» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Май, 2019 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №5 (26) 2019
Автор: Михайлов Алексей Алексеевич, студент
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Перспективы развития термоядерной энергетики
Дата публикации: 7.05.2019
УДК 621.039.6
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Михайлов Алексей Алексеевич
студент
Смирнова Мария Юрьевна
студентка
Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, г.
Чебоксары
Аннотация.
Прошло
более 60 лет с тех пор, как впервые был осуществлен термоядерный синтез. Сегодня
пришло время, когда нам открывается путь к промышленному внедрению термоядерной
энергетики. Эйфория, охватившая общество после успехов в создании термоядерного
оружия и освоения первых атомных реакторов деления, коснулась и ученых-плазмистов, обещавших старт термоядерной энергетики
через 20 лет. Однако практика научного развития еще раз показала, как осторожно
надо подходить к такого рода
предсказаниям. Статья рассматривает современное состояние и перспективы
термоядерной энергетики, ее достоинства, проблемы и возможное место в
энергетической системе мира.
Ключевые
слова: ИТЭР, ТОКАМАК, основы термоядерного синтеза, проблемы и
перспективы термоядерного синтеза.
Введение. Создание
полностью автономного термоядерного синтеза на Земле было явно недооценено.
Ушли десятилетия, а вместе с ними и множество исследований процессов,
происходящих в плазме, до того, как возникла новая область физики – физика
горячей плазмы. Именно она способствовала развитию термоядерных установок, а
также помогла привести их показатели к достаточно
близким для того, чтобы создавать
термоядерные реакторы.
Основы термоядерного синтеза. За
основу термоядерной энергетики взяты реакции слияния некоторых ядер. Наиболее
отличительным эффектом обладает слияние ядер изотопов водорода – дейтерия и
трития [1]:
.
Под
температурой 50млн ⁰С они
превращаются в плазму, что приводит к образованию 17,6 МэВ энергии. Благодаря
столько высоким показателям дейтерий и тритий являются топливом для термоядерного
реактора.
В 1951
году А.Д. Сахаров и В.Е. Тамм предположили возможность удержания плазмы в тороидальной камере, которая в свою очередь помещена в
продольное магнитное поле. А уже в 1954 году, на основе их предложения, в Курчатовском институте начали активно развиваться
плазменные системы с незамудренным названием «ТОКАМАК»
(ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками), которые после начали
применяться во всем мире повсеместно для создания термоядерного синтеза.
ТОКАМАК. К 1969 году уже насчитывалось несколько возможных
разнообразных способов удержания плазмы, но именно токамак
был явным лидером на фоне остальных. Этот фактор сыграл роль важную роль в
истории токамака. На сегодняшний день в мире
существует уже более 300 таких установок [6].
Одним
из наиболее весомых достижений токамаков стало
изобретение сверхпроводящих соленоидов. Изначально, такой метод был опробован
на токамаке Т-7, а потом и на Т-15 под руководством
Н.А. Черноплекова. Результатом стало получение
стационарных режимов индукционных электрических полей длительностью до
нескольких часов на малом токамаке «ТРИАМ-М» (Япония)
и до нескольких минут – на «Тор Супра» (Франция).
Сегодня,
рекорд по удержанию плазмы принадлежит корейскому токамаку
KSTAR, который удержал ее на
70 секунд [4].
ИТЭР. 2001 год навсегда войдет в историю науки о термоядерном синтезе, как год, в котором впервые, в результате огромной и непомерно тяжелой, но очень эффективной работы объединения физиков и инженеров разных стран (Россия, США, ЕС, Япония), была окончена разработка ИТЭР. А уже в 2007 году, на юге Франции, был дан старт началу строительства наимасштабнейшего проекта в истории человечества [5].
150
миллионов градусов – именно при такой температуре будет происходить реакция
внутри этой махины. А магнитное поле будет приблизительно в сотни тысяч раз
больше, чем у нашей родной планеты [3].
В основу этого проекта легли многочисленные эксперименты и исследования в области токамаков. ИТЭР имеет следующие проектные задачи: тестирование системы самообеспечения реактора тритием, выход на мощности 500-700 МВт в течение 400-3000с, диагностика возможности осуществления стационарного поддержания работы реактора, испытания возможности осуществления стационарного поддержания работы реактора.
Предположительно к 25
году строительство установки будет окончено.
Проблемы и перспективы термоядерного
синтеза. Многолетние исследования, а также мощнейшая база физических
и технологических данных предоставляют нам возможность сделать определенные
выводы о минусах и плюсах возможности существования термоядерных реакторов.
Термоядерная
энергетика, на фоне уже известных нам способов добычи энергии, смотрится более
чем бодро. Достаточно будет лишь упомянуть, что 86 грамм дейтерия-тритиевой смеси производят такое же
количество энергии, сколько и при сжигании 1000 тонн угля. К достоинствам
термоядерной энергетики можно отнести следующее [1]:
- Отсутствие эмиссии парниковых газов.
- Станцию можно размещать в непосредственной близости от населенного пункта. Расчёты показывают, что даже при раскрытии камеры реактора в атмосферу поступит не более 50 г трития.
- До 60-80% предполагаемых конструкционных материалов могут быть подвергнуты ручной переработке менее чем через 100 лет выдержки.
- Практическая неограниченность ресурсов топлива (дейтерий, тритий) и материалов для сооружения реактора понижает опасность межгосударственных политических конфликтов в борьбе за энергообеспечение своих стран.
Но не
смотря на свои плюсы, термоядерный синтез, как любой процесс, имеет за собой
ряд некоторых минусов. К таким можно отнести малую проблему разрушения первой
стенки реактора в токамаке и дивертора.
Из-за чего, реактору необходимо иметь внушительные размеры. Не говоря уже о
том, что в ходе процесса удержания плазмы, стенки камеры и дивертора
будут, скорее всего, подвергаться частым износам и замене.
Также,
важным фактором, который следовало бы отнести к минусам, является то, что мощность
термоядерной электростанции должна быть не ниже 1–1,5 ГВт. Станции такой
мощности не имеют эффективности в обеспечении районов с малым населением.
Поэтому, рассуждая о будущем, нельзя сказать,
что вся энергетика сведется к термоядерным источникам.
Заключение. Создание термоядерной энергетики – беспрецедентное событие в
истории человечества. Эксперименты на
ИТЭР дадут ответ на ключевые физические вопросы термоядерного
реактора и позволят возвести первый демонстрационный термоядерный
реактор DEMO –
последний шаг перед сооружением промышленных термоядерных электростанций. Задачами
DEMO является
опытно-промышленная демонстрация работоспособности термоядерной электростанции,
а также уточнение физико-технологических и экономических характеристик
проектируемых промышленных реакторов. А уже опыт работы на DEMO послужит основанием для
проектирования первой промышленной станции. Её сооружение ожидается в 2045-2050
гг. [2]
Список литературы:
- Термоядерная энергетика. URL: https://goo-gl.ru/5h2N
- Ближайшее будущее УТС. URL: http://lib.convdocs.org/docs/index-84444.html?page=9
- Международный экспериментальный термоядерный реактор. URL: https://goo-gl.ru/5h2P
- На токамаке KSTAR поставили мировой рекорд по удержанию плазмы. URL: https://nplus1.ru/news/2016/12/20/verylongfusion
- ИТЭР — международный термоядерный реактор (ITER). URL: https://spacegid.com/iter-mezhdunarodnyiy-termoyadernyiy-reaktor-iter.html
- Tokamak. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Tokamak
Комментарии: