Педагогика

Социология

Компьютерные сети

Историческая личность

Международные экономические и валютно-кредитные отношения

Экономическая теория, политэкономия, макроэкономика

Музыка

Гражданское право

Криминалистика и криминология

Биология

Бухгалтерский учет

История

Правоохранительные органы

География, Экономическая география

Менеджмент (Теория управления и организации)

Психология, Общение, Человек

Философия

Литература, Лингвистика

Культурология

Политология, Политистория

Химия

Микроэкономика, экономика предприятия, предпринимательство

Право

Конституционное (государственное) право зарубежных стран

Медицина

Финансовое право

Страховое право

Программирование, Базы данных

История государства и права зарубежных стран

История отечественного государства и права

Трудовое право

Технология

Математика

Уголовное право

Транспорт

Радиоэлектроника

Теория государства и права

Экономика и Финансы

Экономико-математическое моделирование

Международное право

Физкультура и Спорт

Компьютеры и периферийные устройства

Техника

Материаловедение

Программное обеспечение

Налоговое право

Маркетинг, товароведение, реклама

Охрана природы, Экология, Природопользование

Банковское дело и кредитование

Биржевое дело

Здоровье

Административное право

Сельское хозяйство

Геодезия, геология

Хозяйственное право

Физика

Международное частное право

История экономических учений

Экскурсии и туризм

Религия

Искусство

Экологическое право

Разное

Уголовное и уголовно-исполнительное право

Астрономия

Военная кафедра

Геодезия

Конституционное (государственное) право России

Таможенное право

Нероссийское законодательство

Ветеринария

Металлургия

Государственное регулирование, Таможня, Налоги

Гражданское процессуальное право

Архитектура

Геология

Уголовный процесс

Теория систем управления

Первичные источники питания

Первичные источники питания

Значит, роль термоядерной реакции, как возможного источника огромных количеств энергии, была осознана давно. Какие же трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником? Появление новой энергии.

Главная причина устойчивости звёздных термоядерных реакций — громадные размеры реакторов, да и времена циклов реакций исчисляются миллионами лет. Как же в наших ограниченных масштабах сотворить подобное? В 1945 году на далёком Сахалине у учащегося вечерней средней школы Олега Лаврентьева блеснула дерзновенная идея, которая сулила создание искусственного земного солнца. Как писал сам Олег Александрович, он “сформулировал принцип тепловой изоляции электрическим полем полностью ионизированного газа с целью промышленной утилизации термоядерных реакций” и не долго думая направил предложение прямо в адрес И.В.Сталина.

Письмо осталось без ответа, но повторное предложение в ЦК ВКП(б) сработало мгновенно. В 1954 году эта идея, оказавшаяся весьма плодотворной, была воплощена в Институте атомной энергии (ИЭА). Появилась первая исследовательская термоядерная установка токомак.

Впоследствии А.Д.Сахаров, уже академик, засвидетельствовал: “Подтверждаю, что в июне или июле 1950 г. я рецензировал работу О.А.Лаврентьева... Ознакомление с работой Лаврентьева послужило толчком, способствующим ускорению моей совместной с И.Е.Таммом работы по магнитной термоизоляции высокотемпературной плазмы”. Но действительность оказалась сложнее.

Выяснилось, что в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут смещаться из области более сильной напряжённости (внутренний периметр тороида) в область слабой напряжённости (внешний периметр) и вся плазма “вывалится” на внешнюю стенку, не успев разогреться до термоядерных температур.

Правда, выход быстро нашли: для удержания плазмы в равновесии силовые линии её магнитного поля надо завить по спирали.

Двадцать лет спустя эта работа сыграла историческую роль и стала оной из основ теории токамаков. В 1969 году на международной конференции в Дубне было объявлено, что в плазме токамака Т-3 достигнута фантастическая для того времени температура- 7-10 млн. градусов.

Началось всемирное “обращение в токамаки”. Сейчас на токамаках, кроме России, работают в США, Великобритании, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, Австралии, Ливии, Венгрии и других странах.

Оказалось, что в замкнутых магнитных системах положения классической теории парных столкновений частиц плазмы, на которую тогда опирались учёные, не выполняются. А в 1965 году известные советские физики Р.З.Садеев, А.А.Галеев и Л.М.Коврижных создали новую теорию, за что впоследствии были удостоены Ленинской премии . Условия управляемого ядерного синтеза. В энергетически выгодных термоядерных реакциях участвуют прежде всего изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т). При этом из двух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установках пытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и трития образуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядро гелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ (то есть 20 % и 80 % общей энергии соответственно): Д+Т ® 4 Не ++ (3,5 МэВ)+n(14,1 МэВ). Дело осложняется тем, что “готового” трития в природе почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реакторе из лития. Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в токамаках, будет, по существу, “сжигаться” литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития на Земле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добывать литий сравнительно несложно. Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий: “зажигания” реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного, самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего “подогрева”. Кроме того, необходима определённая плотность и время существования плазмы при данной температуре. В 1957 году английский физик Дж.Лоусон вывел соответствующий критерий: произведение плотности плазмы n (число частиц в кубическом метре её объёма) на время существования t (измеряемое в секундах) при температуре Т=10 8 К должно быть не менее 2*10 20 с/м 3 . В этих условиях энергобаланс термоядерной реакции будет положительным, то есть общий выход энергии превысит энергозатраты на нагрев. Но достижение первого порогового условия -зажиганияещё не обеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Вся надежда лишь на заряженные ядра гелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должно иметь определённую напряженность В, а плазмаопределённый объём V. Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который и характеризует степень самообеспеченности реакции.

