Термоядерный реактор!

s Промыщленный термоядерный реактор - дело далекого будущего. Пока остаются нерешенными некоторые технические проблемы. Например, термоядерное топливо - изотопы водорода, дейтерий и тритий - необходимо разогревать до температуры 100 миллионов градусов. Наградой, же за преодоление трудностей станет практически неиссякаемый источник энергии. При переработке 1 кг дейтериявыделяется энкегия 24 миллиона кВт ч. Что соответствует энергии выделяемой при переработке 3 млн тонн угля. Однако технические проблемы остаются серьезные. Ведь ни один сосуд не способен выдержать температуру 100 млн. градусов. Предпринимаются попытки удержать топливо с помощью мощных магнитных полей. Ведутся разработки "холодных" термоядерных реакторов.

Невидимые миру слезы

Крылатое выражение "невидимые миру слезы" вполне можно отнести к многолетним попыткам использовать водородный синтез в большой энергетике. Широкая публика часто слышала о том, что в этой области проводятся интересные исследования, строятся экспериментальные установки, что наука весело и успешно приближается к намеченной цели. Но мало кто знает, с какими сложными, порой, казалось, неразрешимыми проблемами сталкивались физики и инженеры, как много появлялось на их пути совершенно неожиданных препятствий, как дорого приходилось платить чуть ли ни за каждое продвижение вперед. Достигнутый сегодня рубеж - технический проект термоядерного реактора - не только итог многолетних усилий многих тысяч профессионалов высочайшего уровня. Это на самом деле еще и напоминание о мужестве ученых и инженеров, умеющих держать удар и разумно рисковать, преодолевать, казалось бы, непреодолимое и, сделав ставку на математический прогноз, начинать работы стоимостью в миллионы долларов, взяв на себя ответственность за результат. Невозможно рассказать обо всех задачах, которые решались и еще только решаются на пути к энергетическому реактору ядерного синтеза. Но о некоторых из них полезно знать даже человеку, не имеющему возможности вникать в детали, - это поможет почувствовать масштабы проблемы. Получать энергию от ядерного синтеза научились почти полвека назад, но лишь в виде неуправляемой лавины - в водородной бомбе. А энергетике нужен не взрыв, а ровное "горение", непрерывное выделение энергии. Иначе говоря, энергетике нужен управляемый термоядерный синтез, сокращенно УТС. Настал, видимо, момент пояснить значение приставки "термо" в слове "термояд", которая появилась вместе с названием самого проекта ИТЭР. Чтобы получить ядро гелия из двух ядер водорода, нужно с огромной силой столкнуть эти ядра. Тогда они смогут преодолеть взаимное электрическое отталкивание (не забудьте: ядро водорода - это протон, частица с положительным электрическим зарядом) и сблизиться до чрезвычайно малого расстояния 10-13 см, когда уже начинают действовать ядерные силы. Процесс синтеза обычно осуществляют в газообразном водороде, нагретом до очень высокой температуры: чем выше температура, тем больше средняя энергия хаотически движущихся частиц газа. Правильнее, пожалуй, сказать иначе: температура - это мера интенсивности движения частиц, мера их скорости и, следовательно, их кинетической энергии. Чем выше температура, тем больше ядер имеют энергию, позволяющую преодолеть электрическое расталкивание и сблизиться для последующего слияния в ядро гелия. Для эффективного ядерного синтеза нужно нагреть водородный газ до температуры в сотни миллионов градусов. Для получения большой энергии при синтезе ядер гелия используют изотопы водорода - тяжелый водород дейтерий и сверхтяжелый - тритий. Однако для упрощения мы будем там, где это возможно, называть эти изотопы просто водородом. И еще одно терминологическое замечание - при высокой температуре атомы сбрасывают свои электронные оболочки и вместо водородного газа, состоящего из нейтральных атомов, образуется плазма - в целом квазинейтральная смесь свободных атомных ядер и свободных электронов. Итак, для ядерного синтеза водородный газ нужно очень сильно нагреть, попутно превратив его в водородную, а точнее дейтерий-тритиевую , плазму. С ростом температуры возрастает вероятность слияния водородных ядер, а значит, и эффективность процесса - выход высвободившейся энергии. Здесь, правда, есть немало тонкостей. Температуру, в частности, можно снизить, не потеряв эффективности, если увеличить давление водородного газа, но при этом возникает ряд новых проблем. В лабораторных установках для термоядерного синтеза плазма имеет температуру 50-100 миллионов градусов, а в ИТЕРе она будет поддерживаться на уровне 150-200 миллионов. В недрах Солнца ядерный синтез идет при температуре 20 миллионов градусов, но там водород очень сильно сжат гравитационными силами - огромной солнечной массой.