Термоядерне встановлення. Історія винаходу та виробництва

Безкоштовна технічна бібліотека

ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас

Термоядерне встановлення. Історія винаходу та виробництва

Історія техніки, технології, предметів довкола нас

Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас

Коментарі до статті

Вчені вже багато років займаються проблемою використання термоядерних реакцій з метою енергетики. Створено унікальні термоядерні установки - найскладніші технічні пристрої, призначені для вивчення можливості отримання колосальної енергії, що виділяється поки що лише під час вибуху водневої бомби. Вчені хочуть навчитися контролювати хід термоядерної реакції - реакції з'єднання важких ядер водню (дейтерію і тритію) з утворенням ядер гелію при високих температурах, - щоб використовувати енергію, що виділяється при цьому, в мирних цілях, на благо людям.

Термоядерна установка

У літрі водопровідної води міститься зовсім небагато дейтерію. Але якщо цей дейтерій зібрати і використовувати як паливо в термоядерній установці, можна отримати енергії стільки, скільки від спалювання майже 300 кілограмів нафти. А для забезпечення енергією, яку зараз отримують при спалюванні звичайного палива, яке видобувається за рік, потрібно було б витягти дейтерій із води, що міститься в кубі зі стороною всього 160 метрів. Одна річка Волга щорічно несе до Каспійського моря близько 60000 XNUMX таких кубів води.

Для здійснення термоядерної реакції необхідне дотримання кількох умов. Так, температура у зоні, де відбувається з'єднання важких ядер водню, має становити приблизно 100 мільйонів градусів. За такої величезної температури йдеться вже не про газ, а про плазму. Плазма - це такий стан речовини, коли при високих температурах газу нейтральні атоми втрачають електрони, що їм належать, і перетворюються на позитивні іони. По-іншому, плазма - суміш позитивних іонів і електронів, що вільно рухаються. Друга умова полягає у необхідності підтримувати у зоні реакції щільність плазми не нижче 100 тисяч мільярдів частинок у кубічному сантиметрі. І, нарешті, головне і найважче, - треба утримати перебіг термоядерної реакції хоча б не менше однієї секунди.

Робоча камера термоядерної установки - тороїдальна, схожа на величезний пустотілий бублик. Вона заповнена сумішшю дейтерію та тритію. Усередині самої камери створюється плазмовий виток - провідник, яким пропускають електричний струм силою близько 20 мільйонів ампер.

Електричний струм виконує три важливі функції. По-перше, він створює плазму. По-друге, розігріває її до ста мільйонів градусів. І, нарешті, струм створює навколо себе магнітне поле, тобто оточує плазму магнітними силовими лініями. В принципі силові лінії навколо плазми мали б утримати її у підвішеному стані і не дати плазмі можливість зіткнутися зі стінками камери. Однак утримати плазму у підвішеному стані не так просто.

Електричні сили деформують плазмовий провідник, що не має міцності металевого провідника. Він згинається, ударяється об стінку камери та віддає їй свою теплову енергію. Для запобігання цьому поверху тороїдальної камери надягають ще котушки, що створюють в камері поздовжнє магнітне поле, що відтісняє плазмовий провідник від стінок. Тільки цього виявляється мало, оскільки плазмовий провідник зі струмом прагне розтягнутися, збільшити свій діаметр.

Утримати плазмовий провідник від розширення покликане магнітне поле, яке створюється автоматично, без сторонніх зовнішніх сил. Плазмовий провідник поміщають разом з тороїдальною камерою ще одну камеру більшого розміру, зроблену з немагнітного матеріалу, зазвичай міді. Як тільки плазмовий провідник робить спробу відхилитися від положення рівноваги, у мідній оболонці згідно із законом електромагнітної індукції виникає індукційний струм, зворотний у напрямку струму в плазмі. В результаті з'являється сила, що протидіє, що відштовхує плазму від стінок камери.

Утримувати плазму від зіткнення зі стінками камери магнітним полем запропонував 1949 року А.Д. Сахаров, а трохи згодом американець Дж. Спітцер.

У фізиці заведено давати назви кожному новому типу експериментальних установок. Споруда з такою системою обмоток називається токамаком - скорочення від "тороїдальна камера і магнітна котушка".

У 1970-і роки в СРСР було збудовано термоядерну установку, названу "Токамак-10". Її розробили Інститут атомної енергії ім. І.В. Курчатова. На цій установці отримали температуру плазмового провідника 10 мільйонів градусів, щільність плазми не нижче 100 тисяч мільярдів частинок у кубічному сантиметрі та час утримання плазми близько 0,5 секунди. Найбільша на сьогодні в нашій країні установка "Токамак-15" також побудована у московському науковому центрі "Курчатівський інститут".

