Termonukleáris energia emberiség reménysége Svarichevsky Mikhail
A atommag, ahogy felidézni, az első közelítése protonok és a neutronok (nukleont =). Leválni az atom összes neutronok és protonok - meg kell tölteni egy bizonyos energia - nukleáris kötési energia. Ez az energia eltér a különböző izotópok, és persze, a nukleáris reakciók energiaegyensúly fenn kell tartani. Ha felhívni egy grafikont a kötési energia az összes izotópok (nukleonpáronként 1), akkor kap a következő:
Ezért azt látjuk, hogy tudunk előállítani energia vagy hasító nehéz atomok (mint a 235 U), vagy kombinálja a fény.
A leginkább reális és érdekes következő szintézis reakció gyakorlati szempontból:
1) 2 D + 3 T -> 4 Ő (3,5 MeV) + n (14,1 MeV)
2) 2 2 D + D -> 3 T (1,01 MeV) + p (3,02 MeV) 50%
2 D + 2 D -> 3 He (0,82 MeV) + n (2,45 MeV) 50%
3) 2 3 D + He -> 4 Ő (3,6 MeV) + p (14,7 MeV)
4) p + 11 B -> március 4 He + 8,7 MeV
Ezekben a reakciókban használt deutérium (D) - ez lehetséges közvetlenül a tengervíz, trícium (T) - radioaktív izotóp a hidrogén, ez most kapjuk hulladék konvencionális nukleáris reaktorok lehetnek speciálisan előállított lítium. Hélium-3 - úgy tűnik, hogy a Holdon, mint tudjuk. Bór-11 - természetes bór 80% a bór-11. p (elleni hidrogénatom) - normál hidrogén.
Összehasonlításképpen, a hasadási U 235 szabadul
202,5 MeV energia; sokkal több, mint a fúziós mértéke 1 atom (de kilogrammonként üzemanyag - természetesen termonukleáris üzemanyag ad több energiát).
Az 1. és 2. reakciók - kap egy csomó nagyon nagy energiájú neutronokat, amelyek az egész design a reaktor radioaktív. De a reakció a 3. és 4. - „nem, Neutron” (aneutronic) - nem ad a gerjesztett sugárzás. Sajnos, mellékreakciók továbbra is, például a reakció a 3 - deutérium reagál magát, és egy kis neutronsugárzás lesz minden ugyanaz.
Reakció 4 Érdekes, hogy az eredmény egy három alfa-részecskéket, amellyel az elméletileg lehetséges, hogy távolítsuk el az energiát közvetlenül (mert valóban mozog töltés = áram).
Általában a reakció meglehetősen érdekes. A kérdés csak az, hogy mennyire könnyű végrehajtani azokat a valóságban?
A komplexitás a reakció emberiség viszonylag könnyű elsajátítani osztály 235 U. minden nehézség nincs itt -, mert a neutronok nincs töltés, akkor a szó szoros értelmében „csúszás” keresztül a sejtmagba, még nagyon alacsony fordulatszámon. A legtöbb hasadási reaktorok és használt éppen ilyen termikus neutronok - amelyek esetében a sebesség olyan sebességgel összehasonlítható a termikus mozgást az atomok.
De amikor a szintézis reakció - van egy 2 mag, amelynek töltése, taszítják egymást. Annak érdekében, hogy közelebb hozzák őket a kívánt reakció távolságot - szükség van, hogy mozognak megfelelő sebességgel. Ilyen sebességet lehet elérni akár a gázpedál (ha eredményeként valamennyi atom mozog az egyik optimális sebesség), vagy melegítéssel (amikor a repülő atomok haphazardly véletlenszerű irányokban és véletlenszerű sebesség).
Itt van egy grafikon, amely a reakció sebessége (keresztmetszet) sebességétől függően (= energia) az ütköző atomok:
Ez ugyanaz, de épült a plazma hőmérsékletét, tekintettel arra, hogy az atomok repülnek ott egy véletlenszerű sebesség:
Megnézzük a reakció D + T - a legtöbb „könnyű” (szüksége van egy nyamvadt 100 millió fok), D + D - mintegy 100-szor lassabb ugyanazon hőmérsékleten, D + 3 Ő gyorsabban megy, mint a konkurens D + D csak hőmérsékleten a végzés 1 milliárd fok.
Így csak a reakció D + T még távolról elérhető az a személy, annak minden hiányosságokat (trícium radioaktivitás, nehézség árán tud, neutron-indukált radioaktivitás).
De mint tudjuk, hogy a hő és valamit akár száz millió fok, és nem hagynak válaszolni fog - felhevített tárgyat fényt bocsátanak ki, és így gyorsan lehűl. A plazma-ra melegítjük százmillió fokos - ragyog az X-sugarak, és ami még fájdalmasabb - ez átlátszó neki. Ie plazma ez a hőmérséklet gyorsan lehűl, halálos, és szükséges, hogy a hőmérséklet állandóan a szivattyú hatalmas energiát a hőmérséklet fenntartásához.
