13.7.Использование ядерных реакций для создания новых источников энергии

27 июня 1954 г. была пущена первая в мире атомная электростанция, сооружённая по заданию Академии наук СССР под руководством советского физика И.В. Курчатова в Обнинске под Москвой. Расщепление урана и цепная реакция впервые стали источником энергии для мирных применений. Управляемая ядерная реакция стала основой работы атомных электростанций (АЭС). В настоящее время, несмотря на работу электростанций, в различных странах продолжают испытывать энергетический голод. Проблема поиска новых источников энергии остаётся актуальной многие десятилетия и пока не решена. По своей масштабности, по большому числу подлежащих решению научных, конструкторских и технологических задач создание ядерных энергетических установок самого разного назначения правомерно по-ставить в один ряд с созданием ядерного оружия, реактивной авиации и космических систем.

Многие страны мира почти на треть получают энергию на АЭС. Но скорость роста потребления энергии столь велика, что и этого недостаточно. С момента открытия возможности синтеза лёгких элементов реакция идёт с выделением большого количества энергии, большего, чем при делении ядер, и названа поэтому термоядерной. Начались работы по осуществлению управляемой самоподдерживающейся термоядерной реакции. Коэффициент полезного действия процесса выше, чем у ядерных реакций, да и топлива для реакции в природе много. Топливом для термоядерных реакций служит дейтерий – изотоп водорода, содержащийся и в воздухе и в воде. Сама реакция в виде термоядерного взрыва была осуществлена в 1946 г.

Одним из перспективных направлений явилось создание установок с внешним тороидальным магнитным полем и кольцевой плазмой - тороидальной камеры с магнитными катушками, полу-чившей название "Токамак". Идея использования магнитного по-ля для термоизоляции плазмы в тороидальной системе была высказана и обоснована при первичных расчетах термоядерного ре-актора И.Е. Таммом и А.Д. Сахаровым в 1950 г.

В мае 1951 г. организация научно-исследовательских и конст-рукторских работ по получению самоподдерживающейся термо-ядерной реакции была возложена на Первое главное управление при Совете Министров СССР во главе с Б.Л. Ванниковым. Для рассмотрения научных и технических вопросов при ПГУ

была создана специальная комиссия по проблеме термоядерного синтеза во главе с И.В. Курчатовым. В состав комиссии входили Л.А. Арцимович, Д.В. Ефремов, И.Е. Тамм, А.Д. Сахаров, И.Н. Головин, М.А. Леонтович, В.В. Владимирский.

В 1953 г. после разработки ряда теоретических вопросов В.Д. Шафрановым установка типа «Токамак» была разработана в ЛИПАНе под руководством И.Н. Головина и Н.А. Явлинского. Первый "Токамак" (Т-1) был сооружен в 1958 г. В 1962 г. на ус-тановке Т-3, созданной в НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, темпера-тура плазмы была доведена до 100-140 эВ. Позднее создаются модели Т-4, Т-6 и др.

В июне 1971 г. Правительство СССР принимает решение о сооружении установки "Токамак-10". Сооружение Т-10 проходи-ло в условиях острого соперничества с лабораториями США, где создавался "Токамак ПЛТ, подобный советскому". После пуска в июне 1975 г. на "Токамаке-10" была впервые получена достаточ-но чистая и устойчивая термоядерная плазма. Накопленный опыт позволил советским специалистам перейти к сооружению более крупных термоядерных установок. В 1978 г. в СССР был введен в действие первый в мире «Токамак» со сверхпроводящими катуш-ками Т-7. Разработка сверхпроводников осуществлялась ВНИ-ИНМ им. А.А. Бочвара. В начале 1980-х гг. началось сооружение "Токамака-15" в Москве в ИАЭ им. И.В. Курчатова и "Токамака-14" (ТСП) с сильным тороидальным магнитным полем и с адиа-батическим сжатием плазмы - в филиале ИАЭ в г. Троицке (те-перь ТРИНИТИ). В то же время в Троицком институте ин- новационных и термоядерных исследований по проекту НИИ-ЭФА им. Д.В. Ефремова был начат монтаж установки "Ангара-5", позволявший выполнять широкий спектр исследований в области управляемого инерциального термоядерного синтеза. Начиная с 1978 г. советские специалисты активно участвовали в разработке проекта международного термоядерного реактора ИНТОР, а с 1988 г. - экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Концепция ИТЭР основывается на термоядерной системе "Тока-мак", предложенной в России. ИТЭР - поистине грандиозное со-оружение высотой с восьми- и диаметром - с десятиэтажный дом. В реализации проекта участвуют Россия, США, Япония и страны Европейского сообщества.

Годы исследований привели к тому, что осуществление управления термоядерной реакцией по аналогии с ядерной не-возможно. Одним из перспективных методов получения термо-ядерной энергии являются взрывные технологии. Принципы взрывных технологий используются человечеством давно, в том числе двигатель внутреннего сгорания автомобиля, использова-ние взрывов для изменения ландшафта и прокладывания шахт и т.п. Учёные Российского федерального центра (РФЯЦ) предла-гают взрывать небольшие термоядерные заряды, выход энергии при взрыве которых рассчитывается в соответствии с потребно-стями потребителя. Идеи взрывной энергетики высказывались ещё в 1940-е гг., но предпочтительными казались управляемый термоядерный синтез, бридерная (основанная на работе реакто-ров-размножителей на быстрых нейтронах) энергетика, плазмен-ные технологии. Преимуществом взрывной термоядерной энер-гетики является меньший расход (в тысячи раз) топлива для по-лучения того же количества энергии, чем при работе АЭС; отра-ботанная теория взрывов, вопросы технической реализации и безопасности.