Техника - молодёжи 1991-02, страница 39

В лабораториях ученых

Горячие новости с «термоядерного

фронта»

Сергей ПОПОВ,

кандидат физико-математических наук

производства трития) на основе УТС. Это последний этап на пути к экспериментальной термоядерной электростанции.

Уже в самом начале проектирования токамаков нового поколения стало ясно, насколько они сложны и дороги. Возникла естественная мысль о международном сотрудничестве. Так появился проект ИТЭР (Интернациональный Термоядерный Энергетический Реактор), в разработке которого участвуют объединение «Евратом», СССР, США и Япония. Сверхпроводящий соленоид ИТЭРа на основе нио-бата олова должен охлаждаться жидким гелием при температуре 4 К или жидким водородом при 20 К. Увы, не сбылись мечты о более «теплом» соленоиде из сверхпроводящей керамики, который мог бы работать при температуре жидкого азота (73 К). Расчеты показали, что он только ухудшит систему, поскольку, кроме зффекта сверхпроводимости, свой вклад будет вносить и проводимость его медной подложки.

В соленоиде ИТЭРа запасается огромная энергия —44 ГДж, что эквивалентно заряду около 5 т тротила. В целом электромагнитная система этого реактора по мощности и сложности на два порядка превзойдет самые крупные действующие установки. По электрической мощности он будет эквивалентен Днепрогэсу (около 3 ГВт), а его общая масса составит примерно 30 тыс. т.

Долговечность реактора определяет прежде всего первая стенка тороидальной камеры, находящаяся в самых напряженных условиях. Кроме термических нагрузок, она должна пропускать и частично поглощать мощный поток нейтронов. По расчетам, стенка из наиболее подходящих сталей сможет выдержать не более 5—6 лет. Таким образом, при заданной длитель

ности работы ИТЭРа — 30 лет — стенку потребуется обновлять 5—6 раз. Для этого реактор придется почти полностью разбирать с помощью сложных и дорогих дистанционных манипуляторов — ведь только они смогут проникнуть в радиоактивную зону.

Такова цена даже опытного термоядерного реактора —чего же потребует промышленный?

И еще один интересный результат получен в ходе экспериментов на тока-маках. В реакторе JET проведен термоядерный синтез на необычной смеси дейтерий —гелий-три. У этого процесса есть ряд важных преимуществ, одно из которых — полное отсутствие радиоактивных продуктов. Плазма, содержащая 9% гелия-три, нагревалась в JETe методом ионно-цикло-тронного резонанса от источника мощностью 14 МВт. Мощность термоядерной реакции (при покрытии стенки камеры слоем бериллия) составила 100 кВт. Таким образом, параметр Q достиг величины порядка 0,01. Понятно, что этого слишком мало, но важен первый шаг в осуществлении экологически чистой термоядерной реакции. Да и условия опыта были пока далеки от оптимальных (слишком слабое магнитное поле).

Кстати, учтя этот результат и проведя дополнительные теоретические расчеты, советский физик И. Н. Головин предложил предусмотреть и в конструкции ИТЭРа возможность работы на смеси дейтерий — гелий-три. Здесь надо напомнить, что на Земле гелия-три практически нет, а нарабатывать его в ходе ядерных реакций (как тот же тритий из лития) чрезвычайно дорого. Ближайшие промышленные запасы этого изотопа имеются только на Луне. Но творцы мирного атома, как известно, большие оптимисты. В данном случае они рассчитывают на будущую американ

скую обитаемую лунную базу. Ее планируют построить к 2005 году, а лет через десять пустить фабрику по добыче кислорода из лунного песка. Там же предлагается добывать и гелий-три.

Важное сообщение пришло из США: на американском стеллараторе-торсатроне ATF, при весьма скромных параметрах установки и магнитном поле всего около 1 Тл, получены прекрасные результаты: плотность плазмы Ю²⁰ м^-3, температура 10 млн. градусов. Это сильно подкрепляет перспективы реакторов торсатронного типа.

Успехи, достигнутые на установках с магнитным удержанием плазмы (токамаки и стеллараторы), действительно велики. Существует даже мнение, чго магнитному термояду сегодня вообще нет реальной альтернативы и только на него должна делаться основная ставка в исследованиях и разработках.

Однако с этим все же трудно согласиться. Большие коллективы в СССР и особенно в США достаточно успешно работают в области инерционного удержания горячей плазмы. Идея этого метода —термоядерные микровзрывы небольших мишеней из замороженной смеси за счет подвода относительно малой энергии, но в короткое время. Взрывы здесь происходят от очень быстрого сжатия мишеней за счет колоссального давления мгновенно испаряющейся их поверхности (это и называется удержанием). Правда, пока не ясно, какой вид удержания наиболее перспективен: под действием лазерного луча, электронного удара, легких или, возможно, даже тяжелых ионов.

Во всяком случае, в Институте атомной энергии имени Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Ефремова рассчитана и сконструирована эксемерная лазерная установка для зажигания реакций в дейтерий-тритиевой мишени. При длине волны лазерного излучения менее 1 мкм энергия термоядерного взрыва в импульсе длительностью 5 не составит 100 кДж.

Но это достаточно отдаленные перспективы. Так, по американской программе исследований лазерная термоядерная установка, сравнимая по масштабам с ИТЭРом, запланирована на 2025 год, а коммерческий реактор с инерционным удержанием, как и магнитный—еще через 20 лет...

Итак, с одной стороны, термоядерные программы уверенно выходят на этап разработки инженерно-техниче-ских концепций, но с другой — до овладения ядерным синтезом путь еще неблизкий. Лишь бы коммерческий термояд поспел к сроку, когда обычные виды горючего будут на исходе.

37