Ученые-физики, начиная с 1932 года, пока еще безуспешно пытаются воплотить в жизнь управляемую реакцию горячего термоядерного синтеза. Несмотря на то, что в последнее время достаточно много внимания уделяется холодному ядерному синтезу, горячий термоядерный синтез находится намного ближе к тому, что бы стать источником экологически чистой энергии, лишенным недостатков обычных атомных станций, работающих на реакции расщепления тяжелых элементов. Реакторы управляемого термоядерного синтеза не могут взорваться, они не будут производить большое количество долгоживущих радиоактивных отходов, их топливо и отходы нельзя легко превратить в оружие массового поражения.

Центром мировых усилий по созданию реактора управляемого термоядерного синтеза является международный проект ITER, в рамках которого ведется сооружение самого большого в мире реактора. Реактор ITER строится по классической схеме токамак, основанной на тороидальном объеме, внутри которого происходит управляемая реакция термоядерного синтеза. Сильнейшие магнитные поля, вырабатываемые сверхпроводимыми обмотками 39 электромагнитов, удерживают плазму, состоящую из дейтерия и трития, двух изотопов водорода. А с помощью пучков частиц, радиоволн и микроволнового излучения плазма разогревается до температуры 270 миллионов градусов. Именно при такой температуре становится возможной инициация реакции термоядерного синтеза.

Во время этой реакции слияние ядер дейтерия и трития приводит к образованию ядра гелия и свободного нейтрона, имеющего очень большую энергию. Эти высокоэнергетические нейтроны, попадая в специальную ловушку, нагревают ее, и высокая температура может использоваться для вращения турбины электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию.

Реактор ITER будет способен выработать 500 МВт энергии, столько же, сколько вырабатывает средняя тепловая электростанция. Но реактор ITER не будет использоваться для производства электроэнергии, он является еще одним гигантским физическим экспериментом, давая ученым возможность разрабатывать новые и совершенствовать имеющиеся технологии.

Что бы создать на основе реакции управляемого термоядерного синтеза конкурентноспособную энергетическую технологию ученые должны решить ряд серьезных проблем. Самым главным является вопрос получения трития. Во всем мире общее количество трития составляет всего около 23 килограмм из-за того, что этот изотоп водорода является радиоактивным и быстро распадается. Для сравнения, дейтерий, второй изотоп водорода, не радиоактивен, в природе его вполне достаточно и он может быть получен в любы количествах просто выпариванием из воды. Реактор ITER может использовать тритий, произведенный на обычных атомных станциях, но полномасштабная электростанция термоядерного синтеза будет сама себя обеспечивать тритием, вырабатывая его из лития с помощью нейтронов реакции синтеза.

Кроме этого ученым еще предстоит решить вопрос о материале, из которого будет изготовлена внутренняя часть объема реактора. Именно на эту часть будет приходиться массированный удар высокоэнергетических протонов, света и других побочных продуктов. И третьей проблемой станет остаточная радиоактивность конструкции реактора, что сделает невозможным нахождение рядом с ней людей. Поэтому, ученые должны разработать роботов, способных благополучно работать длительное время в условиях высокого уровня радиации и магнитных полей. Эти роботы, помимо выполнения относительно тонких ремонтных работ должны быть в состоянии выполнять замену некоторых деталей реактора, вес которых может превышать 10 тонн.

Согласно планам, реактор ITER начнет функционирование в 2019 году во Франции. Если все запланированные эксперименты и исследования будут завершены успешно, то команда ученых ITER займется разработкой энергетического реактора DEMO, опытного образца промышленного реактора термоядерного синтеза мощностью от 2000 до 4000 МВт, который будет построен к 2040 году.



Источник