Техника - молодёжи 1999-06, страница 28

СМЕЛЫЕ ПРОЕКТЫ

Ядерная энергетика дает сейчас около 17% от мирового производства электроэнергии (в России — 12%). Сможет ли она обеспечить большую часть энергетических потребностей Человечества?

В природном уране доля изотопа с атомным весом 235 — собственно ядерного топлива — составляет всего 0,7%. Известные запасы урана заключают в себе энергию урана-235, эквивалентную примерно 15% мировых запасов нефти и газа Изотоп же урана с атомным весом 238, составляющий остальные 99,3%, способный под действием нейтронного излучения превращаться в плутоний, может обеспечить Человечество энергией на века. Но скорость такого превра-

ПРОБЛЕМУ ВЕКА

щения весьма мала. Наработка плутония займет многие десятилетия, и вторичное ядерное топливо не может стать основой глобальной энергетики XXI века — в лучшем случае это век ХХН-й

Очевидное решение вопроса — термоядерная энергетика. Но... Если ядерный реактор деления появился даже раньше бомбы, то взрывная неуправляемая реакция синтеза освоена оружейниками почти полвека назад, а электростанции — где? Уже вступили в самостоятельную жизнь поколения людей, родившихся во времена предполагавшегося расцвета термоядерной энергетики, а той как не было, так и нет.

Деление ядер может идти при любых температурах. Другое дело — синтез: эти реакции оттого и зовутся термоядерными, что требуют громадных температур и давлений В термоядерном боеприпасе они создаются путем взрыва уранового или плутониевого заряда. Для осуществления же управляемого термоядерного синтеза (УТС) видятся два пути Первый — наиболее старый — УТС с магнитным удержанием плазмы, собственно, медленное горение, когда шнур из ионизированного топлива удерживается, сжимается и нагревается сильнейшим магнитным полем. Работы по магнитному удержанию плазмы были начаты у нас И.Е.Таммом и А.Д.Сахаровым в 1950 г. — еще до того, как был создан термоядерный боеприпас.

Вскоре после изобретения лазеров, в 1962 г., академиками Н.Г.Басовым и А.Д.Сахаровым был предложен и другой путь — УТС с инерционным удержанием: компактная «горошинка» из топливного материала облучается со всех сторон мощными импульсами лазерного излучения (позже возникли идеи использования в тех же целях, например, электронных лучей), и испарение и расширение внешних слоев происходит настолько интенсивно, что внутренняя часть топлива сжимается и нагревается до термоядерных температур; установка работает в режиме периодических вспышек — микровзрывов, примерно как поршневой двигатель внутреннего сгорания.

Но в обоих случаях пока не решена задача нагрева и сжатия топлива, осуще

ствляемого так, чтобы затраты не превышали бы энерговыделения термоядерной реакции — и это еще не все

Технически наиболее просто получить термоядерный синтез в смеси дейтерия с тритием, все другие компоненты требуют гораздо более высоких температур. Но если дейтерия в природе предостаточно (его можно добывать из обычной воды), то трития нет — он радиоактивный и долго не живет.

Его можно получать при облучении нейтронами лития. Однако реакция одного атома дейтерия с одним атомом трития дает один нейтрон, и один нейтрон нужен для получения одного атома трития из лития. Иными словами, нужна 100% утилизация нейтронов, испускаемых в реакции синтеза (чего в принципе быть не может), и абсолютное недопущение каких бы то ни было потерь трития (нереальность этого требования также очевидна).

Обеспечить тритием экспериментальную термоядерную установку или даже промышленный энергоагрегат нетрудно: достаточно потока нейтронов от уранового (плутониевого) реактора. Но глобальную энергетику на этом не построишь: чтобы уран-плутониевые реакторы могли существовать в сколько-нибудь продолжительной исторической перспективе, они должны нарабатывать вторичное ядерное топливо, на что нейтронный поток и будет расходоваться. А на тритий останется не так уж много.

Остается использовать размножители нейтронов. Если в ядро атома бериллия попадает нейтрон, оно испускает два нейтрона (и делится на два ядра гелия). Цикл воспроизводства трития замыкается, но сколько же нужно бериллия? Даже для покрытия половины современного энергопотребления Человечества дейтерий-тритиевой энергетикой придется ежегодно сжигать около 1250 т бериллия, в то время как добывается его сейчас в мире в 10 раз меньше! Далее, при реально достижимых в термоядерных реакторах плотностях нейтронных потоков выгорание бериллия составит доли процента в год, то есть в реакторах его должно находиться еще в сотни раз больше. Соответственно, первоначальная закладка бериллия в реакторы составит тысячи годовых добыч!

Алексей ПОГОРЕЛОВ, член-корреспондент Московского общества испытателей природы

ВТОПКЕ

Доктор физико-математических наук Геннадий Алексеевич Иванов из ВНИИ технической физики (г. Снежинск, бывший Челябинск-70), участник создания отечественного термоядерного оружия, предложил остроумный вариант резкого ускорения работ по термоядерной энергетике. Пусть мы не умеем поддерживать медленное термоядерное горение или получать термоядерные вспышки с энерговыделением в граммы или килограммы тротилового эквивалента. Но производить термоядерные взрывы с энерговыделением в килотонны и десятки килотонн тротилового эквивалента мы умеем, и умеем хорошо — так вот, их и давайте использовать для целей энергетики! Для этого их нужно производить в неразрушаемых емкостях — котлах взрывного сгорания (КВС).

КВС — это громадная бочка из железобетона, облицованная изнутри сталью. КВС, способный выдерживать взрыв в 10 Кт тротилового эквивалента, имеет диаметр порядка 150 м, высоту — 200 — 300 и толщину железобетонной стенки 25 м. Толщина стальной облицовки — 20 см.

За несколько секунд до взрыва в рабочую камеру нагнетается теплоноситель — жидкий натрий. Его перекрывающиеся фонтаны образуют защитную завесу, смягчающую и размазывающую по времени действие ударной волны на стенки котла. При этом натрий нагревается и частично испаряется (а потом испарившийся — конденсируется, когда после взрыва внутренность котла орошается дождиком холодного натрия). Огромное давление ударной волны действует в течение ничтожно малых долей секунды. Если же его «размазать» во времени на пути от места взрыва до стенок взрывной камеры, то на них будет действовать уже не более 40 атм Нагретый натрий запасается в тепловом аккумуляторе, и его хватает (с некоторым избытком) на несколько десятков минут работы энергоагрегата — до следующего взрыва. Если взрывать 10-килотонные заряды примерно раз в 25 мин, тепловая мощность энергоагрегата составит 25 ГВт (а электрическая — около 10 ГВт).

Проблема создания высоких температур и давлений снята тем, что термоядерная реакция инициируется взрывом уранового или плутониевого заряда. Поэтому топливом может служить недефицитный дейтерий. Соотношение мощности, выделяемой ураном (плутонием) и дейтерием — от 1:10 до 1:500 (1 условная единица мощности — от ядерного взрыва, 9-499 — от термоядерного)

В энергозаряд помещаются ядерный детонатор, дейтерий и воспроизводя