Термоядерные реакторы. Как с ними дела? Опции Поделиться

[А.Кочегаров]

Помнится когда-то велись работы по созданию термоядерных реакторов.

Я лично давно упустил эту тему из вида. Однако в последнем докладе акад. Митенкова (я упоминал об этом в сырьевой теме), докладчик обмолвился парой слов, из которых ясно, что темане списана в архив как возможное направление развития. Жаль что было лишь упоминание.

Очень интересно, как дела с термоядом обстоят на сегодня, остановлены ли работы, если да, то когда и примерно на какой точке?А может кто-то где-то продолжает? Или есть какие-то планы?

Что примерно известно об этом мне? У меня есть очень давешняя информация, датируется где-то серединой 80ых годов. Пишу по памяти.

В какой-то момент работы по термояду были по бОльшей части рассекречены между нами и штатовцами. При сравнении результатов оказалось, что мы со своим плазменным Токамаком неплохо опередили американский Стелларатор. Но достижения были сравнимы тем не менее. Лазерной технологией как я тогда понял занимались практически только мы. Как я лично на свой взгляд тогда оценил, как раз лазерная технология бОлее перспективна.

Теперь собсно разбор полетов на тот момент. Сразу оговорюсь, что я не специалист, поэтому прошу аудиторию меня поправить.

В качестве топлива служит водородно-дейтериевая смесь с примесью трития. Вероятно имеется ввиду, что необходимый тритий и в меньшей степени дейтерий будет генериться прямо в процессе реакции за счет выделяющихся нейтронов.

Условием запуска реакции является температура в миллион градусов и соблюдение критерия Лоусона. Критерий Лоусона предполагает, что произведение степени сжатия смеси на время удержания ее в таком состоянии должна быть больше 10 в бох знает какой степени (цифру степени просто не помню).

Эти условия уже давно научились создавать с помощью запала из обыкновенного боевого уранового или плутониевого заряда (как я понимаю - без разницы). Однако очевидно, что такой способ в мирных целях абсолютно неприемлем. Суть идеи управляемого варианта в том, чтобы создавать термоядерный микровзрыв мизерной мощности, где применение ядерного заряда абсурдно.

1. Плазменная технология, основанная на малом сжатии и длинном удержании. Система Токамак представляла собой тороидальную камеру, внутри которой создается и удерживается плазменный "шнур". Для разогрева шнура используются электрические разряды, а для удержания плазмы очень мощное магнитное поле. Система получилась очень громоздкой и чудовищно энергоемкой. Для питания электромагнитов использовалась целая электроподстанция, а сами электромагниты тора пришлось делать сверхпроводящими. Соответственно - холодильники для создания сверхпроводимости со всеми вытекающими последствиями. Это еще и при том, что нужен отвод выделяющегося тепла от собственно создаваемого микровзрыва

Тем не менее направление считалось бОлее чем реальным.
В такой плазменной технологии основной проблемой была продекларирована непредсказуемость поведения плазмы. Ее просто трудно удержать "в седле" в течении нужного длительного времени. Понятно, что в такой системе достигнуть высокой степени сжатия очень сложно, значит напор на время удержания. Именно во времени собака и зарыта. При этом нужная для запуска температура была достигнута.

2. Лазерная технология, основанная на малом времени и большом сжатии. В специальную "камеру сгорания" сверху скидывается горошина из замороженного топлива. В процессе полета вниз внутри камеры эта горошина расстреливается мощными лазерами. Температура достигается от воздействия лазера. Причем при резком разогреве поврехность горошины мгновенно испаряется создавая реактивную силу, которая сжимает горошину со всех сторон. И... бах... происхожит термоядерный микровзрыв - топлива ведь мизерное количество. Остается лишь отвести полученное тепло и закинуть в камеру следующую горошину.

В этой технологии основной проблемой была как сила сжатия, так и в бОльшей степени синхронность и равномерность разогрева горошины со всех сторон.
- Силу сжатия в дальнейшем планировалось поднять с помощью специальной (например стеклянной) оболочки, которая испаряясь, создавала бы более мощную реактивную силу. Размышляли так же и о внедрении в горошину ядра, которое должно было бы играть роль своеобразного сжимающего смесь поршня.
- Равномерность разогрева предположили решить постройкой более мощного лазера с бОльшим количеством лучей. На тот момент кажется уже работал 12ти-лучевой лазер, которого оказалось недостаточно.