Токамаки: что достигнуто? В таблице даны основные параметры токомаков: R и r - большой и малые радиусы плазмы, V - её объём, B - напряжённость магнитного поля, BV - фактор удержания плазмы и W - общая мощность дополнительных источников её нагрева (который можно производить тремя способами: адиабатическим сжатием плазмы, инжекцией быстрых (“горячих”) нейтральных атомов и высокочастотными волнами).

НАЗВАНИЕ R , М r , М V , М 3 B , Тл VB,М 3 Тл W, МВТ
Т - 3 Россия 1 0,15 0,5 3,5 1,8 нет
Т - 4 Россия 0,9 0,17 0,5 4,5 2,3 нет
Т - 7 Россия 1,2 0,35 3 2,5 7,5 1
Т - 10 Россия 1,5 0,37 4 4,5 19 4
Т - 15 Россия 2,4 0,7 24 3,5 85 14
ТСП Россия 1,06 0,29 1,8 2 3,6 2
PLT США 1,3 0,4 4 4,5 19 4
Doublett США 2,75 0,9 44 2,6 120 8
JT - 60 Япония 3 0,95 54 4,5 240 40
TFTR США 2,65 1,1 64 5,2 330 30
JET ЕВРАТОМ 2,95 1,7 170 3,4 580 52
Т - 4 — по сути, увеличенная модель Т-3. Т - 7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова, охлаждаемого жидким гелием.

Главная задача Т - 7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики. Чтобы подчеркнуть всю сложность этой задачи, отметим, что попытка наших коллег из ФРГ соорудить плазменную установку W - 7 со сверхпроводящей системой не удалась. Т - 10 и PLT— следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз. Не надо удивляться этому как будто легкомысленному “всего”: на самом деле в те годы и такой результат был успехом. JET (Joint Europeus Tor) — самый крупный в мире токомак, созданный организацией Евратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральная инжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге критерий Лоусона лишь в 4-5 раз ниже уровня зажигания. Т - 15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряжённостью 3,5 Тл. К сожалению, столь важный для развития наших работ по термояду реактор является самым “младшим” в своём поколении, явно отставая от последних зарубежных. Такое отставание — расплата за негибкость нашей промышленности и проектных организаций, отчего каждая новая установка становиться “долгостроем”. TFTR (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами.

Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания. Как видно из краткого обзора, нет сомнений, что в ближайшее время можно ожидать “зажигания” термоядерной реакции в земных условиях на смеси газов дейтерия и трития.

Ядерный синтез завтра. “На завтра” планируется прежде всего создание следующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегося синтеза. С этой целью в ИАЭ имени И.В.Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Д.В.Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор (ОТР). В ОТР ставится целью самоподдержание реакции на таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной (обозначается Q ) было больше или по крайней мере равно единице: Q=1. Это условие — серьёзный этап отработки всех элементов системы на пути создания коммерческого реактора с Q=5. По имеющимся оценкам, лишь при этом значении Q достигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаются затраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты. А пока что на американском TFTR достигнуто значение Q=0,2-0,4. Существуют также и другие проблемы.

Например, первая стенка — то есть оболочка тороидальной вакуумной камеры — самая напряжённая, буквально многострадальная часть всей конструкции. В ОТР её объём примерно 300 м 3 , а площадь поверхности около 400 м 2 . Стенка должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять атмосферному давлению и механическим силам, возникающим от магнитного поля, и достаточно тонкой, чтобы без померного перепада температур отводить тепловые потоки от плазмы к воде, циркулирующей на внешней стороне тороида. Её оптимальная толщина 2 мм. В качестве материалов выбраны аустенитные стали либо никелевые и титановые сплавы.

Планируется установка Евратомом NET (Next Europeus Tor), во многом схожим с ОТР, это следующее поколение токомаков после JET и Т-15. NET предполагается соорудить в течении 1994-1999 годов.

Первый этап исследований планируется провести за 3-4 года.

Подобные работы

Проектирование перевалочной нефтебазы в районе г.Уфа

echo "Хранение нефти и нефтепродуктов осуществляется на нефтебазах и складах, которые по их назначению разделяются на две группы: к первой группе относятся нефтебазы, представляющие собой самостоятель

Спектры. Спектральный анализ

echo "Источник света должен потреблять энергию. Свет - это электромагнитные волны с длиной волны 4*10 -7 - 8*10 -7 м. Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. Эти

Первичные источники питания

echo "Значит, роль термоядерной реакции, как возможного источника огромных количеств энергии, была осознана давно. Какие же трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником? Появление ново

Конфекционирование материалов на плащ для женщин младшей возрастной группы

echo "Составление требований к определенному виду одежды является очень важным и ответственным этапом работы, так как на основании разработанных требований к изделию в даль нейшем формируются требован

Обеспечение ИБ выделенного объекта по аудио каналу

echo "Серийно производятся десятки тысяч моделей «шпионской» техники. Этому во многом способствуют недостатки правовой базы Украины. Хотя в последнее время органы власти уделяют вопросам защиты информ

Мощные силовые диоды

echo "Система классификации Полупроводниковый диод соответствует общей системе классификации полупроводниковых приборов . В наиболее распространённом классе электропреобразовательных Полупроводниковый

Метрология. Основные понятия

echo "Естественно, что в давние времена еще не существовало развитого математического аппарата, не было четко сформулированных физических законов, позволяющих охарактеризовать качество и стоимость тов

Производства конструкций оболочного типа

echo "Заключение. Библиографический список. ВВЕДЕНИЕ Сварочная техника и технология занимает одну из ведущих мест в современном производстве. Многие конструкции современных машин и сооружений, напри