Tudo o que você precisa saber sobre fusão termonuclear. Decadência e fusão nuclear

Como as forças de atração nuclear atuam entre núcleos atômicos a curtas distâncias, quando dois núcleos se aproximam, é possível sua fusão, ou seja, a síntese de um núcleo mais pesado. Todos os núcleos atômicos têm carga elétrica positiva e, portanto, se repelem por grandes distâncias. Para que os núcleos se unam e entrem numa reação de fusão nuclear, eles devem ter energia cinética suficiente para superar a repulsão elétrica mútua, que é tanto maior quanto maior for a carga do núcleo. Portanto, a maneira mais fácil é sintetizar núcleos leves com baixa carga elétrica. No laboratório, as reações de fusão podem ser observadas disparando núcleos rápidos contra um alvo, acelerados em um acelerador especial (ver Aceleradores de partículas carregadas). Na natureza, as reações de fusão ocorrem em matéria muito quente, por exemplo, no interior das estrelas, inclusive no centro do Sol, onde a temperatura é de 14 milhões de graus e a energia movimento térmico algumas das partículas mais rápidas são suficientes para superar a repulsão elétrica. A fusão nuclear que ocorre em matéria aquecida é chamada de fusão termonuclear.

As reações termonucleares que ocorrem nas profundezas das estrelas desempenham um papel muito importante na evolução do Universo. Eles são a fonte dos núcleos dos elementos químicos que são sintetizados a partir do hidrogênio nas estrelas. Eles são a fonte de energia das estrelas. A principal fonte de energia do Sol são as reações do chamado ciclo próton-próton, como resultado do qual nasce um núcleo de hélio de 4 prótons. A energia liberada durante a fusão é levada pelos núcleos resultantes, quanta de radiação eletromagnética, nêutrons e neutrinos. Ao observar o fluxo de neutrinos vindo do Sol, é possível estabelecer quais reações de fusão nuclear e com que intensidade ocorrem em seu centro.

Uma característica única das reações termonucleares como fonte de energia é uma liberação muito grande de energia por unidade de massa de substâncias reagentes - 10 milhões de vezes mais do que reações químicas. A entrada na síntese de 1 g de isótopos de hidrogênio equivale à combustão de 10 toneladas de gasolina. Portanto, os cientistas há muito se esforçam para dominar essa gigantesca fonte de energia. Em princípio, hoje já conseguimos obter energia térmica na Terra. fusão nuclear. É possível aquecer matéria a temperaturas estelares usando a energia de uma explosão atômica. É assim que funciona uma bomba de hidrogênio - a arma mais terrível do nosso tempo, em que a explosão de um fusível nuclear leva ao aquecimento instantâneo de uma mistura de deutério e trítio e a uma subsequente explosão termonuclear.

Mas os cientistas não lutam por uma síntese tão incontrolável, capaz de destruir toda a vida na Terra. Eles estão procurando maneiras de implementar a fusão termonuclear controlada. Que condições devem ser atendidas para isso? Em primeiro lugar, é claro, é necessário aquecer o combustível termonuclear a uma temperatura onde as reações de fusão possam ocorrer com uma probabilidade notável. Mas isto não é o suficiente. É necessário que durante a fusão seja liberada mais energia do que a gasta no aquecimento da substância, ou, melhor ainda, que as próprias partículas rápidas criadas durante a fusão mantenham a temperatura necessária do combustível. Para fazer isso, é necessário que a substância que entra na síntese seja isolada termicamente de forma confiável do ambiente circundante e, naturalmente, frio da Terra, ou seja, que o tempo de resfriamento, ou, como dizem, o tempo de retenção de energia, seja suficientemente longo .

Os requisitos de temperatura e tempo de retenção dependem do combustível utilizado. A maneira mais fácil de realizar a síntese é entre os isótopos pesados ​​​​do hidrogênio - deutério (D) e trítio (T). Neste caso, a reação resulta em um núcleo de hélio (He 4) e um nêutron. O deutério é encontrado na Terra em grandes quantidades. água do mar(um átomo de deutério por 6.000 átomos de hidrogênio). O trítio não existe na natureza. Hoje é produzido artificialmente pela irradiação de lítio em reatores nucleares com nêutrons. A ausência de trítio não é, entretanto, um obstáculo ao uso da reação de fusão DT, uma vez que o nêutron produzido durante a reação pode ser usado para reproduzir o trítio por irradiação de lítio, cujas reservas são bastante grandes na Terra.

Para implementação de DT A reação é mais favorável em temperaturas de cerca de 100 milhões de graus. A exigência de tempo de retenção de energia depende da densidade da substância reagente, que a tal temperatura estará inevitavelmente na forma de plasma, isto é, gás ionizado. Como a intensidade das reações termonucleares é maior, quanto maior a densidade do plasma, os requisitos para o tempo de retenção de energia são inversamente proporcionais à densidade. Se expressarmos a densidade como o número de íons por 1 cm 3, então para a reação D-T em temperatura ideal a condição para obtenção de energia útil pode ser escrita na forma: o produto da densidade n e o tempo de retenção de energia τ deve ser maior que 10 14 cm −3 s, ou seja, um plasma com densidade de 10 14 íons por 1 cm 3 deve legal visivelmente não mais rápido do que em 1 Com.

Como a velocidade térmica dos íons de hidrogênio na temperatura exigida é de 10 8 cm/s, os íons voam 1.000 km em 1 s. Portanto, são necessários dispositivos especiais para evitar que o plasma atinja as paredes que o isolam. O plasma é um gás que consiste em uma mistura de íons e elétrons. Partículas carregadas que se movem através de um campo magnético estão sujeitas a uma força que curva sua trajetória e as força a se moverem em círculos com raios proporcionais ao momento das partículas e inversamente proporcionais ao campo magnético. Assim, um campo magnético pode impedir que partículas carregadas escapem numa direção perpendicular às linhas do campo. Esta é a base para a ideia do isolamento térmico magnético do plasma. O campo magnético, entretanto, não impede o movimento das partículas ao longo linhas de energia: em geral, as partículas se movem em espirais, enrolando-se em linhas de força.

Os físicos criaram vários truques para evitar que as partículas escapassem ao longo das linhas de campo. Você pode, por exemplo, fazer “plugues magnéticos” - áreas com maior resistência campo magnético, refletindo parte das partículas, mas é melhor enrolar as linhas de campo em um anel e usar um campo magnético toroidal. Mas um campo toroidal não é suficiente.

Um campo toroidal é heterogêneo no espaço - sua intensidade diminui ao longo do raio, e em um campo não uniforme ocorre um movimento lento de partículas carregadas - a chamada deriva - através do campo magnético. Este desvio pode ser eliminado passando uma corrente através do plasma ao longo do circuito do toro. O campo magnético da corrente, somado ao campo toroidal externo, fará campo comum parafuso.

Movendo-se em espirais ao longo das linhas de força, as partículas carregadas se moverão do semiplano superior do toro para o inferior e para trás. Ao mesmo tempo, eles sempre irão flutuar em uma direção, por exemplo, para cima. Mas, estando no semiplano superior e flutuando para cima, as partículas se afastam do plano médio do toro, e estando no semiplano inferior e também flutuando para cima, as partículas retornam para ele. Assim, os desvios nas metades superior e inferior do toro são mutuamente compensados ​​e não levam a perdas de partículas. É exatamente assim que se projeta o sistema magnético das instalações do tipo Tokamak, no qual se obtêm os melhores resultados no aquecimento e isolamento térmico do plasma.

Além do isolamento térmico do plasma, também é necessário garantir o seu aquecimento. Em um Tokamak, a corrente que flui através de um cabo de plasma pode ser usada para esse propósito. Em outros dispositivos, onde o confinamento é feito sem corrente, assim como no próprio Tokamak, outros métodos de aquecimento são utilizados para aquecer a temperaturas muito elevadas, por exemplo, por meio de ondas eletromagnéticas de alta frequência, injeção (introdução) no plasma de feixes de partículas rápidas, feixes de luz gerados por lasers potentes, etc. Quanto maior a potência do dispositivo de aquecimento, mais rápido o plasma pode ser aquecido até a temperatura necessária. O desenvolvimento nos últimos anos tem sido muito lasers poderosos e fontes de feixes de partículas carregadas relativísticas possibilitaram aquecer pequenos volumes de matéria a temperaturas termonucleares em um tempo muito curto, tão curto que a matéria tem tempo para aquecer e entrar em reações de fusão antes de se espalhar devido ao movimento térmico. Nessas condições, o isolamento térmico adicional revelou-se desnecessário. A única coisa que impede as partículas de se separarem é a sua própria inércia. Os dispositivos de fusão baseados neste princípio são chamados de dispositivos de confinamento inercial. Esta nova direção de pesquisa, chamada fusão termonuclear inercial, está sendo rapidamente desenvolvida na atualidade.

