понедельник, 11 октября 2010
09.10.2010 в 07:31
Пишет
vadim_proskurin:
Об управляемом термоядерном синтезеУправляемый термоядерный синтез - одна из наиболее перспективных технологий в области энергетики. В отличие от реакции расщепления урана, реакция синтеза гелия почти не создает радиоактивных отходов, поэтому термоядерные реакторы должны быть почти безопасными в смысле радиационного загрязнения. Кроме того, топливо для термоядерных реакций должно быть гораздо дешевле, чем обогащенный уран.
До последнего времени исследования в области управляемого термоядерного синтеза велись в основном в направлении квазистационарных реакторов, в которых термоядерное горение должно поддерживаться непрерывно на протяжении долгого времени. При этом раскаленная до миллионов градусов плазма упаковывается в магнитную ловушку, которая у всех известных опытных образцов потребляет больше энергии, чем реактор вырабатывает. Впрочем, лучшие образцы реакторов уже почти вплотную приблизились к равенству потребляемой и вырабатываемой энергии. Вот один из них, британский
JET, он развивает тепловую мощность 16 мегаватт, потребляя при этом около 23 мегаватт электричества.
читать дальше
Многие физики-ядерщики убеждены, что принципиальные теоретические проблемы в области управляемого термоядерного синтеза уже решены. Есть модели реакторов, которые, по расчетам, уже могут вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах (хотя по сравнению с другими электростанциями эти реакторы будуь нерентабельны). Один из таких реакторов то ли уже начали строить, то ли вот-вот начнут, он называется ITER, он будет построен в 60 км от Марселя к 2019 году. ITER будет циклопическим сооружением 30 м в высоту, он должен вырабатывать полгигаватта энергии. Запуск самоподдерживающейся термоядерной реакции в ITER ожидается в 2026 году, до этого будут проводиться предварительные эксперименты. Вот таким должен стать ITER (на фото макет, реактор изображен в разрезе):
Другой подход к управляемому термоядерному синтезу - так называемый инерциальный подход. Его идея впервые сформулирована Фридвартом Винтербергом еще в 1964 году, но почти до конца прошлого века инерциальный термоядерный синтез казался фантастикой.
Идея инерциального синтеза очень проста. Очень маленькая порция дейтерий-тритиевой смеси очень быстро (наносекунды) нагревается до температуры около 100 миллионов градусов, это примерно на порядок превосходит температуру, при которой начинается термоядерный синтез. При таких условиях термояд успевает превратиться в гелий быстрее, чем тепловое расширение разбрасывает его в стороны. Та же самая идея реализуется в водородной бомбе, но стандартные военные технологии не позволяют устроить взрыв, при котором выделяется менее 4 тераджоулей энергии (килотонна тротилового эквивалента). Но если удастся сделать водородную бомбу миниатюрной, можно непрерывно взрывать такие микробомбы в специальной камере и отводить тепло от стен камеры - получается термоядерный реактор. Это и есть инерциальный термоядерный реактор.
В 1980-е годы прошли первые эксперименты по нагреву термояда лазерными лучами, оказалось, что требуемый лазер должен быть воистину циклопическим. В 1994 году начались работы по проектированию этого мегалазера, в 1997 году в Ливерморской лаборатории начали строить здание для этих экспериментов. В прошлом году его, наконец, построили, вот какое оно получилось:
По размерам оно немного превосходит футбольное поле. На нижней картинке здание изображено в разрезе. Цифрами 1 и 2 обозначены два комплекса лазеров (всего 192 штуки), цифрой 3 - экспериментальный термоядерный реактор. На верхней фотографии в следующей паре изображены лазеры:
На нижней фотографии изображен реактор изнутри. Обратите внимание на людей на обеих фотографиях, они позволяют оценить масштабы сооружений. Мегакарандаш в правой части нижней фотографии - держатель мишени с термоядом, сама мишень вот:
Она содержит 150 микрограммов термояда, это не дейтерид лития, а газообразный водород (точнее, смесь дейтерия и трития). Непосредственно перед экспериментов мишень охлаждают до 18 кельвинов, чтобы водород замерз (обычно он замерзает при 14 кельвинах, но шарик сделан из особого материала, к которому жидкий водород примерзает). Перед лазерным обстрелом шарик упаковывается вот в такой золотой цилиндрик:
Он нужен, чтобы обеспечить радиационную имплозию, в водородной бомбе ту же роль играет толстая оболочка из обедненного урана. Впрочем, в нескольких экспериментах предполагается облучать голую мишень, без золотого цилиндрика. А вот некоторые детали лазеров, используемых в установке:
На второй картинке изображен монокристалл дигидрогенфосфата калия весом 363 кг. Чтобы его вырастить, пришлось придумывать новую технологию. Все лазеры в сумме вырабатывают 4 мегаджоуля инфракрасного света, которые конвертируются специальными преобразователями в 1.8 мегаджоуля ультрафиолетового света (он лучше поглощается твердыми телами) и весь этот ад одновременно (погрешность составляет 30 пикосекунд) обрушивается на золотой цилиндрик:
Цилиндрик моментально испаряется, при этом выделяется жесткое рентгеновское излучение, которое устраивает термоядерной мишени радиационную имплозию и происходит взрыв, как в очень маленькой водородной бомбе. Выглядит это примерно так (обе фотографии кликабельны). До:
После:
6 октября прошло первое испытание этой адской машины. Основная цель испытания - оценка качества работы систем прицеливания и синхронизации, цель достигнута, качество оценено и признано отличным. Мощность лазерного импульса в этом испытании составляла всего лишь 1 мегаджоуль, этого мало, чтобы запустить термоядерную реакцию в мишени. Полномасштабное испытание "термоядерной спички" состоится в ближайшее время.
Даже если инерциальный термоядерный синтез заработает, его промышленная реализация - дело далекого будущего, на доводку технологий понадобится не менее нескольких десятилетий. Но масштабы экспериментов внушают.
UPD. Вот еще нашлось познавательное на ту же тему.
URL записи
@темы:
Физики проектируют
-
-
11.10.2010 в 08:07-
-
12.10.2010 в 00:40-
-
12.10.2010 в 02:44