Azonban, annak a ténynek köszönhető, hogy a nagyon kevés (például ITER - csak a fele gramm) egy fúziós reaktor gáz, minden fordulat nem olyan rossz: a hő a hidrogén 0,5 g 100 millió K kell tölteni körülbelül ugyanolyan mennyiségű energiát, mint a hő 186 liter vízben 100 fok.
Vannak Lawson kritérium. mutatja, hogy a reakció több energiát termelnek, mint amennyit költött. Amellett, hogy a hőmérséklet is fontos sűrűségű (önmagában feletti plazma sűrűsége - gyorsabb reakció játszódik le), és a plazma szülés ideje (volt ideje reagálni). Ennek megfelelően a rendszer lehet pulzáló (Z-gép, NIF, fúziós töltés - rövid reakcióidő, a magas hőmérséklet és a sűrűség) és konstans (Tokamak - kis sűrűségű és a hőmérséklet, a hosszú reakcióidő).
Nézzük, mit megközelítések végre kell hajtania a nukleáris fúziós reaktort.
tervezés
Star - egy természetes fúziós reaktor. Forró plazma nagy nyomás alatt tartjuk a gravitáció, és az összes X-ray - rovására hatalmas sűrűségű és mérete felszívódik. Így a mag ne hűljön le, még viszonylag kis reakciósebességet. Emiatt, nem csak ég hidrogénatom és a deutérium, hanem sokkal nehezebb elemek a sejtmagban. Sajnos, az ilyen szerkezetnek a földön nehéz megvalósítani.
„Felesleges” neutronok készített lítium-6 képződhet, trícium kialakítva, és csak azt kell melegített elegyének deutérium és a trícium. Úgy kezdődik, hogy reakcióba lépnek egymással - és tartja őket a szóródás tehetetlenségi erő tekintetében a felelős a nehéz urán shell. Ezen túlmenően, az urán burkolat átlátszatlan röntgensugárzás - hőveszteség megfelelően kevesebb. Az egész reakció befejeződött az 1 mikroszekundum -, és a test csak most kezdik, hogy szétszórja a különböző irányokba.
Ez volt az úgynevezett „erősítő áramkör” nukleáris töltés, ahol a hozzájárulás egy fúziós reakció kicsi, és csak lehetővé teszi, hogy vegye fel egy kis erő „az olcsó” (plutónium - méregdrága és lítium - összehasonlítva, az olcsó, mint kosz).
A trícium nem közvetlenül használjuk fel a radioaktív és ezért nem tárolják hosszabb ideig. A lítium-6 stabil, és a nukleáris töltés mindig készen áll a cselekvésre. Ön is használja lítium-7 - ez nem csak ad a trícium, hanem egy extra neutront. Ezen reakció nem tudja, mikor az amerikaiak tesztelt bomba „Shrimp” ( „garnélarák”). Hiánya miatt a tiszta lítium-6 elhelyezett részlegesen dúsított, amelyben lítium-6 volt csak 40%, és a számítások szerint robbanás 6 Mt és dolbanulo 15.
Van egy rendszert a sugárzás összeroppanása - amikor az elsődleges röntgensugárzás nukleáris robbanás tömöríti és felmelegíti külön gömb termonukleáris üzemanyag.
Ez természetesen minden jó cselekedetre érdekében pusztítás, hanem az energiafelhasználás, ez a megközelítés nem működik, sokkal magasabb minimális teljesítmény a robbanás, és túl sok hétköznapi termékek radioaktív plutónium / urán reakciót.
Lineáris gyorsítók. Az ötlet egyszerű - figyelembe cél bármely megfelelő fém deutériumos, és egy kis lineáris gyorsító, hogy a kívánt sebességet a trícium atom. Megkapjuk a találmány fúziós reakció és a hozam az energia és 14,1 MeV neutronok. Egy ilyen forrás lehet használni, hogy keressen az olaj és a víz (például Mars rover MSL orosz pulzáló neutronforrás DAN), valamint egy külső impulzus neutron nukleáris kezdeményező díjakat.
Miért van az azonos, így lehetetlen villamos energiát? Hogy eloszlassa az atomok kiad egy csomó több energiát kapunk a reakció (nem minden overclockable atomok reagálnak). Számításaim szerint, például DAN hatékonyság nagyságrendű 0,0016%.
Tokamakká (toroid kamra mágneses tekercsek) - az ötlet egy kicsit bonyolultabb a plazmában tórusz a transzformátor áramot indukál. Körül a tórusz - szupravezető mágnesek, amelyek „hullámosított” plazma és ne hagyjuk, hogy érintse meg a falakat. A plazmát melegítjük mikrohullámú sugárzással, és rezisztív melegítés áram. Amikor elkezdtünk dolgozni ezen a területen - úgy tűnt: itt, ennyi fog működni.
