Техника - молодёжи 1989-07, страница 31

конечности навиваться на воображаемый тороид, образуя из одной себя целую магнитную поверхность. На такой бесконечно длинной силовой линии частица теоретически может находиться сколь угодно долго.

Но это была лишь одиа из многочисленных непредвиденных трудностей. В ИАЭ под руководством академика Л. А. Арцимовича началась напряженная работа по «приручению» токамака, при всех своих достоинствах оказавшегося весьма капризной установкой. Плазма разваливалась от множества неустойчивостей, загрязнялась нежелательными примесями, касаясь стеиок тороидальной камеры, ярко светилась, бесполезно переизлучая вносимую энергию, а греться не хотела.

И все же, забегая немного вперед, расскажем о звездном часе токамаков. В 1969 году на международной конференции в Дубне было объявлено, что в плазме токамака Т-3 достигнута фантастическая для того времени температура— 7 — 10 млн. градусов. Началось всемирное «обращение в токамаки», в том числе за счет ликвидации менее перспективных установок. Так был

ученые, не выполняются. На такую возможность впервые обратил внимание А. П. Попрядухин. А в 1965 году известные советские физики Р. 3. Сагдеев, А. А. Галеев и Л М. Коврижных создали новую теорию, за что впоследствии были удостоены Ленинской премии. Но, правильно описав потери ионной компоненты плазмы, в сотии раз превышающие классические, эта теория сама не смогла оценить потери электронов, которые оказались в 100 раз больше г?редсказанных ею. Итак требуется новая теория, а значит, открывается новый широкий простор для молодых талантов

Условия управляемого ядерного синтеза

В энергетически выгодных термоядерных реакциях участвуют прежде всего изотопы водорода — дейтерий (Д) и тритий (Т). При этом из др х реакциГ Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установках пытаются осуществить именно ее. При слиянии ядер дейтерия

Опытный термоядерный реактор TFTR — крупнейший токамак США

сделан решающий выбор. Сейчас на токамаках, кроме СССР, работают в США, Великобритании, Франции, ФРГ, Италии, Японии, КНР, Австралии, Ливии, Венгрии, Чехословакии и других странах.

Но прежде чем токамаки вышли в лидеры, пришлось решить еще множество проблем. Уже за несколько лет до пуска Т-3 стало ясио, что в нем не удастся достичь условий зажигания. И действительно: эта установка не дотянула по плотности плазмы в 20 раз, по температуре — в 10 раз, а по времени удержания — в 100 раз.

Оказалось, что в замкнутых магиит ных системах положения классической теории парных столкновений частиц плазмы, на которую тогда опирались

и трития образуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядро гелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейтрон с энергией 14,1 МэВ (то есть 20% и 80% общей энергии соответственно):

Д+Т --⁴Не" (3,5 МэВ)+п( 14,1 МэВ).

Дело осложняется тем, что «готового» трития в природе почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реакторе. В состав бланкета — оболочки, окружающей тороидальную камеру, вводится литий. Его ядра захватывают вылетающие из зоны реакции «горячие» нейтроны, и в результате ядерных превращений образуется тритий. Если в материале стенки используется естественная смесь изотопов лития ⁶Li+^?Li, коэффициент воспроиз

водства трития можно довести до 1,2— 1,5.

Таким образом, в термоядерных реакторах, в том числе в токамаках, будет, по существу, «сжигаться» литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. А тогда доступные запасы лития на Земле на три порядка превосходят запасы органического ископаемого топлива, причем добывать литий сравнительно несложно.

(£Ь

8'

Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий: «зажигания» реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного, самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего «подогрева». Действительно: чтобы зажечь любое топливо, его нужно сначала нагреть каким-то внешним источником до определенной температуры. Для термоядерного синтеза в плазме Д+Т эта температура составляет сто миллионов градусов. Кроме того, необходима определенная плотность и время существования плазмы при данной температуре В 1957 году английский физик Дж. Лоусон вывел соответствую щий критерий: произведение плотности плазмы п (число частиц в кубическом метре ее объема) иа время существования "Соизмеряемое в секундах) при температуре Т=10⁸ К должно быть не менее 2- 10²" с/м³. В этих условиях энергобаланс термоядерной реакции будет положительным, то есть общий выход энергии превысит энергозатраты на нвгрев.

Но достижение первого порогового условия — зажигания — еще не обеспечивает второго, то есть самоподдер-жаиия реакции. Вспомним, что в ядерном синтезе Д+Т 80% общей энергии приходится на долю нейтронов. Не имея заряда, они не удерживаются магнитным полем и свободно покидают зоиу реакции, унося с собой эту энергию, а значит, и не нагревая плазму Вся на дежда лишь на заряженные ядра гелня. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на ее самоподдержание, магнитное поле должно иметь определенную напряженность В, а плазма — определенный объем V. Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который и харак теризует степень самообеспеченности реакции.

29