ang isang target na may isang kumplikadong istraktura ay mabilis na gumagalaw patungo sa gitna ng sangkap, o sa pangkalahatang kaso sa pagkakaroon ng density at pressure gradients.

Ang mga kinakailangan para sa kalidad ng mga target ay medyo mahigpit. Kaya, ang inhomogeneity ng kapal ng pader ng microsphere ay hindi dapat lumampas sa 1%, ang pagkakapareho ng pamamahagi ng pagsipsip ng enerhiya sa ibabaw ng target na ibabaw ay hindi dapat lumampas sa 0.5%.

Ang panukala na gamitin ang scheme ng hindi direktang compression ay nauugnay lamang sa posibilidad ng paglutas ng problema ng katatagan ng target compression. Ang laser radiation ay inilunsad sa lukab, na tumutuon sa panloob na ibabaw ng panlabas na shell, na binubuo ng isang sangkap na may mataas na atomic number, tulad ng ginto. Tulad ng nabanggit na, hanggang sa 80% ng hinihigop na enerhiya ay binago sa malambot na X-ray radiation, na nagpapainit at pinipiga ang panloob na shell. Ang mga bentahe ng naturang scheme ay kinabibilangan ng posibilidad na makamit ang isang mas mataas na pagkakapareho ng hinihigop na pamamahagi ng enerhiya sa ibabaw ng target na ibabaw, pagpapasimple ng laser scheme at mga kondisyon ng pagtutok, atbp. Gayunpaman, mayroon ding mga disadvantages na nauugnay sa pagkawala ng enerhiya para sa conversion sa X-ray at ang pagiging kumplikado ng pagpapasok ng radiation sa lukab.

Sa kasalukuyan, ang base ng elemento ay masinsinang binuo at ang mga proyekto ay ginagawa para sa megajoule-level na mga pag-install ng laser. Sa Livermore Laboratory, nagsimula ang paglikha ng isang installation sa neodymium glass na may enerhiya na E = 1.8 MJ. Ang halaga ng proyekto ay 2 bilyong dolyar. Ang paglikha ng isang pag-install ng isang katulad na antas ay pinlano sa France. Ito ay pinlano na makamit ang isang energy gain Q ~ 100 sa pasilidad na ito. Dapat sabihin na ang paglulunsad ng mga pasilidad ng sukat na ito ay hindi lamang magdadala ng posibilidad ng paglikha ng isang thermonuclear reactor batay sa laser fusion, ngunit magbibigay din sa mga mananaliksik ng isang natatanging pisikal na bagay - isang microexplosion na may paglabas ng enerhiya na 10 7 -10 9 J, isang malakas na pinagmumulan ng neutron, neutrino, x-ray at g-radiation. Ito ay hindi lamang magiging malaking pangkalahatang pisikal na kahalagahan (ang kakayahang pag-aralan ang mga sangkap sa matinding mga estado, ang pisika ng pagkasunog, ang equation ng estado, mga epekto ng laser, atbp.), ngunit gagawin din itong posible upang malutas ang mga espesyal na problema ng isang inilapat , kabilang ang militar, kalikasan.

Para sa isang reaktor batay sa laser fusion, gayunpaman, ito ay kinakailangan upang lumikha ng isang megajoule-level na laser na tumatakbo sa isang rate ng pag-uulit ng ilang hertz. Ang isang bilang ng mga laboratoryo ay nag-iimbestiga sa posibilidad ng paglikha ng mga naturang sistema batay sa mga bagong kristal. Ang paglulunsad ng isang eksperimentong reaktor sa ilalim ng programang Amerikano ay binalak para sa 2025.

Portal para sa mag-aaral. Pagsasanay sa sarili

I-download:

Preview:

Preview:

Mga slide caption:

MGA KAUGNAY NA ARTIKULO