Преимущества лазерной технологии на мой личный взгляд очевидны. Оба реактора получаются пульсирующими. Но зато в лазерном варианте не нужно гигантских энергозатрат на магнитное поле, нет проблем с холодильниками для сверхпроводников и отводом тепла. Лазерная конструкция кажется гораздо более простой. Кроме этого и перспективы яснее, ибо о лазерах мы тогда знали гораздо бОльше, чем о родеоподобном искусстве удерживать плазму магнитами.

Что дальше. На момент описания для соблюдения критерия Лоусона, произведение значений обоих параметров осталось поднять всего лишь в 50 раз. То есть, по отзывам разработчиков, было пройдено уже 90% пути, но последние 10 оказались тем не менее самыми трудными. Ученые тогда уверенно предсказывали создание реального реактора не бОлее, чем через 20 лет. Это было в середине восьмидесятых. То есть в прошлом году у нас уже однозначно должен был быть термоядерный реактор.

Как я понял, работы были остановлены чуть не на финишной прямой. Думаю, о причинах остановки разработок у нас никто даже не спросит.

Тем не менее, хотелось бы услышать от знатоков, что сейчас? Что у нас, что у них... И есть ли какие-то планы и перспективы?

Может, если дискуссия получится интересной, я с удовольствием сооружу на ее основе технико-полупопулярную статью для журнала о состоянии термоядерной энергетики. О ее прошлом, настоящем и возможном будущем.

[svd55]

Уважаемые участники форума! Уважаемый Димитър!

Совершенно случайно наткнулся на форум и на Ваше обсуждение моей статьи, поэтому, хотя и прошло несколько лет, считаю своим долгом ответить на критику в свой адрес.
Прежде всего, я очень не люблю заочные интернет-диспуты, так как совершенно не ясно, кто твой оппонент – дипломированный специалист или же десятиклассник, всезнающий, самоуверенный и всегда очень наглый.
Поэтому я сразу представляюсь, моя интернет-страница
http://www.famous-scientists.ru/11098/
Впредь прошу и оппонентов по возможности указывать степень, звание и список научных работ, дабы не спорить с гениальными дилетантами.
Что касается материала по термоядерному синтезу, то он был доложен без особых возражений на XVI ежегодном семинаре «Система – «Планета Земля» (Геологический факультет МГУ, 30–31 января 2008 года. Сборник докладов, с. 322–330).
Теперь по существу. Как безапелляционно заявил товарищ Димитър:
«Товарищ Дигонский просто не разбирается ни в астрофизике, ни в работе ТОКАМАКа».
Согласен, в работе ТОКАМАКа не разбираюсь. Более того, я совершенно не понимаю, как можно разбираться в работе устройства, которое не работает, никогда не работало и, судя по количеству затраченный усилий и средств, уже работать не будет. (Не потому ли весьма уважаемые академики срочно занялись общественной работой? Откуда время? Я, помнится, будучи простым завлабом не всегда имел свободный день).
Тов. Димитър же, который отлично разбирается в работе ТОКАМАКа, пусть его и запустит, буду очень рад.
Что же касается астрофизики, то эта молодая наука наука почти целиком построена на допущениях, которые пылкая молодежь почему-то уже считает постулатами. Между тем, саму идею звездных термоядерных реакций Ганс Бете выдвинул при жизни старшего поколения – в 1938 году. А признали ее (с вручением ему Нобелевской премии) спустя тридцать лет уже когда я, например, учился в средней школе. Поэтому мне и странно, когда кое-кому о звездном термоядерном синтезе уже все давно и хорошо известно, все очень ясно и прозрачно.
Из тов. Димитъра:
«Наоборот – все ясно! Температура – это скорость движения атомов. Но она не одинакова. Те атомы, у которых скорость больше, они и вылетают наверх и образуют очень разряженную корону. Поэтому она и горячая. Кстати, и у Земли самый верхний слой атмосферы тоже очень «горячий».