FUSÃO NUCLEAR
fusão termonuclear, reação de fusão pulmonar núcleos atômicos em núcleos mais pesados, o que ocorre em temperaturas ultra-altas e é acompanhado pela liberação de grandes quantidades de energia. A fusão nuclear é a reação oposta à fissão atômica: nesta última, a energia é liberada devido à divisão de núcleos pesados ​​em núcleos mais leves. Veja também
FISSÃO DO NÚCLEO;
PODER NUCLEAR . De acordo com os conceitos astrofísicos modernos, a principal fonte de energia do Sol e de outras estrelas é a fusão termonuclear que ocorre em suas profundezas. Em condições terrestres, é realizado durante uma explosão Bomba de hidrogênio. A fusão termonuclear é acompanhada por uma liberação colossal de energia por unidade de massa de substâncias reagentes (cerca de 10 milhões de vezes maior do que nas reações químicas). Portanto, é de grande interesse dominar esse processo e, a partir dele, criar um produto barato e ecologicamente correto. fonte pura energia. No entanto, apesar de grandes equipas científicas e técnicas em muitos países desenvolvidos estarem envolvidas na investigação sobre fusão termonuclear controlada (CTF), muitos problemas complexos ainda precisam de ser resolvidos antes que a produção industrial de energia termonuclear se torne uma realidade. As modernas centrais nucleares que utilizam o processo de fissão satisfazem apenas parcialmente as necessidades mundiais de electricidade. O combustível para eles são os elementos radioativos naturais urânio e tório, cuja abundância e reservas na natureza são muito limitadas; portanto, muitos países enfrentam o problema de importá-los. Componente principal combustível termonuclear O deutério é um isótopo de hidrogênio encontrado na água do mar. Suas reservas estão disponíveis publicamente e são muito grandes (os oceanos do mundo cobrem 71% da superfície da Terra e o deutério representa cerca de 0,016% do número total de átomos de hidrogênio que constituem a água). Além da disponibilidade de combustível, as fontes de energia termonuclear apresentam as seguintes vantagens importantes sobre as usinas nucleares: 1) o reator UTS contém muito menos materiais radioativos do que reator atômico fissão e, portanto, as consequências de uma libertação acidental de produtos radioactivos são menos perigosas; 2) as reações termonucleares produzem menos resíduos radioativos de vida longa; 3) TCB permite recebimento direto eletricidade.
BÁSICOS FÍSICOS DA Fusão NUCLEAR
O sucesso da implementação de uma reação de fusão depende das propriedades dos núcleos atômicos utilizados e da capacidade de obter plasma denso de alta temperatura, necessário para iniciar a reação.
Forças e reações nucleares. A liberação de energia durante a fusão nuclear se deve a forças de atração extremamente intensas que atuam no interior do núcleo; Essas forças mantêm unidos os prótons e nêutrons que constituem o núcleo. Eles são muito intensos em distâncias de fusão NUCLEAR de 10 a 13 cm e enfraquecem extremamente rapidamente com o aumento da distância. Além dessas forças, os prótons carregados positivamente criam forças repulsivas eletrostáticas. A gama de forças eletrostáticas é muito maior que a das forças nucleares, de modo que elas começam a dominar quando os núcleos são afastados uns dos outros. Em condições normais energia cinética Os núcleos dos átomos leves são muito pequenos para que, tendo superado a repulsão eletrostática, possam se aproximar e entrar em uma reação nuclear. No entanto, a repulsão pode ser superada pela força “bruta”, por exemplo, pela colisão de núcleos com uma velocidade relativa elevada. J. Cockcroft e E. Walton usaram este princípio em seus experimentos conduzidos em 1932 no Laboratório Cavendish (Cambridge, Reino Unido). Ao irradiar um alvo de lítio com prótons acelerados em um campo elétrico, eles observaram a interação dos prótons com núcleos de lítio Li. Desde então, um grande número de reações semelhantes foram estudadas. Reações envolvendo os núcleos mais leves - próton (p), deutério (d) e tritão (t), correspondentes aos isótopos de hidrogênio prótio 1H, deutério 2H e trítio 3H - bem como o isótopo “leve” de hélio 3He e dois isótopos de lítio 6Li e 7Li são apresentados na tabela abaixo. Aqui n é um nêutron, g é um quantum gama. A energia liberada em cada reação é dada em milhões de elétron-volts (MeV). Com uma energia cinética de 1 MeV, a velocidade de um próton é de 14.500 km/s.
Veja também ESTRUTURA DO NÚCLEO ATÔMICO.

REAÇÕES DE FUSÃO

Como G. Gamow mostrou, a probabilidade de uma reação entre dois núcleos leves que se aproximam é proporcional a

, onde e é a base dos logaritmos naturais, Z1 e Z2 são os números de prótons nos núcleos em interação, W é a energia de sua abordagem relativa e K é um fator constante. A energia necessária para realizar uma reação depende do número de prótons em cada núcleo. Se for superior a três, então esta energia é muito grande e a reação é praticamente impossível. Assim, à medida que Z1 e Z2 aumentam, a probabilidade de uma reação diminui. A probabilidade de dois núcleos interagirem é caracterizada pela “seção transversal de reação”, medida em celeiros (1 b = 10-24 cm2). A seção transversal da reação é a área efetiva corte transversal um núcleo no qual outro núcleo deve “bater” para que sua interação ocorra. A seção transversal para a reação do deutério com o trítio atinge seu valor máximo (SÍNTESE NUCLEAR5 b) quando as partículas interagentes possuem uma energia relativa de aproximação da ordem de 200 keV. Com uma energia de 20 keV, a seção transversal torna-se inferior a 0,1 b. De um milhão de partículas aceleradas que atingem o alvo, não mais do que uma entra em interação nuclear. O restante dissipa sua energia nos elétrons dos átomos alvo e diminui a velocidade a velocidades nas quais a reação se torna impossível. Conseqüentemente, o método de bombardear um alvo sólido com núcleos acelerados (como foi o caso no experimento Cockcroft-Walton) é inadequado para CTS, pois a energia obtida neste caso é muito menor que a energia despendida.

Combustíveis de fusão. As reações envolvendo p, que desempenham um papel importante nos processos de fusão nuclear no Sol e em outras estrelas homogêneas, não são de interesse prático em condições terrestres porque sua seção transversal é muito pequena. Para realizar a fusão termonuclear na Terra, mais de aparência adequada O combustível, como mencionado acima, é o deutério. Mas a reação mais provável ocorre em uma mistura igual de deutério e trítio (mistura DT). Infelizmente, o trítio é radioativo e, devido à sua meia-vida curta (fusão NUCLEAR T1/2 12,3 anos), praticamente não é encontrado na natureza. É produzido artificialmente em reatores de fissão e também como subproduto em reações com deutério. Contudo, a ausência de trítio na natureza não é um obstáculo ao uso da reação de fusão DT, uma vez que o trítio pode ser produzido irradiando o isótopo 6Li com nêutrons produzidos durante a síntese: n + 6Li (r) 4He + t. Se você cercar a câmara termonuclear com uma camada de 6Li (o lítio natural contém 7%), poderá reproduzir completamente o trítio consumível. E embora na prática alguns nêutrons sejam inevitavelmente perdidos, sua perda pode ser facilmente compensada pela introdução de um elemento como o berílio na casca, cujo núcleo, quando um nêutron rápido o atinge, emite dois.
Princípio de funcionamento de um reator termonuclear. A reação de fusão de núcleos leves, cujo objetivo é obter energia útil, é chamada de fusão termonuclear controlada. É realizado a temperaturas da ordem de centenas de milhões de Kelvin. Este processo até agora foi implementado apenas em laboratórios.
Condições temporais e de temperatura. A obtenção de energia termonuclear útil só é possível se duas condições forem atendidas. Primeiro, a mistura destinada à síntese deve ser aquecida a uma temperatura na qual a energia cinética dos núcleos proporcione uma alta probabilidade de sua fusão durante a colisão. Em segundo lugar, a mistura reagente deve ser muito bem isolada termicamente (ou seja, aquecer deve ser mantida por tempo suficiente para que o número necessário de reações ocorra e a energia resultante exceda a energia gasta no aquecimento do combustível). Na forma quantitativa, esta condição é expressa da seguinte forma. Para aquecer uma mistura termonuclear, um centímetro cúbico de seu volume deve receber a energia P1 = knT, onde k é um coeficiente numérico, n é a densidade da mistura (o número de núcleos em 1 cm3), T é a temperatura necessária . Para manter a reação, a energia transmitida à mistura termonuclear deve ser mantida por um tempo t. Para que um reator seja energeticamente rentável, é necessário que durante esse período seja liberada nele mais energia termonuclear do que a gasta no aquecimento. A energia liberada (também por 1 cm3) é expressa da seguinte forma:

onde f(T) é um coeficiente que depende da temperatura da mistura e de sua composição, R é a energia liberada em um ato elementar de síntese. Então a condição de rentabilidade energética P2 > P1 assumirá a forma

ou

A última desigualdade, conhecida como critério de Lawson, é uma expressão quantitativa dos requisitos para um isolamento térmico perfeito. O lado direito - o “número de Lawson” - depende apenas da temperatura e composição da mistura, e quanto maior for, mais rigorosos serão os requisitos de isolamento térmico, ou seja, mais difícil é criar um reator. Na região de temperaturas aceitáveis, o número de Lawson para deutério puro é 1016 s/cm3, e para uma mistura DT de componentes iguais - 2×1014 s/cm3. Assim, a mistura DT é o combustível de fusão preferido. De acordo com o critério de Lawson, que determina o valor energeticamente favorável do produto da densidade e do tempo de confinamento, num reator de fusão deve ser utilizado o maior n ou t possível. Portanto, os estudos sobre STC foram divididos em dois direções diferentes: no primeiro, os pesquisadores tentaram conter um plasma relativamente rarefeito por meio de um campo magnético por um tempo suficientemente longo; no segundo, usando lasers para criar um plasma com densidade muito alta por um curto período de tempo. Muito mais trabalho foi dedicado à primeira abordagem do que à segunda.
Confinamento de plasma magnético. Durante a reacção de fusão, a densidade do reagente quente deve permanecer a um nível que proporcione um rendimento suficientemente elevado de energia útil por unidade de volume a uma pressão que a câmara de plasma possa suportar. Por exemplo, para uma mistura de deutério - trítio a uma temperatura de 108 K, o rendimento é determinado pela expressão

Se considerarmos P igual a 100 W/cm3 (que corresponde aproximadamente à energia liberada células de combustível em reatores de fissão nuclear), então a densidade n deve ser de aprox. 1015 núcleos/cm3, e a pressão correspondente nT é de aproximadamente 3 MPa. Neste caso, segundo o critério de Lawson, o tempo de retenção deve ser de no mínimo 0,1 s. Para plasma deutério-deutério a uma temperatura de 109 K

Neste caso, em P = 100 W/cm3, n "3×1015 núcleos/cm3 e uma pressão de aproximadamente 100 MPa, o tempo de retenção necessário será superior a 1 s. Observe que as densidades indicadas são apenas 0,0001 da densidade de ar atmosférico, portanto a câmara do reator deve ser bombeada para um alto vácuo. As estimativas acima de tempo de confinamento, temperatura e densidade são parâmetros mínimos típicos necessários para a operação de um reator de fusão e são mais facilmente alcançados no caso de um reator de fusão. mistura deutério-trítio. Para reações termonucleares que ocorrem durante a explosão de uma bomba de hidrogênio e no interior das estrelas , deve-se ter em mente que devido a condições completamente diferentes, no primeiro caso elas ocorrem muito rapidamente, e no primeiro caso. segundo - extremamente lento em comparação com os processos em um reator termonuclear.
Plasma. Quando um gás é fortemente aquecido, seus átomos perdem parcial ou completamente elétrons, resultando na formação de partículas carregadas positivamente chamadas íons, e elétrons livres. Em temperaturas acima de um milhão de graus, um gás constituído por elementos leves é completamente ionizado, ou seja, cada um de seus átomos perde todos os seus elétrons. O gás em estado ionizado é denominado plasma (o termo foi introduzido por I. Langmuir). As propriedades do plasma diferem significativamente das propriedades do gás neutro. Como existem elétrons livres no plasma, o plasma conduz eletricidade muito bem e sua condutividade é proporcional a T3/2. O plasma pode ser aquecido passando uma corrente elétrica através dele. A condutividade do plasma de hidrogênio a 108 K é a mesma que a do cobre a temperatura do quarto. A condutividade térmica do plasma também é muito alta. Para manter o plasma, por exemplo, a uma temperatura de 108 K, ele deve ser isolado termicamente de forma confiável. Em princípio, o plasma pode ser isolado das paredes da câmara colocando-o num forte campo magnético. Isto é garantido pelas forças que surgem quando as correntes interagem com o campo magnético no plasma. Sob a influência de um campo magnético, íons e elétrons se movem em espirais ao longo de suas linhas de campo. A transição de uma linha de campo para outra é possível durante colisões de partículas e quando um campo elétrico transversal é aplicado. Na ausência de campos elétricos, o plasma rarefeito de alta temperatura, no qual as colisões são raras, só se difundirá lentamente através das linhas do campo magnético. Se as linhas do campo magnético estiverem fechadas, dando-lhes a forma de um loop, as partículas de plasma se moverão ao longo dessas linhas, permanecendo na área do loop. Além dessa configuração magnética fechada para confinamento de plasma, sistemas abertos(com linhas de campo estendendo-se para fora das extremidades da câmara), nas quais as partículas permanecem dentro da câmara devido a “tampões” magnéticos que limitam o movimento das partículas. Tampões magnéticos são criados nas extremidades da câmara, onde, como resultado de um aumento gradual na intensidade do campo, um feixe estreitado de linhas de campo é formado. Na prática, o confinamento magnético de um plasma de densidade suficientemente alta provou estar longe de ser fácil: nele surgem frequentemente instabilidades magneto-hidrodinâmicas e cinéticas. As instabilidades magnetohidrodinâmicas estão associadas a curvas e dobras nas linhas do campo magnético. Nesse caso, o plasma pode começar a se mover através do campo magnético na forma de aglomerados, em poucos milionésimos de segundo sairá da zona de confinamento e cederá calor às paredes da câmara. Tais instabilidades podem ser suprimidas dando ao campo magnético uma certa configuração. As instabilidades cinéticas são muito diversas e têm sido estudadas com menos detalhes. Entre eles estão aqueles que perturbam processos ordenados, como, por exemplo, o fluxo de uma corrente elétrica direta ou um fluxo de partículas através do plasma. Outras instabilidades cinéticas causam uma taxa mais alta de difusão transversal de plasma em um campo magnético do que a prevista pela teoria da colisão para um plasma silencioso.
Sistemas com configuração magnética fechada. Se uma força forte for aplicada a um gás condutor ionizado campo elétrico, então aparecerá nele uma corrente de descarga, simultaneamente com a qual aparecerá um campo magnético ao seu redor. A interação do campo magnético com a corrente levará ao aparecimento de forças compressivas atuando sobre as partículas carregadas do gás. Se a corrente flui ao longo do eixo do cordão condutor de plasma, então as forças radiais resultantes, como elásticos, comprimem o cordão, afastando a fronteira do plasma das paredes da câmara que o contém. Este fenômeno, teoricamente previsto por W. Bennett em 1934 e demonstrado experimentalmente pela primeira vez por A. Ware em 1951, é chamado de efeito pitada. O método de pinçamento é usado para conter plasma; Sua característica marcante é que o gás é aquecido a altas temperaturas pela própria corrente elétrica (aquecimento ôhmico). A simplicidade fundamental do método levou à sua utilização nas primeiras tentativas de contenção de plasma quente, e o estudo do simples efeito de pinça, apesar de ter sido posteriormente suplantado por métodos mais avançados, permitiu compreender melhor os problemas que os experimentadores ainda enfrentam hoje. Além da difusão do plasma na direção radial, observa-se também a deriva longitudinal e sua saída pelas extremidades do cordão plasmático. Perdas nas extremidades podem ser eliminadas dando à câmara de plasma um formato de rosca (toro). Neste caso, obtém-se uma pinça toroidal. Para a simples pinça descrita acima, um problema sério são as instabilidades magnetohidrodinâmicas inerentes. Se ocorrer uma pequena curvatura no filamento de plasma, a densidade das linhas do campo magnético no interior da curvatura aumenta (Fig. 1). As linhas do campo magnético, que se comportam como feixes resistindo à compressão, começarão a “inchar” rapidamente, de modo que a curvatura aumentará até que toda a estrutura do cordão de plasma seja destruída. Como resultado, o plasma entrará em contato com as paredes da câmara e esfriará. Para eliminar este fenômeno destrutivo, antes de passar a corrente axial principal, é criado na câmara um campo magnético longitudinal que, juntamente com um campo circular aplicado posteriormente, “endireita” a curvatura incipiente da coluna de plasma (Fig. 2). O princípio de estabilização da coluna de plasma por um campo axial é a base de dois projetos promissores reatores termonucleares - tokamak e pitada com campo magnético invertido.

Configurações magnéticas abertas. Em sistemas de configuração aberta, o problema do confinamento do plasma na direção longitudinal é resolvido pela criação de um campo magnético, cujas linhas de campo próximas às extremidades da câmara têm a forma de um feixe cônico. Partículas carregadas se movem ao longo de linhas helicoidais ao longo da linha de campo e são refletidas em áreas de maior intensidade (onde a densidade da linha de campo é maior). Tais configurações (Fig. 3) são chamadas de armadilhas com espelhos magnéticos, ou espelhos magnéticos. O campo magnético é criado por duas bobinas paralelas nas quais fluem correntes fortes e direcionadas de forma idêntica. No espaço entre as bobinas, as linhas de força formam um “barril” no qual se localiza o plasma confinado. No entanto, foi estabelecido experimentalmente que é improvável que tais sistemas sejam capazes de conter plasma com a densidade necessária para a operação do reator. Atualmente, não há muita esperança neste método de retenção.
Veja também HIDRODINÂMICA MAGNÉTICA.

Retenção inercial. Cálculos teóricos mostram que a fusão termonuclear é possível sem o uso de armadilhas magnéticas. Para fazer isso, um alvo especialmente preparado (uma bola de deutério com um raio de cerca de 1 mm) é rapidamente comprimido a densidades tão altas que a reação termonuclear tem tempo de ser concluída antes que o alvo combustível evapore. A compressão e o aquecimento a temperaturas termonucleares podem ser realizados com pulsos de laser ultrapotentes, irradiando uniforme e simultaneamente a bola de combustível de todos os lados (Fig. 4). Após evaporação instantânea camadas superficiais as partículas ejetadas adquirem velocidades muito altas e a bola fica sujeita a grandes forças de compressão. São semelhantes às forças reativas que impulsionam um foguete, com a única diferença de que aqui essas forças são direcionadas para dentro, em direção ao centro do alvo. Este método pode criar pressões da ordem de 1.011 MPa e densidades 10.000 vezes a densidade da água. Nessa densidade, quase toda a energia termonuclear será liberada na forma de uma pequena explosão dentro de um tempo de FUNÇÃO NUCLEAR 10-12 s. As microexplosões que ocorrem, cada uma das quais equivale a 1-2 kg de TNT, não causarão danos ao reator, e a implementação de uma sequência de tais microexplosões em intervalos curtos tornaria possível realizar quase contínuo produção de energia útil. Para o confinamento inercial, o desenho do alvo de combustível é muito importante. Alvo em forma de esferas concêntricas feitas de material pesado e materiais leves permitirá alcançar a evaporação mais eficiente das partículas e, conseqüentemente, a maior compressão.

Os cálculos mostram que com energia de radiação laser da ordem de megajoule (106 J) e eficiência do laser de pelo menos 10%, a energia termonuclear produzida deve exceder a energia gasta no bombeamento do laser. Instalações de laser termonuclear estão disponíveis em laboratórios de pesquisa na Rússia, nos EUA, na Europa Ocidental e no Japão. A possibilidade de usar um feixe de íons pesados ​​em vez de um feixe de laser ou combinar tal feixe com um feixe de luz está sendo estudada atualmente. Graças a tecnologia moderna Este método de iniciar uma reação tem uma vantagem sobre o método do laser, pois permite obter mais energia útil. A desvantagem é a dificuldade de focar o feixe no alvo.
UNIDADES COM FIXAÇÃO MAGNÉTICA
Métodos magnéticos de confinamento de plasma estão sendo estudados na Rússia, nos EUA, no Japão e em vários países europeus. A principal atenção é dada às instalações do tipo toroidal, como o tokamak e o pinça com campo magnético invertido, que surgiram a partir do desenvolvimento de pinças mais simples com campo magnético longitudinal estabilizador. Para confinar o plasma usando um campo magnético toroidal Bj, é necessário criar condições sob as quais o plasma não se desloque em direção às paredes do toro. Isto é conseguido “torcendo” as linhas do campo magnético (a chamada “transformação rotacional”). Essa torção é feita de duas maneiras. No primeiro método, uma corrente passa através do plasma, levando à configuração do pinçamento estável já discutido. O campo magnético da corrente Bq Ј -Bq junto com Bj cria um campo total com a torção necessária. Se Bj Bq, então a configuração resultante é conhecida como tokamak (uma abreviatura para a expressão "CÂMARA TORIDAL COM BOBINAS MAGNÉTICAS"). O Tokamak (Fig. 5) foi desenvolvido sob a liderança de L.A. Artsimovich no Instituto de Energia Atômica que leva seu nome. I. V. Kurchatova em Moscou. Na fusão Bj NUCLEAR Bq é obtida uma configuração de pinça com campo magnético invertido.

No segundo método, enrolamentos helicoidais especiais em torno de uma câmara de plasma toroidal são usados ​​para garantir o equilíbrio do plasma confinado. As correntes nesses enrolamentos criam um campo magnético complexo, levando à torção das linhas de força do campo total dentro do toro. Tal instalação, chamada stellarator, foi desenvolvida na Universidade de Princeton (EUA) por L. Spitzer e seus colegas.
Tokamak. Um parâmetro importante, do qual depende o confinamento do plasma toroidal, é a “margem de estabilidade” q, igual a rBj/RBq, onde r e R são os raios pequeno e grande do plasma toroidal, respectivamente. Em q pequeno, pode ocorrer instabilidade helicoidal - um análogo da instabilidade de flexão de uma pinça reta. Cientistas em Moscou demonstraram experimentalmente que quando q > 1 (ou seja, Bj Bq) a possibilidade de ocorrência de instabilidade do parafuso é bastante reduzida. Isso permite utilizar efetivamente o calor gerado pela corrente para aquecer o plasma. Como resultado de muitos anos de pesquisa, as características dos tokamaks melhoraram significativamente, em particular devido ao aumento da uniformidade do campo e limpeza eficaz Câmara de vácuo. Os resultados encorajadores obtidos na Rússia estimularam a criação de tokamaks em muitos laboratórios ao redor do mundo, e sua configuração tornou-se objeto de intensa pesquisa. O aquecimento ôhmico do plasma em um tokamak não é suficiente para realizar uma reação de fusão termonuclear. Isto se deve ao fato de que quando o plasma é aquecido, seu resistência elétrica, e como resultado, a geração de calor durante a passagem da corrente é drasticamente reduzida. É impossível aumentar a corrente em um tokamak acima de um certo limite, pois o cordão de plasma pode perder estabilidade e ser jogado nas paredes da câmara. Portanto, vários tipos de plasma são usados ​​para aquecer o plasma. métodos adicionais. Os mais eficazes deles são a injeção de feixes de átomos neutros de alta energia e a irradiação de microondas. No primeiro caso, os íons acelerados a energias de 50-200 keV são neutralizados (para evitar serem “refletidos” de volta pelo campo magnético quando introduzidos na câmara) e injetados no plasma. Aqui eles são ionizados novamente e no processo de colisões transferem sua energia para o plasma. No segundo caso, é utilizada radiação de micro-ondas, cuja frequência é igual à frequência do ciclotron do íon (a frequência de rotação dos íons em um campo magnético). Nesta frequência, o plasma denso se comporta como um corpo absolutamente negro, ou seja, absorve completamente a energia incidente. Nos países tokamak JET União Europeia Utilizando o método de injeção de partículas neutras, foi obtido um plasma com temperatura iônica de 280 milhões de Kelvin e tempo de retenção de 0,85 s. A energia termonuclear atingindo 2 MW foi obtida usando plasma de deutério-trítio. A duração da manutenção da reação é limitada pelo aparecimento de impurezas devido à pulverização catódica das paredes da câmara: as impurezas penetram no plasma e, quando ionizadas, aumentam significativamente as perdas de energia por radiação. Atualmente, os trabalhos do programa JET estão centrados na investigação da possibilidade de controlar as impurezas e removê-las das chamadas. "desviador magnético". Grandes tokamaks também foram criados nos EUA - TFTR, na Rússia - T15 e no Japão - JT60. A investigação realizada nestas e noutras instalações lançou as bases para uma nova fase de trabalho no domínio da fusão termonuclear controlada: está previsto o lançamento de um grande reactor para testes técnicos em 2010. Isso deveria ser colaboração EUA, Rússia, países da União Europeia e Japão.
Pinça de campo invertido (FRP). A configuração POP difere do tokamak por conter Bq fusão NUCLEAR Bj, mas a direção do campo toroidal fora do plasma é oposta à sua direção dentro da coluna de plasma. J. Taylor mostrou que tal sistema está em um estado com energia mínima e, apesar de q Estelarador. Em um stellarator, um campo magnético toroidal fechado é sobreposto por um campo criado por um parafuso especial enrolado ao redor do corpo da câmera. O campo magnético total evita o desvio do plasma para longe do centro e suprime espécies individuais instabilidades magnetohidrodinâmicas. O próprio plasma pode ser criado e aquecido por qualquer um dos métodos usados ​​em um tokamak. A principal vantagem do stellarator é que o método de confinamento nele utilizado não está associado à presença de corrente no plasma (como nos tokamaks ou em instalações baseadas no efeito pitada) e, portanto, o stellarator pode operar em modo estacionário. Além disso, o enrolamento helicoidal pode ter um efeito “desviador”, ou seja, purificar o plasma de impurezas e remover produtos de reação. O confinamento de plasma em stellarators foi extensivamente estudado em instalações na União Europeia, Rússia, Japão e EUA. No estelarador Wendelstein VII, na Alemanha, foi possível manter um plasma sem corrente com temperatura superior a 5x106 Kelvin, aquecendo-o pela injeção de um feixe atômico de alta energia. Estudos teóricos e experimentais recentes mostraram que na maioria das instalações descritas, e especialmente em sistemas toroidais fechados, o tempo de confinamento do plasma pode ser aumentado aumentando as suas dimensões radiais e o campo magnético confinante. Por exemplo, para um tokamak calcula-se que o critério de Lawson será satisfeito (e mesmo com alguma margem) a uma intensidade de campo magnético de FUNÇÃO NUCLEAR 50 - 100 kG e um pequeno raio da câmara toroidal de aprox. 2 m Estes são os parâmetros de instalação para 1000 MW de eletricidade. Ao criar instalações tão grandes com confinamento de plasma magnético, surgem problemas tecnológicos completamente novos. Para criar um campo magnético da ordem de 50 kg num volume de vários metros cúbicos usando bobinas de cobre resfriadas a água, seria necessária uma fonte de energia de várias centenas de megawatts. Portanto, é óbvio que os enrolamentos da bobina devem ser feitos de materiais supercondutores, como ligas de nióbio com titânio ou estanho. A resistência desses materiais à corrente elétrica no estado supercondutor é zero e, portanto, será gasto na manutenção do campo magnético quantidade mínima eletricidade.
Tecnologia de reator. A estrutura de uma usina termonuclear é mostrada esquematicamente na Fig. 6. Na câmara do reator existe um plasma de deutério-trítio, e é circundado por um “cobertor” de lítio-berílio, onde os nêutrons são absorvidos e o trítio é reproduzido. O calor gerado é retirado da manta através de um trocador de calor para um sistema convencional turbina a vapor. Os enrolamentos do ímã supercondutor são protegidos por radiação e escudos térmicos e resfriados com hélio líquido. No entanto, muitos problemas relacionados à estabilidade do plasma e sua purificação de impurezas, danos por radiação na parede interna da câmara, fornecimento de combustível, remoção de calor e produtos de reação e controle de energia térmica ainda não foram resolvidos.
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PODER NUCLEAR ;
TROCADOR DE CALOR.

Perspectivas para pesquisa termonuclear. Experimentos realizados em instalações do tipo tokamak mostraram que este sistema é muito promissor como possível base para um reator CTS. Os melhores resultados até o momento foram obtidos com os tokamaks, e espera-se que, com um aumento correspondente na escala das instalações, seja possível implementar neles CTS industriais. No entanto, o tokamak não é suficientemente económico. Para eliminar esta desvantagem, é necessário que ele opere não em modo pulsado, como agora, mas em modo contínuo. Mas os aspectos físicos deste problema ainda não foram suficientemente estudados. É também necessário desenvolver meios técnicos que melhorem os parâmetros do plasma e eliminem as suas instabilidades. Diante de tudo isso, não devemos esquecer outras opções possíveis, embora menos desenvolvidas, de um reator termonuclear, por exemplo, um stellarator ou um pitada de campo reverso. O estado da pesquisa nesta área atingiu o estágio em que existem projetos conceituais de reatores para a maioria dos sistemas de confinamento magnético para plasmas de alta temperatura e para alguns sistemas de confinamento inercial. Um exemplo de desenvolvimento industrial de um tokamak é o projeto Aries (EUA). A próxima geração de tokamaks deve resolver problemas técnicos, associado a reatores industriais UTS. É óbvio que os seus criadores enfrentarão dificuldades consideráveis, mas é também certo que, à medida que as pessoas se conscientizem dos problemas relacionados com o ambiente, as fontes de matérias-primas e a energia, a produção de electricidade utilizando os novos métodos acima discutidos ocupará o seu devido lugar. . Veja também

O acidente na fábrica japonesa de Fukushima demonstrou pela segunda vez o perigo para o mundo inteiro energia nuclear. Manifestações contra o uso de usinas nucleares ocorreram em países europeus. E, no entanto, não há razão para acreditar que as centrais nucleares deixarão de ser construídas. Os habitantes da Terra consomem cada vez mais energia. Para algumas regiões onde as reservas de carvão natural, petróleo e gás são mínimas, a energia nuclear é necessária. Infelizmente, fontes alternativas de energia, como energia solar, energia eólica, energia das ondas, etc. não são capazes de substituir fundamentalmente a enorme quantidade de energia consumida pela humanidade (16 TW). A sua participação na produção global de energia ainda é de apenas 0,5%.

Enquanto isso, mundo moderno enfrenta uma crise energética muito grave. O problema decorre do facto de, de acordo com todas as previsões sérias, as reservas de combustíveis fósseis poderão esgotar-se na segunda metade deste século. Além disso, a combustão de combustíveis fósseis pode levar à necessidade de de alguma forma vincular e “salvar” as emissões libertadas na atmosfera. dióxido de carbono(programa CCS) para prevenir mudanças graves no clima do planeta.

Agora um novo é desesperadamente necessário fonte poderosa energia.É hora de um avanço. Caso contrário, a humanidade poderá destruir-se na luta pelas restantes reservas subterrâneas de petróleo e gás.

Os cientistas consideram a fusão termonuclear controlada a alternativa mais séria às fontes de energia modernas.

A fusão nuclear, que é a base da existência do Sol e das estrelas, representa potencialmente uma fonte inesgotável de energia para o desenvolvimento do universo em geral.

Experiências realizadas no Reino Unido no âmbito do programa Joint European Torus (JET), que é um dos principais programas de pesquisa no mundo, mostram que a fusão nuclear pode fornecer não apenas as atuais necessidades energéticas da humanidade, mas também uma quantidade muito maior de energia.

Exemplo de reação termonuclear - deutério + trítio

Dois núcleos: deutério e trítio se fundem para formar um núcleo de hélio (partícula alfa) e um nêutron de alta energia.

É esta reação que deverá ser utilizada em futuros reatores termonucleares. Mas é muito difícil realizar esta reação e torná-la controlável. Para iniciar (acender) a reação de fusão, é necessário aquecer o gás de uma mistura de deutério e trítio a uma temperatura acima de 100 milhões de graus Celsius, que é cerca de dez vezes superior à temperatura no centro do Sol. Nessa temperatura, os deutérios e tritões mais “energéticos” (núcleos de deutério e trítio) se unem em colisões em distâncias tão próximas que poderosas forças nucleares começam a agir entre eles, forçando-os a se fundirem em um único todo.

Realizar o processo de fusão nuclear em laboratório envolve muito problemas complexos. Para resolver o problema de aquecimento e retenção mistura de gases Foram inventados os núcleos D e T, “garrafas magnéticas”, chamadas “Tokamak”, que impedem a interação do plasma com as paredes do reator. O início da era moderna no estudo das possibilidades de fusão termonuclear deve ser considerado 1969, quando uma temperatura de 3 10 6 °C foi atingida em um plasma com volume de cerca de 1 m 3 na instalação russa Tokamak T3. Depois disso, cientistas de todo o mundo reconheceram o projeto do tokamak como o mais promissor para o confinamento de plasma magnético. Em poucos anos foi aceito decisão ousada na criação de uma instalação JET (Joint European Torus) com um volume de plasma significativamente maior (~100 m 3). Esta instalação começou a operar em 1983 e continua sendo o maior tokamak do mundo, fornecendo aquecimento de plasma a uma temperatura de 150 10 6 °C.

A construção do reactor termonuclear experimental internacional ITER está actualmente a começar em França. A abreviatura significa International Tokamak Experimental Reactor, mas atualmente o nome ITER não é considerado oficialmente uma abreviatura, mas está associado à palavra latina iter - caminho.

A imagem mostra o projeto de construção do reator ITER em Cadarache, França.

Os desafios da criação de reactores termonucleares e as vantagens da energia nuclear foram delineados de forma detalhada e de fácil compreensão na palestra “Rumo à Energia Termonuclear”, proferida pelo Presidente do Conselho do ITER, Christopher Llewellyn-Smith , no Instituto de Física Lebedev. (http:///elementy.ru/lib/430807)

O ITER deverá ser o primeiro programa em grande escala usina elétrica, projetado para operação de longo prazo. Os problemas e dificuldades de operação de tal instalação estão associados, em primeiro lugar, ao fato de que um poderoso fluxo de nêutrons de alta energia e a energia liberada (na forma de radiação eletromagnética e partículas de plasma) afetam seriamente o reator e destroem o materiais com os quais é feito. O segundo problema principal é garantir alta resistência materiais de construção reator sob bombardeio de longo prazo (vários anos) com nêutrons e sob a influência de um fluxo de calor. O terceiro e talvez o mais importante problema é garantir uma operação altamente confiável. Assim, o projeto e a construção de estações termonucleares exigem que físicos e engenheiros resolvam uma série de problemas tecnológicos diversos e muito complexos.

No entanto, apesar de todas as dificuldades, vale a pena abordar o problema da forma mais séria. A principal vantagem da fusão nuclear é que ela requer apenas quantidades muito pequenas de substâncias muito comuns na natureza como combustível. A reacção de fusão nuclear nas instalações descritas pode levar à libertação de enormes quantidades de energia, dez milhões de vezes superiores ao calor padrão libertado durante as reacções químicas convencionais (como a combustão de combustíveis fósseis). Por exemplo, a quantidade de carvão necessária para alimentar uma central térmica de 1 GW é de 10.000 toneladas por dia (dez vagões), mas uma central de fusão com a mesma potência consumirá apenas cerca de 1 quilograma de mistura D+T por dia.

O deutério é um isótopo estável do hidrogênio. Em cerca de uma em cada 3.350 moléculas de água comum, um dos átomos de hidrogénio é substituído por deutério (um legado do Big Bang). Este fato facilita a organização da produção bastante barata da quantidade necessária de deutério a partir da água. Mais difícil é obter o trítio, que é instável (a meia-vida é de cerca de 12 anos, pelo que seu conteúdo na natureza é desprezível), porém, o trítio aparecerá diretamente no interior da instalação termonuclear durante a operação, devido à reação de nêutrons com lítio.

Assim, o combustível inicial para um reator de fusão é o lítio e a água. O lítio é um metal comum amplamente utilizado em electrodomésticos(em baterias para telemóveis, etc.). A instalação descrita acima, mesmo tendo em conta a eficiência não ideal, será capaz de produzir 200.000 kW/h energia elétrica, o que equivale à energia contida em 70 toneladas de carvão. A quantidade de lítio necessária para isso está contida em uma bateria e a quantidade de deutério está contida em 45 litros de água. O valor acima corresponde ao consumo atual de eletricidade (calculado por pessoa) nos países da UE ao longo de 30 anos. O próprio facto de uma quantidade tão insignificante de lítio poder garantir a geração de tal quantidade de electricidade (sem emissões de CO 2 e sem a menor poluição atmosférica) é um argumento bastante sério para o desenvolvimento mais rápido e vigoroso da energia termonuclear (apesar de todos as dificuldades e problemas) e mesmo sem cem por cento de certeza no sucesso de tais pesquisas.

O deutério deve durar milhões de anos, e as reservas de lítio facilmente extraídas são suficientes para suprir as necessidades por centenas de anos. Mesmo que as reservas de lítio sejam pedras acabar, podemos extraí-lo da água, onde é encontrado em concentração suficientemente alta (100 vezes a concentração do urânio) para tornar sua extração economicamente viável.

A energia de fusão não só promete à humanidade, em princípio, a possibilidade de produzir enormes quantidades de energia no futuro (sem emissões de CO 2 e sem poluição atmosférica), mas também aumentou a segurança. O plasma utilizado nas instalações termonucleares tem uma densidade muito baixa (cerca de um milhão de vezes inferior à densidade da atmosfera), pelo que o ambiente de funcionamento das instalações nunca conterá energia suficiente para causar incidentes ou acidentes graves. Além disso, o carregamento com “combustível” deve ser feito de forma contínua, o que facilita a interrupção do seu funcionamento, sem falar no fato de que em caso de acidente e mudança brusca nas condições ambientais, a “chama” termonuclear deve simplesmente sair.

Quais são os perigos associados à energia nuclear? Em primeiro lugar, é importante notar que o invólucro do reator pode tornar-se radioativo sob irradiação prolongada de nêutrons. Porém, ao selecionar materiais com propriedades especificadas para o invólucro, é possível garantir a decomposição de produtos radioativos com meia-vida de cerca de 10 anos, e uma substituição completa de todos os componentes poderá ser realizada em 100 anos. No caso de falha total do circuito de refrigeração, a radioatividade das paredes continuará a gerar calor, mas Temperatura máxima será significativamente inferior ao valor no qual a instalação irá derreter.

Em segundo lugar, o trítio é radioativo e tem meia-vida relativamente curta (12 anos). Mas embora o volume de plasma utilizado seja significativo, devido à sua baixa densidade contém apenas uma quantidade muito pequena de trítio (um peso total de cerca de dez selos postais). Portanto, mesmo com os mais situações difíceis e acidentes (destruição total da carcaça e liberação de todo o trítio nela contido, por exemplo, durante um terremoto e queda de avião na estação), apenas uma pequena quantidade de combustível entrará no meio ambiente, o que não exigirá o evacuação da população de áreas povoadas próximas.

O principal obstáculo ao desenvolvimento da investigação no domínio da fusão nuclear é que uma instalação termonuclear do tipo em discussão não pode ser criada e estudada em pequenas dimensões, uma vez que a fusão termonuclear requer não só o confinamento magnético do plasma, mas também aquecimento suficiente. A relação entre energia gasta e recebida aumenta pelo menos proporcionalmente ao quadrado das dimensões lineares da instalação, pelo que as capacidades e vantagens científicas e técnicas das instalações termonucleares só podem ser testadas e demonstradas durante um tempo suficientemente longo. grandes estações, como o mencionado reator ITER. A sociedade simplesmente não estava preparada para financiar projectos tão grandes até que houvesse confiança suficiente no sucesso.

Nas últimas duas décadas, progressos significativos foram feitos na compreensão teórica do comportamento do plasma. Nesta área, é necessário assinalar dois resultados que assumem particular importância nos problemas em análise:

1. Foi descoberta a capacidade do plasma quente (anteriormente previsto no laboratório de Culham, Reino Unido) de autogerar sua própria corrente, o que foi chamado de “laço” do plasma. Por exemplo, pode-se esperar que aproximadamente 80% da corrente de 15 MA necessária para conter o plasma no reactor ITER surja deste efeito, resultando em muito menos energia necessária para manter o modo de funcionamento do reactor e o controlo do seu próprio funcionamento. se tornará muito mais eficiente.