Термоядерна установка
Токамак (тороїдальна камера з магнітними котушками)

Всі створені термоядерні установки поки що споживають енергію на розігрів плазми і створення магнітних полів. Термоядерна установка майбутнього має, навпаки, виділяти стільки енергії, щоб невелику її частину можна було використовувати для підтримки термоядерної реакції, тобто підігріву плазми, створення магнітних полів та живлення багатьох допоміжних пристроїв та приладів, а основну частину – віддавати для споживання в електричну мережу

У 1997 році у Великобританії на токамаку JET досягли збігу вкладеної та отриманої енергії. Хоча й цього, звісно, недостатньо для самопідтримання процесу: до 80 відсотків отриманої енергії губиться. Для того, щоб реактор працював, необхідно виробляти енергії в п'ять разів більше, ніж витрачається на нагрівання плазми та створення магнітних полів.

У 1986 році країни Європейського союзу разом із СРСР, США та Японією вирішили спільними зусиллями розробити та побудувати до 2010 року досить великий токамак, здатний виробляти енергію не лише для підтримки термоядерного синтезу в плазмі, але й для отримання корисної електричної потужності. Цей реактор назвали ITER, абревіатура від - "міжнародний термоядерний експериментальний реактор". До 1998 року вдалося завершити проектні розрахунки, але через відмову американців до конструкції реактора довелося вносити зміни, щоб зменшити його вартість.

Можна дозволити частинкам рухатися природним чином, а камері надати форму, що повторює їх траєкторію. Камера тоді має досить химерний вигляд. Вона повторює форму плазмового шнура, що у магнітному полі зовнішніх котушок складної конфігурації. Магнітне поле створюють зовнішні котушки набагато складнішої конфігурації, ніж у токамаку. Пристрої такого роду називають стелараторами. У нашій країні збудовано торсатрон "Ураган-3М". Цей експериментальний стеларатор розрахований на утримання плазми, нагрітої до десяти мільйонів градусів.

Термоядерна установка
Схема реакції дейтерій-тритій

Нині у токамаків з'явилися й інші серйозні конкуренти, які використовують інерційний термоядерний синтез. У цьому випадку кілька міліграмів дейтерій-тритієвої суміші укладають у капсулу діаметром 1-2 міліметри. На капсулі фокусують імпульсне випромінювання кількох десятків потужних лазерів. В результаті капсула миттєво випаровується. У випромінювання треба вкласти 2 МДж енергії за 5-10 наносекунд. Тоді світлове тиск стисне суміш настільки, що може піти реакція термоядерного синтезу. Енергія, що виділилася при вибуху, за потужністю еквівалентного вибуху ста кілограмів тротилу, буде перетворюватися на більш зручну для використання форму - наприклад в електричну. Експериментальна установка такого типу (NIF) будується у США і має почати працювати у 2010 році.

Однак будівництво стелараторів та установок інерційного синтезу також наштовхується на серйозні технічні труднощі. Ймовірно, практичне використання термоядерної енергії – питання не найближчого майбутнього.

Автор: Муський С.А.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Історія техніки, технології, предметів довкола нас:

▪ Ядерний реактор на швидких нейтронах

▪ залізобетон

▪ Стартер-генератор

Дивіться інші статті розділу Історія техніки, технології, предметів довкола нас.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Немовлята плачуть рідною мовою 08.02.2010

Група психологів з університету Вюрцбурга (Німеччина) зробила запис крику 60 новонароджених віком від трьох до п'яти днів з Німеччини та Франції. Потім запис пропустили через комп'ютер, що дає спектрограму звуків.

На отриманих діаграмах видно, що німецькі немовлята починають крик із високих та гучних нот, а потім поступово знижують частоту та гучність. Французькі, навпаки, переходять із низької частоти та гучності на високу.

Автори роботи пов'язують це з тим, що дитина чує рідну мову, перебуваючи в утробі матері, і імітує деякі особливості вимови у своєму плачі, навіть не вміючи говорити. Відомо, що французи підвищують тон до кінця фрази, та й наголос вони завжди на кінці слова. У німецькій мові наголос зазвичай ближчий до початку слова.

Інші цікаві новини:

▪ Любов до кави обумовлена генами

▪ Мурахи вміють передбачати землетруси

▪ Прискорювач KFA2 GeForce GTX 960 EXOC White Edition

▪ Чи є вода на Марсі

▪ Мікро-сегвей Ninebot mini

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Музиканту. Добірка статей

▪ стаття Зевс-громовержець. Крилатий вислів

▪ стаття Коли було зроблено записи зведень про Другу Світову війну, продиктовані Левітаном? Детальна відповідь

▪ стаття Прорізування зубів. Медична допомога

▪ стаття Автоматичний полив із функцією охорони об'єктів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Повітряні лінії електропередачі напругою понад 1 кВ. Провід та грозозахисні троси. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт