Техника - молодёжи 1967-10, страница 44

АДРЕС СОЛНЦА-ЗЕМЛЯ

И. ШАЛОБАСОВ, инженер

«ЧЕЛОВЕЧЕСТВО СТАВИТ ПЕРЕД СОБОЙ ТОЛЬКО ТАКИЕ ЗАДАЧИ, КОТОРЫЕ ОНО МОЖЕТ РЕШИТЬ, ТАК КАК ПРИ БЛИЖАЙШЕМ РАССМОТРЕНИИ ВСЕГДА ОКАЗЫВАЕТСЯ, ЧТО ИДЕЯ ВОЗНИКАЕТ, ЛИШЬ КОГДА МАТЕРИАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ЕЕ РЕШЕНИЯ УЖЕ ИМЕЮТСЯ НАЛИЦО ИЛИ, ПО КРАЙНЕЙ МЕРЕ, НАХОДЯТСЯ В ПРОЦЕССЕ СТАНОВЛЕНИЯ».

К. Маркс

ЭКСПО-67. Советский павильон. В огромном зале высится шестиметровый прозрачный тор. Внутри его полыхает ярко-оранжевый шнур ионизированного газа — плазмы. Это огненное кольцо, словно живое, беспрестанно пульсирует. Термоядерный реактор!

Но разве он существует? К сожалению, нет, пока еще нет. На выставке показан всего лишь макетНо при его постройке ученым пришлось столкнуться и преодолеть (хотя бы теоретически) множество трудностей. А сколько еще осталось нерешенных проблем!

Познакомимся хотя бы с некоторыми из них. Подойдем к экскурсоводу Советского павильона и попросим его ответить на наши вопросы.

Начиная примерно с 50-х годов ученые разных стран оживленно обсуждают проблему термоядерного реактора. Чем вызван такой интерес и почему реактор до сих пор не построен?

— Источником топлива для такого реактора будет служить вода Мирового океана — вернее, некоторые' изотопы водорода, содержащегося в ней. Правда, в природной воде их сравнительно мало. Так, один атом изотопа дейтерия приходится на 5—6 тыс. атомов обыкновенного водорода. Но даже этого мизерного количества вполне достаточно, чтобы из литра воды получить 2,4 млн. килокалорий. Только нужно выполнить три условия. Во-первых, нагреть ядерное горючее, находящееся в состоянии плазмы, до нескольких сот миллионов градусов. Во-вторых, удержать «горячую» плазму хотя бы десятые доли секунды, И наконец, создать достаточно высокую концентрацию ионов в плазме (не меньше 10'⁴ в одном кубическом сантиметре).

Порознь каждое из этих требований уже реализовано в экспериментальных установках, но все вместе — пет.

Но вообразим на минуту, что все три условия выполнены и в могучей топке протекает термоядерная реакция. Как будут выглядеть остальные узлы реактора? На этот вопрос и попробовали ответить ученые, спроектировав макет гипотетического термоядерного реактора будущего.

Внешне макет напоминает тор. Почему выбрана именно эта форма реактора?

Чтобы удержать плазму внутри реактора, нужно окружить ее мощным магнитным полем. Раскаленное ядерное горючее, как дикий зверь, загнанный в клетку, ищет любую лазейку, чтобы вырваться из магнитной ловушки. Но ученые постарались сделать ее на совесть. Надежность ловушки — в огромной величине и сложной конфигурации поля. Поэтому корпусу реактора с электромагнитами пришлось придать тороидальную форму.

Электромагниты погружены в жидкий гелий. Металл обмотки становится сверхпроводящим, что уменьшает потери.

Но это еще не все. Плазма заключена в вакуумную камеру. Безвоздушное пространство играет здесь роль не только термоизолятора. Если бы реакция синтеза проходила в воздухе, увеличивающееся с ростом температуры давление достигло бы миллионов атмосфер. Чтобы этого не случилось, надо начинать термоядерную реакцию при минимально допустимом давлении — в вакууме.

¹ Статья подготовлена по материалам книги В. Калинина «Термоядерный реактор будущего», Атомиздат, 19(36.

38

Большую часть энергии (80%) уносит из активной зоны поток нейтронов. Кинетическая энергия этих микрочастиц преобразуется в тепло при их замедлении в изотопе лития или его фтористой соли. Кроме того, вступая в реакцию с нейтронами, этот металл превращается в изотоп водорода — тритий — ценное ядерное горючее.

Горячий расплав лития может использоваться либо для нагревания пара, либо термоэлементов.

Мощная «броня» биологической защиты — бетонное ограждение или водяной барьер довершает конструкцию реактора.

Можно ли считать, что такая конструкция — единственное решение?

В любом случае реактор должен состоять не менее чем из пяти элементов: горячей зоны, вакуумной камеры, теплоносителя, магнитной системы и биологической защиты. Но конструкция их пока окончательно не определена. В макете не только собраны новейшие достижения отечественной и зарубежной науки и техники. Главный упор делается на нерешенные узлы и вопросы, которые наверняка заинтересуют специалистов, посетивших выставку. Например, из чего сделать оболочку вакуумной камеры? Ведь условия ее работы, прямо скажем, сверхтяжелые. Оболочку пронизывает поток нейтронов. Эти нейтральные микрочастицы нужно беспрепятственно пропустить, не изменив их свойства. При этом стенка не должна слишком сильно нагреваться. В то же время внутрь камеры должно проникать магнитное поле. Добавьте ко всему этому высокую прочность, и станет ясно, насколько сложна задача.

Возможно, вакуумная оболочка будет сделана слоистой: изнутри титановой, а снаружи ребристой из нержавеющей стали.

Какие основные инженерные проблемы решены в гипотетическом реакторе?

На любом энергетическом объекте производство начинается с подачи сырья. Внутрь тора нужно ввести плазму, состоящую из электрически заряженных частиц. Как же они пройдут через магнитное поле? Раз заряд плазмы «заперт» изнутри, то как его пополнить снаружи? Ученые решили заряженные частицы превратить на время в «нейтралы». Сфокусированный ионный пучок из инжектора попадает в камеру перезарядки, где на сверхзвуковой струе водяного пара (или углекислого газа) быстрые ионы водорода получают заряды противоположного знака и нейтрализуются. Внутрь вакуумной камеры впрыскиваются незаряженные атомы дейтерия и трития. Соприкоснувшись с горячей плазмой, они снова превращаются в ионы.

Теперь плазму нужно нагреть. В реакторе применяются два способа нагрева — омический и резонансный. Контур омического нагрева представляет собой, грубо говоря, железное кольцо с первичной обмоткой трансформатора, окружающее тор. Вторичной обмоткой служит сам плазменный шнур, по которому течет ток.

Другой, резонансный, нагрев происходит под действием тока высокой частоты.

Доведению температуры плазмы до заданного предела сильно мешают примеси тяжелых ионов. Их отсеивает дивертор — отводчик примесей. Тяжелые ионы, войдя в отклонитель с профилированным магнитным полем, уже не возвращаются в плазменный шнур. Они либо прилипают к стенкам дивертора, либо откачиваются вакуум-насосом.

В отличие от атомного котла, где непрерывно накапливаются вредные отходы — радиоактивная «зола», в термоядерном реакторе единственным ненужным веществом оказывается гелий — продукт синтеза. Его ядра вместе с тритием и дейтерием удерживаются магнитным полем. Но в то время как изотопы водорода в процессе работы реактора убывают, концентрация гелия, наоборот, возрастает. Инертный газ накапливается, и это