Техника - молодёжи 2006-04, страница 5

www.tm-magazin .ru I 5

EE ЗЕМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

дейтерий-тритий, хоть и гораздо более безопасна, чем ядерная энергетика деления, всё же имеет ряд существенных недостатков. Основной — это большое число высокоэнерге-тичных нейтронов (число нейтронов на единицу мощности на порядок больше, чем у реакторов деления, энергия нейтронов примерно в 7 раз выше). Такого нейтронного потока ни один из известных материалов не может выдержать больше 6 лет — при том, что ресурс реактора должен быть не меньше 30 лет. Значит, первую стенку тритиевого термоядерного реактора необходимо регулярно заменять — а это очень сложная и недешёвая процедура, связанная к тому же с остановкой реактора на длительный срок. От мощного нейтронного излучения необходимо экранировать магнитную систему реактора — это усложняет конструкцию и удорожает её. Многие элементы конструкции тритиевого реактора после окончания эксплуатации будут высокоактивными и потребуют захоронения на длительный срок.

Источников трития в природе нет, тритий придётся нарабатывать непосредственно на электростанции — возникают дополнительные сложности с радиохимией.

Кроме того, в реакции D-T 80% энерговыхода приходится на нейтроны, и лишь 18% — на заряженные частицы, что уменьшает КПД энергетического реактора.

Л

Возможный облик гелиедобывающего 61 т. комбайна по мнению g|H американских инженеров

несущественными, и срок службы в 30-40 лет можно обеспечить без труда. После окончания эксплуатации гелиевого реактора высокоактивные отходы не образуются, радиоактивность элементов конструкции будет так мала, что их можно захоронить буквально на городской свалке, слегка присыпав землёй. На заряженные частицы в реакции D-³He приходится 60% энергии, еще примерно 5% — на СВЧ-излучение, которое можно эффективно преобразовать в электричество, поэтому КПД гелиевого реактора существенно выше, чем тритиевого.

Часто говорят, что сжигание ге-лия-3 требует совершенно фантастических и недостижимых в ближайшие полвека условий. Это не так. В 1991 г. на европейском тока-маке JET уже «жгли» гелий-3, в ходе реакции была получена мощность 140 кВт. Разумеется, на зажигание было потрачено значительно больше энергии, чем получено в результате реакции — но JET не был рассчитан на получение положительного энерговыхода. Да, для горения гелия-3 желательно иметь температуру не менее 700 млн. градусов — казалось бы, очень много. Однако уже 10 лет назад на JET'e была достигнута температура 400 млн. градусов — больше половины нужного! Для сравнения: когда в 1968 г. нато-камаке Т-3 удалось нагреть плазму «всего» до 1 млн градусов, это стало сенсацией, теперь же, менее сорока

РАЗДЕЛИТЕЛЬ ИЗОТОПОВ

РАЗДЕЛИТЕЛЬ ИЗОТОПОВ

1.5ЧС 1 тонна ЗНе

ЧИСТОЕ ТЕРМОЯДЕРНОЕ ТОПЛИВО — НА ЗЕМЛЮ

1 3300

Щ 1700 1600 ¹⁹⁰⁰ Щ

kril I

н₂ н₂о N₂ со₂ СН₂ СО

ТОПЛИВО ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕ ОХЛАДИТЕЛЬ

Получение гелия-3 и попутных продуктов из лунного грунта

В случае же использования реакции D-³He положение существенно улучшается. Нейтронный поток падает в 30 раз (нейтроны возникают в результате побочных реакций D-D), к тому же энергия нейтронов значительно меньше, в результате повреждения первой стенки становятся

лет спустя, в сто раз большие температуры стали «обиходными» и никого не удивляют.

Сложность проведения термоядерной реакции можно характеризовать произведением nTt (плотность х температуру х время удержания). По этому параметру реакция

D-³He примерно в 100 раз сложнее, чем D-T. Большой разрыв? Да, немаленький. Но за полвека термоядерных исследований достигнутое nTt в среднем увеличивалось в 10 раз каждые 10 лет. Как видим, условия, необходимые для зажигания реакции D-³He, могут быть достигнуты в ближайшие десятилетия.

ПОЧЕМУ ЛУННЫЙ ГЕПИЙ-З?

Потому что на Земле гелия-3 очень мало — суммарные запасы оцениваются в 4000 т (содержание гелия-3 в атмосферном гелии очень низко, и в гелии, получаемом из природного газа, не превосходит 2x10 ⁶ от ⁴Не). Искусственное получение ³Не (например, в ходе распада трития) также представляет собой сложную и дорогую задачу.

4000 т земных запасов — это, казалось бы, много. Однако эти 4000 т рассеяны в атмосфере и земной коре, так что заполучить их «в руки» просто невозможно. Доступные запасы составляют около 500 кг (300 кг образующиеся за счёт распада трития в ядерных боеголовках и тяжёлой воде реакторов CANDU и 200 кг, содержащиеся в природном газе), причём из этих пятисот реально доступны лишь первые 300 кг — ³Не, содержащийся в подземных запасах природного газа, извлечь весьма непросто.

Но всё же в пределах досягаемости находится богатый источник гелия-3 — Луна.

Высокое содержание гелия-3 в лунном реголите еще в 1970 г. обнаружил Пепин, изучая образцы грунта, доставленные «Аполлонами», однако это обстоятельство не привлекало внимания вплоть до 1986 г., когда термоядерщики из Висконсин-ского университета во главе с Дж. Кульчински «переоткрыли» лунные запасы гелия.

Как ни парадоксально, лунный гелий имеет солнечное происхождение. В течение миллиардов лет солнечный ветер бомбардировал Луну, частицы со скоростью 400 км/с вонзались в поверхность на глубину сотни ангстрем, и «застревали» там — происходила своеобразная ионная имплантация. Впоследствии поверхность дробилась микрометеоритами — происходило метеоритное перемешивание, в результате которого пылинки, содержащие частицы солнечного ветра, попадали и в толщу реголита, как полагают, на глубину вплоть до нескольких метров. За 4 миллиарда лет такой бомбардировки на Луну высыпалось более 500 млн т гелия-3.

Анализ шести образцов грунта, привезенных экспедициями «Аполлонов» и трёх образцов, доставленных «Лунами», показал, что в реголи