7. Узагальнюючі висновки

• Велика енергетика потребує поступової відмови від теплових електростанцій і переходу на екологічно чистіші (зокрема ядерні) методи отримання енергії.

• Орієнтація ядерної енергетики тільки на теплові реактори не вирішує багатьох проблем, як-от: залежності від постачальників збагаченого урану, переробки і збереження відходів, обмеженості світових запасів ²³⁵U.

• Уявляються необхідними участь України в міжнародному проекті Мінатома Росії «реактор природної безпеки» та запровадження в Україні передових ядерних технологій, насамперед швидких реакторів.

• Беручи участь у вищезгаданому проекті, Україна повинна мати програму превентивних заходів на випадок невиконання Росією своїх міжнародних зобов’язань під час її можливої внутрішньополітичної дестабілізації.

Спеціальні абревіатури:

АЕС — атомна електростанція

БРЕСТ — быстрый реактор со свинцовым теплоносителем (швидкий реактор із свинцевим теплоносієм)

ВВЕР — водо-водний енергетичний реактор

ОЯП — опромінене (відпрацьоване) ядерне паливо

КВ — коефіцієнт відтворення (мається на увазі відтворення плутонію під час роботи швидкого реактора)

КВА — коефіцієнт відтворення активності (мається на увазі, як співвідносяться активність палива, що завантажується до реактора, та активність ОЯП, що вилучається після роботи)

РАВ — радіоактивні відходи

ТВЕЛ — тепловидільний елемент

HWR — heavy-water reactor (важководний реактор)

LWR — light-water reactor (легководний реактор). До цього типу належать усі українські реактори серії ВВЕР

Позначення хімічних елементів (в порядку зростання атомної маси):

N — азот Kr — криптон Sr — стронцій Tc — технецій I — йод Cs — цезій Ba — барій

Th — торій Pa — протактиній U — уран Np — нептуній Pu — плутоній Am — америцій Cm — кюрій

5. Термоядерний синтез. Існуючі розробки та перспективи використання.

Термоя́дерна ене́ргія — енергія у деякій придатній до використання формі, як правило це електрика, джерелом якої є реакція термоядерного синтезу. З технічної точки зору більшість генерованої електроенергії є неявною формою термоядерної енергії, оскільки Сонце є величезним природнім термоядерним реактором, та практично всі горючі копалини на Землі є акумульованою сонячною енергією. Однак у вузькоспеціальному значенні термін використовується стосовно енергії що продукується під час штучно підтримуваної реакції термоядерного синтезу. На сьогодні жодного термоядерного електрогенератора не існує, хоча інтенсивні експерименти тривають.

З ряду причин, енергія синтезу розглядається багатьма дослідниками в якості «природного» джерела енергії у довготривалій перспективі. Прихильники комерційного використання термоядерних реакторів для виробництва електроенергії на Практично невичерпні запаси пального (водень)

• Пальне можна видобувати із морської води будь-де на узбережжі в світі, що робить неможливим монополізацію пального однією чи групою країн

• Неможливість некерованої реакції синтезу

• Відсутність продуктів згоряння

• Немає необхідності використовувати матеріали що можуть бути використанні для виробництва ядерної зброї, таким чином виключається випадки саботажу та тероризму

• В порівнянні з ядерними реакторами, незначна кількість радіоактивного сміття із коротшим періодом напіврозпаду.

Оцінюють, що наперсток наповнений дейтерієм продукує енергію еквівалентну 20 тонам вугілля. Озеро середнього розміру в змозі забезпечити країну енергією на сотні років. Однак слід зауважити, що існуючі дослідницькі реактори спроектовано для досягнення простішої дейтерій-тритієвої (D-T) реакції, цикл пального якої вимагає використання рідкоземельного металу літію для виробництва тритію, тоді як заяви про невичерпність енергії стосуються використання дейтерій-дейтерієвої (D-D) реакції у другому поколінні реакторів.

Так само як і реакція ділення, реакція синтезу не продукує атмосферне забруднення, що є головним внеском у глобальне потепління. Це є значною перевагою, оскільки використання горючих копалин для виробництва електроенергії має наслідком те, що, наприклад у США виробляється 29 кг CO₂ (один із основних газів що сприяють глобальному потеплінню) на жителя США на день.

