2.4. Инерционное удержание плазмы

В инерционном термоядерном синтезе несколько миллиграммов 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. При этом энергия микровзрыва будет на уровне взрыва 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. Были 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. Требуемые мощности можно получить, используя лазеры (что и делается в современных экспериментальных установках), но к.п.д лазеров слишком мал для того, чтобы можно было рассчитывать на положительный выход энергии. В настоящее время разрабатываются и другие драйверы для инерционного синтеза основанные на использовании ионных и электронных пучков, и на создании рентгеновского излучения с помощью Z-пинчей. За последнее время здесь также достигнут существенный прогресс. В настоящее время в США ведется строительство большой лазерной установки, NIF, рассчитанной на получение зажигания плазмы.

2.5. Мю-катализ и другие пути

Мюон - элементарная частица, свойства которой, включая и взаимодействия с другими частицами, аналогичны свойствам электрона. Однако он существенно тяжелее электрона, mm = 207me , и является нестабильной частицей со временем жизни tm = 2,2 * 10- 6 с. Совместно с ядрами изотопов водорода мюон может образовывать связанные системы, подобные соответствующим обычным атомным системам (таким, как атом водорода или молекулярный ион с возможной заменой ядер-протонов на d и t).

Глава 3. Модули термоядерного реактора

3.1. Системы термоядерного реактора

Основными проблемами, которые необходимо решить при разработке термоядерного реактора, являются следующие:

• Зажигание реакции (получение условий протекания DT реакции)

Дополнительный нагрев (высокочастотное излучение и инжекторы нейтральных атомов);

• Удержание реакции ( стабильность плазмы, подача мишеней);

• Воспроизведение трития для DT-плазмы;

• Утилизация термоядерной энергии;

Как и любые другие научные исследования, работы в области термоядерного синтеза являются мощным технологическим локомотивом. Для решения указанных выше проблем были разработаны различные системы, входящие в состав термоядерного реактора. При разработке этих систем было сделано множество технологических открытий и изобретений, которые могут быть использованы в других областях человеческой деятельности.

Практически в любом термоядерном реакторе, необходимы следующие системы:

Магнитная система – сверхпроводящие обмотки.

Создание магнитной системы на сверхпроводниках с и плотностью тока около 2 кА/см^-2 – одна из основных инженерных проблем разработки ТЯР.

Криогенная система – обеспечение низких температур для сверхпроводников. Криостаты с жидким гелием (4 К) и азотом (90 К).

Вакуумная система – обеспечение плотности газа в камере и откачки гелия, водорода и примесей в рабочем состоянии (диверторы). Замкнутый контур с тритием из-за его радиоактивности. Технология турбомолекулярных насосов.

Система энергопитания – зажигание плазмы, дополнительный нагрев плазвы, работа оборудования и т.д.

Бланкет реактора – зона, в которой энергия термоядерной реакции преобразуется в тепловую энергию (нагрев теплоносителя) и происходит наработка трития для продолжения работы ТЯР. Бланкет отличает термоядерный реактор от термоядерной установки.

Тритиевый контур – извлечение трития из бланкета и его регенерация при откачке газа из рабочей камеры, хранение и подача для подпитки плазмы.

Защита реактора

• защита сверхпроводящих катушек от быстрых нейтронов

• биологическая защита окружающей среды

Системы дополнительного нагрева плазмы и подпитки ее топливом

• инжекторы – системы впрыска нейтральных атомов

• токи высокой частоты

Система управления – обеспечение работоспособности всех других систем и безопасности персонала и населения.