2. No Instituto de Física de Plasmas de Garching (Garching, Alemanha), em experimentos de fusão termonuclear, foi observado um modo de “alto confinamento”, que possibilitou aumentar significativamente a pressão no sistema (ou seja, aumentar a eficiência de a instalação) em determinados valores do campo magnético na instalação.

O reactor ITER está a ser criado por um consórcio que inclui a Comunidade Europeia, o Japão, a Rússia, os EUA, a China, a Coreia do Sul e a Índia. A população total destes países é cerca de metade da população total da Terra, pelo que o projecto pode ser considerado uma resposta global a um desafio global. Os principais componentes e componentes do reator ITER já foram criados e testados, e a construção já começou em Cadarache (França). O lançamento do reator está previsto para 2019, e a produção de plasma de deutério-hidrogênio está prevista para 2026, uma vez que o comissionamento do reator exige testes longos e sérios de plasma a partir de hidrogênio e deutério.

Como disse Christopher Llewellyn-Smith, Presidente do Conselho do ITER: “Não há garantia absoluta de que a tarefa de criar energia termonuclear (como uma fonte de energia eficaz e em grande escala para toda a humanidade) será concluída com sucesso, mas pessoalmente acredito que a probabilidade de sucesso nesta direção é bastante elevada. Considerando o enorme potencial das estações termonucleares, todos os custos de projectos para o seu rápido (e mesmo acelerado) desenvolvimento podem ser considerados justificados, especialmente porque estes investimentos parecem muito modestos tendo como pano de fundo o monstruoso volume de energia global mercado de energia(US$ 4 trilhões por ano). Satisfazer as necessidades energéticas da humanidade é um problema muito sério. À medida que os combustíveis fósseis se tornam menos disponíveis (e a sua utilização se torna indesejável), a situação está a mudar e simplesmente não podemos permitir-nos não desenvolver a energia de fusão.”

À pergunta “Quando aparecerá? energia termonuclear? Lev Artsimovich (um reconhecido pioneiro e líder de pesquisa neste campo) respondeu certa vez que “será criado quando se tornar verdadeiramente necessário para a humanidade”. Talvez essa hora tenha chegado.

​Cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton propuseram a ideia do dispositivo de fusão nuclear mais duradouro que pode operar por mais de 60 anos. EM este momento Esta é uma tarefa difícil: os cientistas estão lutando para fazer um reator termonuclear funcionar por alguns minutos – e depois anos. Apesar da complexidade, a construção de um reator termonuclear é uma das tarefas mais promissoras da ciência, podendo trazer enormes benefícios. Dizemos o que você precisa saber sobre a fusão termonuclear.

1. O que é fusão termonuclear?

Não se deixe intimidar por esta frase complicada, na verdade é bastante simples. A fusão é um tipo de reação nuclear.

Durante uma reação nuclear, o núcleo de um átomo interage com uma partícula elementar ou com o núcleo de outro átomo, devido ao qual a composição e a estrutura do núcleo mudam. Um núcleo atômico pesado pode decair em dois ou três mais leves - esta é uma reação de fissão. Há também uma reação de fusão: ocorre quando dois núcleos atômicos leves se fundem em um núcleo pesado.

Ao contrário da fissão nuclear, que pode ocorrer de forma espontânea ou forçada, a fusão nuclear é impossível sem o fornecimento de energia externa. Como você sabe, os opostos se atraem, mas os núcleos atômicos têm carga positiva - então eles se repelem. Esta situação é chamada de barreira de Coulomb. Para superar a repulsão, essas partículas devem ser aceleradas a velocidades loucas. Isso pode ser feito em temperaturas muito altas – da ordem de vários milhões de Kelvin. São essas reações que são chamadas termonucleares.

2. Por que precisamos da fusão termonuclear?

Durante as reações nucleares e termonucleares, uma enorme quantidade de energia é liberada, que pode ser usada para diversos fins - você pode criar armas poderosas ou pode converter energia nuclear em eletricidade e fornecê-la para o mundo inteiro. A energia de decaimento nuclear tem sido usada há muito tempo em Central nuclear. Mas a energia termonuclear parece mais promissora. Numa reação termonuclear, muito mais energia é liberada para cada núcleon (os chamados núcleos constituintes, prótons e nêutrons) do que em uma reação nuclear. Por exemplo, quando a fissão de um núcleo de urânio em um núcleon produz 0,9 MeV (megaelétron-volt), e quandoDurante a fusão dos núcleos de hélio, uma energia igual a 6 MeV é liberada dos núcleos de hidrogênio. Portanto, os cientistas estão aprendendo a realizar reações termonucleares.

A investigação sobre fusão termonuclear e a construção de reactores permitem expandir a produção de alta tecnologia, o que é útil noutras áreas da ciência e da alta tecnologia.

3. O que são reações termonucleares?

As reações termonucleares são divididas em autossustentáveis, não controladas (usadas em bombas de hidrogênio) e controladas (adequadas para fins pacíficos).

As reações autossustentáveis ​​ocorrem no interior das estrelas. No entanto, não existem condições na Terra para que tais reações ocorram.

Há muito tempo que as pessoas conduzem fusões termonucleares descontroladas ou explosivas. Em 1952, durante a Operação Ivy Mike, os americanos detonaram o primeiro dispositivo explosivo termonuclear do mundo, que não tinha valor prático como arma. E em outubro de 1961, a primeira bomba termonuclear (hidrogênio) do mundo ("Tsar Bomba", "Mãe de Kuzka"), desenvolvida por cientistas soviéticos sob a liderança de Igor Kurchatov, foi testada. Foi o artefato explosivo mais poderoso de toda a história da humanidade: a energia total da explosão, segundo diversas fontes, variou de 57 a 58,6 megatons de TNT. Para detonar uma bomba de hidrogênio, você deve primeiro, no curso normal do explosão nuclear obtenha uma temperatura alta - só então os núcleos atômicos começarão a reagir.

O poder de uma explosão durante uma reação nuclear descontrolada é muito alto e, além disso, a proporção de contaminação radioativa é alta. Portanto, para utilizar a energia termonuclear para fins pacíficos, é necessário aprender a administrá-la.

4. O que é necessário para uma reação termonuclear controlada?

Segure o plasma!

Não está claro? Vamos explicar agora.

Primeiro, núcleos atômicos. Na energia nuclear, são utilizados isótopos - átomos que diferem entre si no número de nêutrons e, consequentemente, na massa atômica. O isótopo de hidrogênio deutério (D) é obtido da água. Hidrogênio superpesado ou trítio (T) é um isótopo radioativo de hidrogênio que é um subproduto de reações de decaimento realizadas em reatores nucleares convencionais. Também nas reações termonucleares é utilizado um isótopo leve de hidrogênio - prótio: este é o único elemento estável que não possui nêutrons no núcleo. O hélio-3 é encontrado na Terra em quantidades insignificantes, mas há muito dele em solo lunar(regolito): na década de 80, a NASA desenvolvia um plano para instalações hipotéticas para processar regolito e liberar um valioso isótopo. Mas outro isótopo é comum em nosso planeta - o boro-11. 80% do boro na Terra é um isótopo necessário para os cientistas nucleares.

Em segundo lugar, a temperatura é muito elevada. A substância que participa da reação termonuclear deve ser um plasma quase totalmente ionizado - é um gás no qual elétrons livres e íons de diferentes cargas flutuam separadamente. Para transformar uma substância em plasma, é necessária uma temperatura de 10 7 –10 8 K - isso equivale a centenas de milhões de graus Celsius! Essas temperaturas ultra-altas podem ser alcançadas através da criação de descargas elétricas de alta potência no plasma.

Porém, basta aquecer o necessário elementos químicosé proibido. Qualquer reator irá evaporar instantaneamente nessas temperaturas. Isto requer uma abordagem completamente diferente. Hoje é possível conter plasma em uma área limitada usando ímãs elétricos ultrapoderosos. Mas ainda não foi possível aproveitar plenamente a energia obtida com uma reação termonuclear: mesmo sob a influência de um campo magnético, o plasma se espalha no espaço.

5. Quais reações são mais promissoras?

As principais reações nucleares previstas para fusão controlada utilizarão deutério (2H) e trítio (3H) e, a longo prazo, hélio-3 (3He) e boro-11 (11B).

Veja como são as reações mais interessantes.

1) 2 D+ 3 T -> 4 He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV) - reação deutério-trítio.

2) 2 D+ 2 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% - este é o chamado monopropelente de deutério.

As reações 1 e 2 estão repletas de contaminação radioativa por nêutrons. Portanto, as reações “livres de nêutrons” são as mais promissoras.

3) 2 D+ 3 He -> 4 He (3,6 MeV) + p (14,7 MeV) - o deutério reage com o hélio-3. O problema é que o hélio-3 é extremamente raro. No entanto, o rendimento livre de nêutrons torna esta reação promissora.

4) p+ 11 B -> 3 4 He + 8,7 MeV - o boro-11 reage com o prótio, resultando em partículas alfa que podem ser absorvidas pela folha de alumínio.

6. Onde realizar tal reação?

Um reator termonuclear natural é uma estrela. Nele, o plasma é mantido sob a influência da gravidade e a radiação é absorvida - assim, o núcleo não esfria.

Na Terra, as reações termonucleares só podem ser realizadas em instalações especiais.

Sistemas de pulso. Nesses sistemas, o deutério e o trítio são irradiados com feixes de laser ultrapotentes ou feixes de elétrons/íons. Tal irradiação causa uma sequência de microexplosões termonucleares. No entanto, tais sistemas não são lucrativos para uso em escala industrial: muito mais energia é gasta na aceleração de átomos do que a obtida como resultado da fusão, uma vez que nem todos os átomos acelerados reagem. Portanto, muitos países estão construindo sistemas quase estacionários.

Sistemas quase estacionários. Nesses reatores, o plasma é contido por um campo magnético de baixa pressão e alta temperatura. Existem três tipos de reatores baseados em diferentes configurações de campo magnético. Estes são tokamaks, stellarators (torsatrons) e armadilhas de espelho.

