Наука и техника, 2006 № 05 (5) | страница 34
В дальнейшем выяснилось, что наиболее перспективной для производства энергии на Земле является реакция синтеза, в которой участвуют ядра изотопов водорода — дейтерий (D) и тритий (Т). Схема такой реакции изображена на рис. 1.
Рис. 1. Термоядерная реакция синтеза ядер дейтерия (D) и трития (Т): кружочками с буквой р внутри условно обозначены протоны, с буквой n — нейтроны.
Процесс синтеза противоположен процессу деления, но также приводит к высвобождению ядерной энергии. Для того, чтобы исходные ядра могли слиться, они должны иметь относительную скорость, достаточную для преодоления барьера электростатического отталкивания. Так как высота этого барьера растет с увеличением зарядов взаимодействующих ядер, то для синтеза и выбираются ядра с минимальным зарядом, то есть изотопы водорода (их заряд минимален, так как ядро водорода и его изотопов включает в себя только один протон, а нейтрон электрического заряда не несет).
В 1949 году О. А. Лаврентьев предложил плазменное[4] решение проблемы синтеза легких ядер в виде электростатической ловушки, однако на тот момент плазма оказалась наименее исследованным состоянием вещества и каждый раз преподносила новые «сюрпризы». Как правило, эти неприятные «подарки» представляли различного рода неустойчивости, приводившие к срыву необходимых режимов работы установок. Осуществление в 1951 году неуправляемой термоядерной реакции в земных условиях в ходе испытательного взрыва водородной бомбы стимулировало проведение исследований, связанных с управляемым термоядерным синтезом (УТС), как источником энергии. Систематические исследования проблемы УТС начались примерно одновременно в Англии, СССР и США в обстановке глубочайшей секретности, так как предполагалось, что их результаты могут найти применение в военных целях. Такие исследования, постепенно приближая решение задачи УТС, привели к развитию целого ряда «побочных» плазменных технологий, которые используются сейчас повсеместно.
Рассмотрим теперь основные проблемы УТС, которые интересовали физиков «плазмистов» в 1950-х годах.
Первая проблема — «горючее». Имеются фактически неисчерпаемые запасы дейтерия, однако тритий в естественном виде не существует, он распадается с периодом полураспада примерно 12 лет. Значит, его надо производить в самом реакторе, наиболее приемлемой в таком случае будет реакция распада ядра лития, бомбардируемого нейтроном, на ядро гелия и трития с выделением 4,8 МэВ энергии при каждом акте распада. Запасы лития в земной коре оцениваются примерно в 1 млрд. тонн и, кроме того, он содержится в морской воде (примерно 0,17 г/куб. метр). То есть, по оценкам специалистов, его запасов хватит для выработки достаточного количества трития, чтобы сделать УТС реальной альтернативой современным методам получения энергии.