Первый тип термоядерного реактора будет использовать в реакции синтеза тритий и дейтерий T + D = He + n, в итоге образуется нейтрон – n и ядро гелия - He. Для прохождения подобной реакции требуется просто колоссальная температура – около 100 000 000 С^о. Это требуется для того, чтобы преодолеть электростатической силы, которая отталкивает частицы друг от друга и, сталкиваясь, даже на ничтожно малый промежуток времени, создаются условия для протекания ядерной реакции. Это приводит к образованию плазмы, состоящей из ионов и электронов.

Очень важными факторами получения положительного выхода энергии являются: время жизни плазмы – t и плотность ионов в реакции - n. А их произведение должно быть очень велико – nt > 5*1 000 000 000 000 000 c/см³ – так называемый критерий Лоусона. Главная из первых проблем, с которыми столкнулись ученые на пути к получению термоядерной энергии, - это неустойчивость плазмы, вызывающая плазменную турбулентность.

Эти проблемы и явились причиной 40-летней задержки перед постройкой первой установки способной удерживать турбулентность плазмы в достаточной мере, чтобы выполнить критерий Лоусона.

Рассматриваются два основных и совершенно разных принципа построения архитектуры термоядерного реактора в будущем, в данный момент еще не известно какой из вариантов будет наиболее приемлем и выгоден.

В так называемом инерционном термоядерном синтезе несколько миллиграмм дейтериево-тритиевой смеси сжимаются оболочкой, ускоряемой за счет реактивных сил, возникающих при испарении оболочки с помощью мощного лазерного или рентгеновского излучения. Энергия выделяется в виде микровзрыва, когда в процессе сжатия в смеси дейтерия с тритием достигаются необходимые условия для термоядерного горения. Время жизни такой плазмы определяется инерционным разлетом смеси и поэтому критерий Лоусона для инерционного удержания принято записывать в терминах произведения rr, где r - плотность реагирующей смеси и r - радиус сжатой мишени. Для того чтобы за время разлета смесь успела выгореть, нужно, чтобы rr = 3 Г/см². Отсюда сразу следует, что критическая масса топлива, М, будет уменьшаться с ростом плотности смеси, М ~ rr3 ~ 1/r2 , а, следовательно, и энергия микровзрыва будет тем меньше, чем большей плотности смеси удастся достичь при сжатии. Ограничения на степень сжатия связаны с небольшой, но всегда существующей неоднородностью падающего на оболочку излучения и с несимметрией самой мишени, которая еще и нарастает в процессе сжатия из-за развития неустойчивостей. В результате появляется некая критическая масса мишени и, следовательно, критическая энергия, которую нужно вложить оболочку для ее разгона и получения положительного выхода энергии. По современным оценкам, в мишень с массой топлива около 5 миллиграмм и радиусом 1-2 миллиметра нужно вложить около 2 МДж за время 5-10410-9 с. При этом энергия микровзрыва будет на уровне всего 54108 Дж (эквивалентно около 100 кг обычной взрывчатки) и может быть легко удержана достаточно прочной камерой. Предполагается, что будущий термоядерный реактор будет работать в режиме последовательных микровзрывов с частотой в несколько герц, а выделяемая в камере энергия будет сниматься теплоносителем и использоваться для получения электроэнергии.

За прошедшие годы достигнут большой прогресс в понимании физических процессов происходящих при сжатии мишени и взаимодействии лазерного и рентгеновского излучения с мишенью. Более того, современные многослойные мишени уже были проверены с помощью подземных ядерных взрывов, которые позволяют обеспечить требуемую мощность излучения. Было получены зажигание и большой положительный выход термоядерной энергии, и поэтому нет сомнений, что этот способ в принципе может привести к успеху. Основная техническая проблема, с которой сталкиваются исследователи, работающие в этой области - создание эффективного импульсного драйвера для ускорения оболочки.

Чтобы получить нужную мощность, нужно использовать лазерные установки, однако мощности современных лазеров в соотношении с к.п.д. не достаточно. И на получение большей энергии, чем затрачено, пока что рассчитывать не приходится. Существуют и альтернативные лазерному подходы в создании драйверов, например: ионные и электронные пучки. В этой сфере имеются существенные успехи.

В данный момент в Соединенных Штатах строиться огромная установка-лазер под названием NIF, которая должна будет обеспечить зажигание.