Tokamak significa "câmara toroidal com bobinas magnéticas". Esta é uma câmara em forma de “rosquinha” (toro) na qual as bobinas são enroladas. Característica principal Tokamak é o uso de uma corrente elétrica alternada que flui através do plasma, aquece-o e, criando um campo magnético ao seu redor, o mantém.

EM estelar (torsatron) o campo magnético é completamente contido por bobinas magnéticas e, ao contrário de um tokamak, pode ser operado continuamente.

Em z armadilhas de espelho (abertas) O princípio da reflexão é usado. A câmara é fechada em ambos os lados por “tampões” magnéticos que refletem o plasma, mantendo-o no reator.

Por muito tempo, armadilhas espelhadas e tokamaks lutaram pela primazia. Inicialmente, o conceito da armadilha parecia mais simples e, portanto, mais barato. No início dos anos 60, as armadilhas abertas eram abundantemente financiadas, mas a instabilidade do plasma e as tentativas malsucedidas de contê-lo com um campo magnético forçaram essas instalações a se tornarem mais complicadas - estruturas aparentemente simples se transformaram em máquinas infernais, e era impossível conseguir um resultado estável. Por isso, na década de 80, os tokamaks ganharam destaque. Em 1984, foi lançado o tokamak europeu JET, que custou apenas 180 milhões de dólares e cujos parâmetros permitiam uma reação termonuclear. Na URSS e na França, foram projetados tokamaks supercondutores, que quase não gastavam energia na operação do sistema magnético.

7. Quem está aprendendo agora a realizar reações termonucleares?

Muitos países estão a construir os seus próprios reactores termonucleares. O Cazaquistão, a China, os EUA e o Japão possuem os seus próprios reatores experimentais. O Instituto Kurchatov está trabalhando no reator IGNITOR. A Alemanha lançou o reator estelar de fusão Wendelstein 7-X.

O mais famoso é o projeto internacional tokamak ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) no centro de pesquisa Cadarache (França). A sua construção deveria estar concluída em 2016, mas o montante do apoio financeiro necessário aumentou e o momento das experiências passou para 2025. A União Europeia, os EUA, a China, a Índia, o Japão, a Coreia do Sul e a Rússia participam nas atividades do ITER. A UE desempenha a maior parte do financiamento (45%), enquanto os restantes participantes fornecem equipamento de alta tecnologia. Em particular, a Rússia produz materiais e cabos supercondutores, tubos de rádio para aquecimento de plasma (girotrons) e fusíveis para bobinas supercondutoras, bem como componentes para a parte mais complexa do reator - a primeira parede, que deve suportar forças eletromagnéticas, radiação de nêutrons e radiação plasmática.

8. Por que ainda não usamos reatores de fusão?

As modernas instalações tokamak não são reatores termonucleares, mas sim instalações de pesquisa nas quais a existência e a preservação do plasma só são possíveis por um tempo. O fato é que os cientistas ainda não aprenderam há muito tempo como reter o plasma em um reator.

No momento, uma das maiores conquistas no campo da fusão nuclear é o sucesso dos cientistas alemães que conseguiram aquecer o gás hidrogênio a 80 milhões de graus Celsius e manter uma nuvem de plasma de hidrogênio por um quarto de segundo. E na China, o plasma de hidrogênio foi aquecido a 49,999 milhões de graus e mantido por 102 segundos. Cientistas russos do Instituto G.I. Budker de Física Nuclear, em Novosibirsk, conseguiram atingir um aquecimento estável do plasma a dez milhões de graus Celsius. No entanto, os americanos propuseram recentemente uma forma de reter o plasma durante 60 anos – e isto é encorajador.

Além disso, há debate sobre a rentabilidade da fusão nuclear na indústria. Não se sabe se os benefícios da geração de eletricidade cobrirão os custos da fusão nuclear. Propõe-se experimentar reações (por exemplo, abandonar a tradicional reação deutério-trítio ou monopropelente em favor de outras reações), materiais de construção - ou mesmo abandonar a ideia de fusão termonuclear industrial, utilizando-a apenas para reações individuais em fissão reações. No entanto, os cientistas ainda continuam os experimentos.

9. Os reatores de fusão são seguros?

Relativamente. O trítio, usado em reações de fusão, é radioativo. Além disso, os neurônios liberados como resultado da síntese irradiam a estrutura do reator. Os próprios elementos do reator ficam cobertos com poeira radioativa devido à exposição ao plasma.

No entanto, um reator de fusão é muito mais seguro que um reator nuclear em termos de radiação. Existem relativamente poucas substâncias radioativas no reator. Além disso, o próprio projeto do reator pressupõe que não existem “buracos” através dos quais a radiação possa vazar. A câmara de vácuo do reator deve ser vedada, caso contrário o reator simplesmente não poderá funcionar. Durante a construção dos reatores termonucleares, são utilizados materiais testados pela energia nuclear e é mantida pressão reduzida nas instalações.

Quando surgirão as usinas termonucleares?

Os cientistas costumam dizer algo como “em 20 anos resolveremos todas as questões fundamentais”. Os engenheiros da indústria nuclear falam da segunda metade do século XXI. Os políticos falam em um mar de energia limpa por centavos, sem se preocupar com datas.

Como os cientistas procuram matéria escura nas profundezas da Terra

Há centenas de milhões de anos, os minerais abaixo da superfície da Terra podem ter retido vestígios de uma substância misteriosa. Resta apenas chegar até eles. Mais de duas dezenas de laboratórios subterrâneos espalhados pelo mundo estão ocupados em busca de matéria escura.

O que impede o desenvolvimento do mercado interno de tecnologias de radiação?

​Cientistas dos institutos do SB RAS, que visitaram os países do Sudeste Asiático, falaram sobre como simples vendedores de peixe nos mercados locais, usando a simples “tecnologia” chinesa, prolongaram a vida útil dos seus produtos.

Superfábrica S-tau

​No programa OTR “Big Science. Great in Small”, o diretor do Instituto de Física Nuclear em homenagem a G.I. Budker SB RAS, o acadêmico Pavel Logachev falou sobre o papel no desenvolvimento da pesquisa científica toca "Factory S-tau" e o que explica seu nome.

(CF) é o processo de fusão de núcleos atômicos leves, que ocorre com a liberação de energia em altas temperaturas sob condições controladas. O TCB ainda não foi implementado. Para realizar reações de fusão, os núcleos reagentes devem ser aproximados a uma distância de cerca de 10 -11 cm, após o que o processo de sua fusão ocorre com uma probabilidade notável devido a efeito túnel. Para superar o potencial A barreira à colisão de núcleos leves deve ser fornecida a ~10 keV, o que corresponde a uma temperatura de ~ 10 8 K. Com um aumento na carga dos núcleos (número ordinal Z), sua repulsão de Coulomb aumenta e a quantidade de energia necessária pois a reação aumenta. Ef. seções transversais de reações (p, p) causadas por interações fracas, muito pequeno. As reações entre isótopos pesados ​​de hidrogênio (deutério e trítio) são causadas por interação forte e são 22-23 ordens de magnitude superiores (ver. Reações termonucleares). As diferenças nos valores de liberação de energia nas reações de fusão não excedem uma ordem de grandeza. Quando os núcleos de deutério e trítio se fundem, é 17,6 MeV. O grande número dessas reações e a liberação de energia relativamente alta tornam a mistura de deutério e trítio de componentes iguais a mais promissora para resolver o problema de CTS. O trítio é radioativo ( meia-vida 12,5 anos), não encontrado na natureza. Portanto, para garantir o trabalho reator termonuclear, utilizado como combustível nuclear, deve ser prevista a possibilidade da sua reprodução. Para este fim zona de trabalho o reator pode ser cercado por uma camada de isótopo leve de lítio, na qual ocorrerá a reação

Ef. A seção transversal para reações termonucleares aumenta rapidamente com a temperatura, mas mesmo no nível ideal. condições permanece incomparavelmente menos eficaz. seções transversais de colisões atômicas. Por esta razão, as reações de fusão devem ocorrer em um plasma totalmente ionizado, aquecido a alta temperatura, onde não há ionização ou excitação de átomos e as colisões deutério-deuterão ou deutério-tríton, mais cedo ou mais tarde, resultam em fusão nuclear.

A operação bem-sucedida e o desenvolvimento adicional de qualquer um dos sistemas listados só são possíveis se a estrutura inicial for macroscopicamente estável, mantendo uma determinada forma durante todo o tempo necessário para que a reação ocorra. Além disso, essas substâncias microscópicas devem ser suprimidas no plasma. instabilidade, com o surgimento e desenvolvimento de quais partículas as energias deixam de estar em equilíbrio e os fluxos de partículas e calor através das linhas de força aumentam acentuadamente em comparação com seus valores teóricos. significado. É no sentido de estabilizar as instabilidades do plasma tipos diferentes desenvolvido Pesquisa Magnética sistemas desde 1952, e este trabalho ainda não pode ser considerado completamente concluído.

Sistemas de controle de ultra-alta velocidade com confinamento inercial. Dificuldades magnéticas O confinamento do plasma pode, em princípio, ser contornado se o combustível termonuclear for “queimado” em tempos extremamente curtos, quando o combustível aquecido não tem tempo de voar para longe da zona de reação. De acordo com o critério de Lawson, a implementação do CTS com este método de combustão só pode ser alcançada com uma densidade muito elevada da substância de trabalho. Para evitar a situação de explosão termonuclear de alta potência, é necessário utilizar porções muito pequenas de combustível: o combustível termonuclear inicial deve ter a forma de pequenos grãos (vários mm de diâmetro), preparados a partir de uma mistura de deutério sólido e trítio , injetado no reator antes de cada ciclo operacional. CH. O problema é fornecer rapidamente a energia necessária para aquecer um grão de combustível. A solução para este problema está no uso da radiação laser (ver. Fusão a laser)ou feixes concentrados intensos de cargas rápidas. partículas. A pesquisa na área de fusão controlada utilizando aquecimento a laser começou em 1964; O uso de feixes de íons pesados ​​e leves está em um estágio ainda mais inicial de estudo (ver Fusão termonuclear iônica).

