Анатолий Федорович Цыцаркин
Нерешенные проблемы термоядерного синтеза. Надежды и перспективы
Получим для камеры диаметром 5 м., при длине 1м. Энергетический ресурс Е~ЭП·V=1,41·108·19,6=2,764·109Дж/м. Удельное энерговыделение:
Q=E/S==1,76·108 Дж/м2, S-наружная поверхность тора при 1 м. длины. Предполагаемый тепловой поток:
q=Q/T= Дж/м2·час=2,44·105Дж/м2·час~68 вт/м2.
Для сравнения тепловой поток с поверхности тела человека составляет тела человека составляет 100 вт/м2, а при тяжелой нагрузке – в несколько раз больше. На порядок выше тепловая мощность комнатной панели отопления.
Основная возможность повышения удельного энерговыделения могла быть связана с повышением концентрации частиц. Это потребовало бы соответствующего усиления магнитного поля, что представляется неосуществимым.
Кроме того, процесс торможения частиц с составляющей скорости, ⊥ оси токмака препятствует достижению требуемой температуры плазмы.
При эксплуатации токамака происходит снижение удельного энерговыделения. Это усугубляется наработкой гелия, оказывающего ингибирующее воздействие.
Система отвода образующегося гелия и поддержания концентрации реагентов представляется не только крайне сложной, но и невозможной для реализации.
Поражают размеры и расход материалов для изготовления тороидальной камеры токамака. Для тепловой мощности 106 КВТ и удельного теплового потока 0,068 квт/м2 потребная поверхность камеры составит ~15·106 м2. При диаметре камеры 5м. ее длина будет на уровне 0,94 млн. метров, что соответствует диаметру тора около 300 км.
Принимая толщину стенки камеры равной 15 мм из соображений устойчивости, получим объем материала около 2,2·105 м3, а массу на уровне 2 млн. тн. при изготовлении из стали.
Для сравнения: масса корпуса реактора ВВЭР – 1000, вырабатывающего в 3 раза больше тепла, составляет 240 т. н., что в 8000 раз с лишним меньше.
Столь низкая удельная мощность термоядерного реактора системы токамак объясняется прежде всего незначительной плотностью смеси дейтерия с тритием при невозможности ее существенного повышения.
Положение усугубляет тем обстоятельством, что всего 20% выделяемой энергии связано с гелием, а 80% – с нейтронами высокой энергии (14 мэв).
Их использование дало бы максимальную отдачу при преобразовании 238U делящийся изотоп 239Рu, для чего камеру следовало бы окружить отдельной рубашкой – бланкетом. Его расположение между стенкой камеры и сверхпроводящей системой представляется невозможным. К этому следует добавить присутствие в непосредственной близости индукционной системы.
Многолетняя безуспешная работа квалифицированных специалистов над принципиально неразрешимой проблемой увенчалась достаточно ценными технологическими достижениями в ряде областей.
Уже продолжительное время ведутся работы по обузданию термоядерного синтеза в новом направлении.
3. Вариант термоядерного синтеза путем бомбардировки мишени из смеси дейтерия и трития в твердом состоянии потоком лазерного излучения (способ инерциального удержания плазмы)
Принцип действия заключается в следующем (л.1)
Внутрь сферического сосуда радиусом несколько метров вводится шарик из смеси твердых дейтерия и трития диаметром 1÷2 мм. Через 8÷12 окон на поверхности сферы его синхронно обстреливают лазерными лучами. Энергия импульса составляет около 100 тыс. Дж, который длится несколько наносекунд (~10-9 сек). При этом мощность импульса достигает 1014 Вт.
Предполагается, что под действием облучения произойдет быстрое испарение с поверхности мишени некоторой доли его массы в виде высокоскоростных частиц. Оставшиеся внутренние слои за счет сил отдачи могут уплотниться в сотни и даже тысячи раз с одновременным нагревом до высоких температур.
По замыслу исследователей в центральной части шарика могут быть созданы условия для прохождения термоядерных реакций.