В моей статье приводится цитата из сообщения НАСА:
«Исследователям НАСА удалось выяснить, каким образом происходят взрывы на Солнце. Об этом сообщила на пресс-конференции в штаб- квартире НАСА в Вашингтоне представитель научно-исследовательской лаборатории ВМС США Джудит Карпен.
"Теперь мы сможем создать трехмерную модель Солнца с высоким разрешением. Это не оставит места теориям, у нас будет революция, придется пересмотреть многие теории и даже отказаться от некоторых", – сказала Карпен.
Кроме того, по ее словам, ученые получили подтверждения того, что атмосфера Солнца значительно горячее, чем сама поверхность, что является фундаментальным астрофизическим феноменом.
"У нас еще нет понимания того, каким образом более холодная поверхность обогревает горячую атмосферу. Однако полученные данные, скорее всего, позволят нам подобраться к разгадке механизма обогрева", – сказала Карпен».
Вот так. У исследователей НАСА еще нет понимания, а тов. Димитъру уже все ясно, он уже с поучениями выступает. Так пусть специалистов НАСА и одернет! Нечего им!
Но и поучения получаются какие-то не очень научные:
"Кстати, и у Земли самый верхний слой атмосферы тоже очень «горячий»".
Какой великолепный параметр – ОЧЕНЬ ГОРЯЧИЙ. И как его перевести в температуру?

Или вот это научное объяснение: «В солнечном ядре такие силы есть – гравитация и давление (плотность) вещества. Реакция ускоряется – давление увеличивается – ядро расширяется – плотность падает – реакция замедляется»
Увеличивается, расширяется, падает, замедляется – нечего сказать, удивительно стройная теория. А главное, какая плодотворная! На такой базе совсем просто создать не один ТОКАМАК!

Специально для тов. Димитъра приведу цитату из журнала «Вокруг света»:
"И, что немаловажно, звездный термоядерный реактор умеет сам себя регулировать: если выделяется слишком много энергии, звезда немного расширяется, вещество охлаждается и скорость реакции, которая очень сильно зависит от температуры, снижается. Если же энергии мало, то происходит обратный процесс. В итоге звезда стабильно поддерживает температуру на уровне, соответствующем достаточно низкому темпу реакций".
Вот ведь как метко научно-популярный журнал поправил тов. Димитъра! Не просто расширяется, а НЕМНОГО расширяется. (Но можно еще лучше сказать – чуток расширяется или даже децл расширяется!). А чего? Кто проверит?
Правда, как мне сообщил автор журнальной публикации, «все это отлично моделируется на компьютере». Вот уж аргумент! Как сказал кто-то из великих – в компьютер лебеду загрузишь, лебеду на выходе и получишь.

Что же еще сообщает официальная точка зрения?
"В солнечном ядре происходят реакции синтеза ядер водорода в ядра гелия с выделением избыточной энергии. В зоне лучистого переноса происходит перенос энергии излучаемой ядром в вышележащие слои путем поглощения этой энергии и последующего ее переизлучения с постепенным увеличением длины волны по мере понижения температуры. В конвективной зоне происходит процесс конвективного теплообмена, который сменяет лучистый теплообмен вследствие понижения температуры вещества, при этом тепло конвективной зоны передается фотосфере".
А вот как я это комментирую:
«Итак, энергия термоядерных реакций, протекающих в ядре, переносится к поверхности Солнца сначала «поглощением и переизлучением фотонов», а затем «конвекцией вещества», но при этом зона конвекции, сосредоточившая всю энергию ядерного синтеза, оказывается не в состоянии нагреть солнечную атмосферу, так что причиной высокой температуры фотосферы, хромосферы и короны являются «выбросы солнечного вещества - миллионы колоссальных фонтанов в виде «петель» и «арок». Опять-таки, не совсем ясно почему, чем дальше от конвективной зоны – тем выше температура. Ведь если «миллионы колоссальных фонтанов» нагревают корону до 106 К, то фотосфера (которая ближе к источнику фонтанов) просто обязана быть еще горячее, чем корона.
Подобное нагромождение допущений и домыслов о внутренних процессах и строении Солнца, не только является неуважением к Природе (которая не терпит лишнего), но как легко заметить, целиком и полностью подгоняется под известные условия протекания термоядерных реакций».

Я, уважаемые форумчане, никак не претендую на «истину в последней инстанции» и просто высказал свои соображения (а соображениями по поводу астрофизики интернет переполнен), поэтому моя статья и была опубликована в рубрике «Дискуссии». Однако не надо облыжной критики на школьном уровне!
Считаю, что в обсуждаемой тематике сейчас есть два пути: или тупо всаживать деньги в заведомо проигрышную идею, или искать что-то на стыке наук. Я действительно не астрофизик, но как химик-металлург очень хорошо разбираюсь в газофазных транпортных реакциях, от этого и выстроил свою точку зрения.
Найти статью можно по адресу:
http://www.twirpx.com/file/413761/


С уважением ко всем участникам форума, С. Дигонский