Az alábbi problémák tokamakokat (a jövőbeli ipari felhasználás):- piazmainstabilitás. Mentesítés törekszik valahol elvékonyodik valahol - vastagabb, amíg gyűrűnyitási (egy aktuális terminációs), vagy érintse meg a falakat. Mi küzdött a probléma méreteinek növekedésével a kamra, kiegészítve a poloidális mágneses mező (a függőleges tengely körül a kamra).
- A trícium - út, és szüksége van egy csomó energiát. Ha csak neutron előállított reakcióban D + T alkalmazásával lítium-6 atom átalakítható egy trícium - miatt elkerülhetetlen a trícium neutronok lesz kevesebb és kevesebb. Ki kell használni a neutron szorzás - például lítium-7, vagy ólom, amely szükséges, hogy döntsön a belső fala a reaktor (takaró), és kijutni onnan valahogy trícium.
- Erőteljes neutron sugárzás. az azonos teljesítmény neutronfluxus
Stellarátor - „összegyűrődött” bagel, ahol a mágneses mező által generált külső mágnesek nagyon trükkös formája, és biztosítja a plazma stabilitását. Összehasonlítva a tokamakon - jóval bonyolultabb szerkezet. Szerint a „minőség” a plazmaelkülönítés most elismeri tokamakban.
NIF - Nemzeti Ignition Facility - ötlet az, hogy fókuszálja a fényt a lézer 192 pulzáló a megcélzott körülvevő kapszulát a deutérium-trícium keveréket. A fény felmelegíti a cél - ez melegítjük millió fokos, és egyenletesen a fény „tömöríteni” kapszula termonukleáris üzemanyag. Ügyéről módon 3 évvel ezelőtt azt írta, hogy szinte minden készen áll.
Sandy Z-gép ötlet ez: hogy egy nagy halom nagyfeszültségű kondenzátort, és hirtelen lemerül őket egy vékony wolfram huzal közepén a gép. A halogatás elpárolognak rajtuk keresztül tovább folyik óriási mostani 27 millió amper 95 ns. A plazmát melegítjük millió fokos és több milliárd (!) - bocsát ki, röntgensugárzás, és tömöríti őket, hogy egy kapszula egy deutérium-trícium keveréket a központ (az impulzus energia X-ray - 2,7 megajoule).
Lebegtetett Dipól - „fájdalmas” tokamakon. a közepén a vákuumkamra lóg egy tórusz alakú szupravezető mágnes, hogy tartja és a plazma. Ebben a rendszerben, a plazmát várhatóan stabil önmagában. De most nincs támogatás a projekt, úgy tűnik, közvetlenül szintézis reakció a felszerelésre nem került sor.
Farnsworth-Hirsch fusor Az ötlet egyszerű - hely két szférikus rácsok töltött deutérium vákuumkamrában, vagy deutérium-trícium keveréket alkalmaznak a potenciális 50-200 ezer volt. Az elektromos mező az atomok elkezdenek repülni a terem közepén, néha ütközik egymással.
A neutron hozam, de elég kicsi. Nagy energiaveszteségek miatt bremsstrahlung, belső hálós melegítjük és gyorsan elpárolog a ütközések atomok és elektronok. Bár a tervezés is érdekes tudományos szempontból (ez lehet gyűjteni minden diák), neutron termelés hatásfoka sokkal kisebb lineáris gyorsító.
Polywell - egy jó emlékeztető arra a tényre, hogy nem minden a munka termonukleáris fúzió nyilvános. A kutatást az amerikai haditengerészet, és sorolták, míg a negatív eredményeket kaptunk.
Az ötlet - a fejlesztési Farnsworth-Hirsch fusor. Központi negatív elektród, amely a legtöbb problémát, cseréljük a felhő elektronok korlátozódik a mágneses tér közepén a kamra. Az összes vizsgált modellek rendes és nem szupravezető mágnesek. A reakciót eredményezett egyetlen neutronok. Általában nincs forradalom. Növelheti a méret és a szupravezető mágnesek változott volna valamit.
Müon katalízis - gyökeresen más ötlet. Vegye negatív töltésű müon, és felváltja az elektron az atom. Mint egy müon 207 alkalommal nehezebb, mint elektronokat - hidrogénatom molekula 2 lesz sokkal közelebb egymáshoz, és a szintézis reakció lép fel. Az egyetlen probléma - ha a reakció eredményeként hélium (esélye
1%), és a müon elszáll vele - inkább a reakciók nem tud részt venni (mert hélium nem alkot kémiai vegyület hidrogénnel).
Itt az a probléma, hogy a generációs müon jelenleg több energiát igényel, mint kaphatunk egy láncreakció, és mindaddig, amíg az energia itt nem kap.
„Hideg” fúziós (itt nem szerepel a „hideg” müon katalízis) - régóta ál legelőre. Tudományosan bizonyított és megismételhető függetlenül pozitív eredmények vannak. A szenzáció szintjén a bulvárlapok már nem csak az E-Cat-és Andrea Rossi.
- Fúziós energia - nem olyan kristálytiszta. Az egyetlen reális jelenleg reakciót a D + T neutronfluxus, amely biztosítja, hogy bármely, radioaktív elemek - a