Термоядрен синтез

урок

ЯР на сливане на леки ядра, които протичат при високи температури (T > 107 K) се наричат термоядрени реакции.

Те са основен източник на енергия в Слънцето – (Т= 15.106К; висока плътност на веществото- ρ=105кg/m3; - -80%, -20%състав Н Не ), и звездите.

Те са физическата основа за разработване на ново направление в енергетиката.

деутерий тритий

неутрон-частица

H +2

1 H

3

1 He

4

2+ n

1

0

1 + 1 = 2 + 0 /закон за запазване на заряда/

2 + 3 = 4 + 1 /закон за запазване на масата/

T ~ 106 K

Изкуствено термоядрения синтез е достигнат 1950-та година в Русия от учените Игор Там и Андрей Сакаров.

Уредът с който е бил постигнат термоядрения синтез е бил наречен тороидална магнитана камера или Токамак (от руското "тороидальная камера в магнитных катушках").

Токамакът представлява вакуумна камера и може да се каже че той е един трансформатор, на който вторичната намотка е плазмения шнур.

Плазмата се намира във вътрешната камера (лайнер), която е тънка гофрирана неръждаема стомана с дебелина 0.2 – 0.3 mm.

Камерата се поставя в дебел меден кожух, а пространството между тях се изпомпва до висок вакуум.

Магнитното поле се създава от намотки, които обхващат камерата както халки (тороидални), нанизани на по-голяма халка, както и от големи намотки.

През плазмата в този пояс протича мощен ток, за да се създаде тороидално магнитно поле, а във вакуумния тороидален пояс инжектират определено количество деутерий (или смес от деутерий и тритий ).

Електричното поле ускорява електроните, което поражда тороидален ток през плазмата. Плазменият «ток" индуцира полоидално магнитно поле и увеличава температурата на плазмата.

Тази последователност от операции трае само няколко секунди.

За гориво се използва деутерий-тритиева смес във вид на ледено топче или газ под налягане.

За да няма взривът разрушителен характер, горивото трябва да бъде малко зрънце с размери около 1 mm.

В предварително свитата плазма, се фокусира втори, ултра-интензивен краткотраен пулсов лазер.

Електроните се ускоряват до скорости близки до тази на светлината, нагряват плазмата и има вероятност да започне верижната реакция на ядрен синтез.

Огромното налягане, което лазерните лъчи упражняват върху таблетката гориво не позволява взривно протичане на термоядрения синтез.

1. ЛАЗЕРНИ "ПРОЗОРЦИ"2. СТЕНА НА КОНТЕЙНЕРА3. ДЕУТЕРИЙ ТРИТИЕВА МИШЕНА4. ПОГЛЪЩАТЕЛ НА НЕУТРОНИ5. ЛАЗЕРНИ ЛЪЧИ

Е/А, MeV

масово число AH1

1

Li 6

3

He 4

2

H3

1

He 3

2

Fe 56

26

U 238

92

C 12

6

0 60

област на максимална стабилност

9 -

8 -

7 -

6 -

5 -

4 -

3 -

2 -

1 -

Бъдещето е в термоядрените реактори!В океаните има практически неизчерпаемо количество деутерий;Няма на опасност от взривно протичане на реакцията на сливане на леки ядра;Няма радиоактивни отпадъци;Себестойността на енергията е по-малка.Реакцията на ядрен синтез не води до производството на опасни странични продукти.Намалени парникови емисии, заобикаляне на проблема с изчерпването на горивата в световен мащаб и по-безопасна технология.

Предимства пред централите с органично гориво(въглища, нефт, газ):

Милиони пъти по-голямо енергоотделяне;

Огромни ресурси на ядрено гориво в природата;

Не се замърсява околната среда със серни газове, пепел, сгурия и др.

Ниска себестойност на електроенергията.

Недостатъци:

Натрупване на отработено гориво(радиоактивни отпадъци-източник на РА лъчения);

Риск от аварии(предимно причина е човешкия фактор)