Energia C, que deve ser fornecido a um grão de combustível para garantir o funcionamento da instalação em modo reator, como segue de um cálculo simples, é inversamente proporcional ao quadrado da densidade do combustível deutério-trítio. As estimativas mostram que valores válidos C são obtidos apenas no caso de um aumento acentuado, 10 2 -10 3 vezes, na densidade do combustível termonuclear em comparação com a densidade inicial do alvo sólido (d, t). Então altos graus A compressão necessária para obter densidades tão elevadas acaba por ser alcançada através da evaporação das camadas superficiais de um alvo irradiado simetricamente e da compressão reativa do seu interior. zonas Para isso, a potência fornecida deve ser programada de uma determinada forma no tempo. Dr. as possibilidades incluem a programação da distribuição de densidade radial da matéria e o uso de alvos complexos de múltiplas conchas. A energia necessária é estimada em ~10 6 -10 7 J, que está dentro da faixa moderna. possibilidades da tecnologia laser. A análise de sistemas com feixes de íons leva a números da mesma escala.

Dificuldades e perspectivas. A investigação no domínio da CTS enfrenta grandes dificuldades, tanto puramente físicas como técnicas. personagem. O primeiro inclui o já mencionado problema da estabilidade de um plasma quente colocado num íman. armadilha. O uso de ímãs fortes campos especiais a configuração tornou possível suprimir muitos. tipos de macroscópico instabilidade, mas vai acabar. Ainda não há solução para o problema.

Em particular, para um sistema interessante e importante - o tokamak - o chamado o problema da “grande interrupção”, quando o cordão de corrente de plasma é primeiro puxado em direção ao eixo da câmara e depois interrompido por vários minutos. ms e ​​muita energia é descarregada nas paredes da câmara. Além do choque térmico, a câmera também sofre danos mecânicos. .

A formação de feixes de elétrons rápidos separados da base também representa uma séria dificuldade. conjunto de elétrons do plasma. Esses feixes levam a um forte aumento nos fluxos de calor e de partículas através do campo. Em sistemas ultrarrápidos, também é observada a formação de um grupo de elétrons rápidos na coroa de plasma que circunda o alvo. Esses elétrons conseguem aquecer prematuramente as zonas centrais do alvo, impedindo o alcance do grau de compressão necessário e a subsequente ocorrência programada de reações nucleares. Básico A dificuldade nesses sistemas é a implementação de compressão esfericamente simétrica estável de alvos.

Outra dificuldade está relacionada ao problema das impurezas. El.-magn. nos valores usados P E T o plasma e as possíveis dimensões do reator saem livremente do plasma, mas para um plasma puramente de hidrogênio, essa energia. perdas determinadas principalmente bremsstrahlung de elétrons, no caso de (d, 1) as reações são cobertas pela liberação de energia nuclear já em temperatura pax acima de 4-10 7 K. No entanto, mesmo uma pequena adição de átomos estranhos com Z grande, que na temperatura considerada. . pax estão em uma condição altamente ionizada, levam a um aumento de energia. perdas acima do nível permitido. São necessários esforços extraordinários (melhoria contínua das instalações de vácuo, utilização de substâncias refratárias e de difícil pulverização, como o tungstênio, como material de diafragma, utilização de dispositivos para capturar átomos de impurezas, etc.) para garantir que o teor de impurezas no plasma permanece abaixo do nível permitido (=<0,1%). Для инер-циальных систем-предотвращение перемешивания вещества сжимающей оболочки с термоядерным топливом на конечных стадиях сжатия.

Na Fig. 3 mostra os parâmetros alcançados na decomposição. instalações até 1994. Como se pode verificar, os parâmetros destes sistemas estão próximos dos valores limite. Além disso, no maior tokamak JET em operação (Europa Ocidental), em novembro de 1991, uma descarga de plasma (d, 1) com duração de aprox. 2 seg. Neste caso, a energia de fusão foi obtida sob condições controladas a um nível de potência de ~ 1 MW. Um ano depois, foram obtidos ~6 MW de energia na instalação do TFTR. De ecológico Por considerações, os experimentos foram realizados não com uma mistura igual de deutério e trítio, mas com um teor de trítio de 10-11%. No experimento TFTR, a relação entre energia de síntese e gasto. a energia foi de 0,15 (em termos de uma mistura de componentes iguais ~0,46). O sucesso destas experiências colocou-o claramente numa posição de liderança entre as instalações desenvolvidas no âmbito do programa UTS. Em relação ao exposto, fica claro que no projeto internacional ITER, que deverá ser implementado até 2003, e que deverá servir como experiência. modelo de uma futura usina com reator de fusão, foi proposta a utilização de um sistema tokamak.

Arroz. 3. Parâmetros alcançados em diversas instalações para estudar o problema da fusão termonuclear controlada até 1991. Instalação T-10-tokamak do Instituto de Energia Atômica I.V. Instalação PLT-tokamak do Laboratório de Princeton (EUA); Alkator – instalação tokamak do Massachusetts Institute of Technology (EUA); TFR – instalação de tokamak em Fontenay-aux-Roses (França); 2 HPV - armadilha aberta do Laboratório Livermore (EUA); "Shiva" (Laboratório Livermore, EUA); "Liven" (FIAN, Moscou); estelar "Wendelstein UP" (Garching, Alemanha).

Deve, no entanto, ficar claramente entendido que o caminho entre um reactor em funcionamento e uma central eléctrica em funcionamento ainda é muito longo. Radiação A ativação das paredes da câmara do reator ao operar com combustível contendo trítio é extremamente alta. Mesmo que seja possível realizar a operação estacionária do reator durante um período de tempo, resistência da parede da primeira câmara devido à radiação. é improvável que os danos excedam (de acordo com especialistas) 5-6 anos. Isto significa a necessidade de revisões periódicas desmontagem completa da instalação e posterior remontagem por meio de robôs de operação remota, já que o resíduo será medido em milhares de megacuries. O enterramento subterrâneo profundo de grandes partes da instalação também será inevitável.

Uma excelente oportunidade para reduzir drasticamente a radioatividade de um sistema em funcionamento e a atividade residual induzida pode ser alcançada quando se trabalha com combustível com a reação 3 Not. A geração de energia permanece no mesmo nível, a formação de nêutrons ocorrerá apenas devido ao lado (d). , d) reações. Infelizmente, o isótopo 3 necessário não teria de ser trazido da superfície da Lua, onde está disponível em concentrações significativas, enquanto na Terra o seu conteúdo é insignificante.

Se falamos de previsões de longo prazo, então o ideal provavelmente deveria ser procurado numa combinação de energia solar e CTS. Para informações sobre as possibilidades associadas às perspectivas extremamente interessantes, mas ainda mais distantes, de utilização do processo de catálise de múons para implementar CTS, ver Art. Catálise Muont.

Aceso.: Artsimovich L. A., Gerenciado, 2ª ed., M., 1963; Furth NP, pesquisa Tokamak, "Nucl. Fus.", 1975, v. 15, nº 3, pág. 487; Lukyanov. Yu., Plasma quente e fusão nuclear controlada, M., 1975; Problemas de fusão termonuclear a laser. Sentado. Art., M., 1976; Resultados de Ciência e Tecnologia, ser. Física do Plasma, vol. 1-3, M., 1980-82. COM. Yu.

Enciclopédia física. Em 5 volumes. - M.: Enciclopédia Soviética. Editor-chefe A. M. Prokhorov. 1988 .

Veja o que é "fusão TERMONUCLEAR CONTROLADA" em outros dicionários:

- (CFS), o processo de fusão de núcleos atômicos leves, que ocorre com a liberação de energia em altas temperaturas sob condições reguladas e controladas. O TCB ainda não foi implementado. Para realizar reações de fusão, os núcleos reagentes devem ser aproximados por... ... Enciclopédia física

- (CFS), a fusão de núcleos atômicos leves (por exemplo, deutério e trítio) com liberação de energia, ocorrendo em temperaturas muito altas (? 108 K) sob condições controladas (em um reator termonuclear). A possibilidade de implementação do TCB é calculada teoricamente em... ... Enciclopédia moderna

- (UTS) o problema científico da implementação da síntese de núcleos leves para fins de produção de energia. A solução do problema será alcançada em plasma à temperatura T 108K e atendimento ao critério de Lawson (n? 1014 cm 3.s, onde n é a densidade do plasma de alta temperatura; ?... ... Grande Dicionário Enciclopédico

fusão termonuclear controlada- - [A.S.Goldberg. Dicionário de energia Inglês-Russo. 2006] Tópicos de energia em geral EN fusão termonuclear controlada fusão nuclear controladaCTF ... Guia do Tradutor Técnico

Fusão termonuclear controlada- (CFS), a fusão de núcleos atômicos leves (por exemplo, deutério e trítio) com liberação de energia, ocorrendo a temperaturas muito elevadas (³108K) sob condições controladas (em um reator termonuclear). A possibilidade de implementação do TCB é calculada teoricamente em... ... Dicionário Enciclopédico Ilustrado

O sol é um reator termonuclear natural A fusão termonuclear controlada (CTF) é a síntese de núcleos atômicos mais pesados ​​​​a partir de núcleos mais leves para obter energia, que, ao contrário da fusão termonuclear explosiva (e ... Wikipedia).

O processo de fusão de núcleos atômicos leves, que ocorre com a liberação de energia em altas temperaturas sob condições controladas e controladas. As taxas de reações termonucleares são baixas devido à repulsão de Coulomb (ver lei de Coulomb)… … Grande Enciclopédia Soviética

Fusão termonuclear controlada- fusão controlada de núcleos leves (núcleos de deutério, trítio) em núcleos de hélio para fins de produção de energia (a fusão descontrolada é realizada em uma bomba de hidrogênio). Ainda não há solução técnica... Os primórdios da ciência natural moderna, Rozhansky V.A.. O livro contém uma apresentação de questões de cinética, dinâmica e equilíbrio do plasma, bem como processos de transferência nele. Este curso difere da maioria das palestras sobre física de plasma porque…