Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №1 за 2003 год

Поэтому для запуска термоядерной реакции надо просто нагреть необходимые компоненты и удержать их вместе, не дав разлететься из-за огромного давления и скорости теплового движения. При 100 миллионах градусов, необходимых для начала реакции, испарится любой материал, поэтому плазму в вакууме удерживают внутри реактора с помощью магнитного поля очень высокой напряженности. При таких температурах электроны отрываются от ядер и вещество переходит в состояние плазмы. Поле не дает заряженным частицам вылетать за пределы «плазменного шнура», зато образующиеся во время реакции синтеза нейтроны магнитным полем не задерживаются и передают свою энергию стенкам установки, которые охлаждаются, например, жидким литием. Получающийся в парогенераторе пар можно направить на турбину, как в обычных электростанциях.

16 июля 1945 годасостоялся первый испытательный взрыв плутониевой атомной бомбы на полигоне в Нью-Мексико (США). Спустя несколько недель американцы уничтожили японские города Хиросиму (6 августа) и Нагасаки (9 августа), сбросив на них урановую и плутониевую бомбы с взрывными эквивалентами 15 тыс. т тринитротолуола.

1 ноября 1952 годапроизведен взрыв специального устройства типа водородной бомбы под кодовым названием «Майк», представлявшего собой более чем 50-тонный куб высотой с 2-этажный дом и длиной ребра 7,5 м. Мощность взрыва, в результате которого был уничтожен остров на атолле Эниветок в Тихом океане, в 1 000 раз больше, чем у атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму.

12 августа 1953 годапроизведено первое испытание транспортабельной термоядерной бомбы на Семипалатинском полигоне. Мощность заряда соответствовала примерно 30 «хиросимам».

27 июня 1954 годапервая атомная электростанция с реактором АМ-1 (Атом Мирный) мощностью 5 МВт дала промышленный ток в подмосковном поселке Обнинске, на территории так называемой «Лаборатории В» (ныне Государственный научный центр РФ «Физико-энергетический институт»).

1954 год– в Институте атомной энергии был построен первый токамак. Данная ТОроидальная КАмера с МАгнитной Катушкой стала прототипом современных управляемых термоядерных реакторов.

30 октября 1961 годав Советском Союзе, на Новой Земле, была испытана самая мощная в мире водородная бомба с тротиловым эквивалентом 50 млн. т. Взрывная волна оказалась столь сильной, что выбила стекла в поселке Диксон, расположенном в 800 км от Новой Земли. Всего в мире к сегодняшнему дню взорвано более 2 000 ядерных и термоядерных зарядов, из них около 500 – в воздухе.

1991 год– впервые достигнута мощность термоядерной реакции в 1 МВт на современном токамаке – JET (Joint European Torus) в городе Абингдоне, недалеко от Оксфорда, в научном центре Culham lab. Сегодня на JET достигнут рубеж в 300 млн. градусов и 16 МВт мощности при секундной длительности импульса.

1998 год– закончен инженерный проект токамак-реактора ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Работы проводились совместными усилиями четырех сторон: Европы, России, США и Японии – с целью создания первого экспериментального реактора, рассчитанного на достижение долговременного термоядерного горения смеси дейтерия с тритием.

2010—2015 годы– планируется завершить строительство токамак-реактора ITER с полной мощностью термоядерных реакций не менее 1 ГВт при времени непрерывного горения плазмы десятки минут. Происходить оно будет с участием Канады, но без США, вышедших из консорциума. Стоимость данного проекта оценивается в 5 млрд. долларов.

2030—2035 годы– планируется закончить строительство первого демонстрационного термоядерного реактора, способного производить электроэнергию.

Топливный цикл разрабатываемых термоядерных реакторов в точности повторяет последовательность ядерных реакций, происходящих при взрыве водородной бомбы. Взрывчатым веществом термоядерной бомбы является дейтерид лития-6 – соединение тяжелого изотопа водорода (дейтерия) и изотопа лития с массовым числом 6. Дейтерид лития-6 – твердое вещество, и это позволяет хранить «сконцентрированный» дейтерий при плюсовых температурах. Второй компонент соединения, литий-6, – это сырье для получения самого дефицитного изотопа водорода – трития. При облучении его нейтронами он распадается на необходимый для термоядерной реакции тритий и неиспользуемый гелий. В термоядерной бомбе нейтроны, необходимые для термоядерной реакции, «обеспечивает» взрыв атомного «капсуля», и тот же взрыв создает условия, необходимые для начала реакции термоядерного синтеза, – температуру до 100 миллионов градусов и давление в миллионы атмосфер.

Таким образом, термоядерный реактор будет сжигать дейтерий и литий, а в результате реакций будет образовываться инертный газ гелий.

Для работы необходимо очень небольшое количество лития и дейтерия. Например, реактор с электрической мощностью 1 ГВт сжигает около 100 кг дейтерия и 300 кг лития в год. Если предположить, что все термоядерные электростанции будут производить 10 трлн. кВт•ч электроэнергии в год, то есть столько же, сколько сегодня производят все электростанции земли, то потребление дейтерия и лития составят всего 1 500 и 4 500 тонн в год. При таком расходе содержащегося в воде дейтерия (0,015%) хватит на то, чтобы снабжать человечество энергией в течение многих миллионов лет. Но поскольку для производства трития необходим литий, энергетические ресурсы такого типа реакторов ограничены запасами лития. Разведанные рудные запасы лития составляют 10 млн. тонн, и этих запасов должно хватить на многие сотни лет. Кроме того, литий содержится в морской воде в концентрации менее 0,0000002% и количестве, превышающем в тысячи раз разведанные запасы.

Кроме термоядерной энергетики на литий претендует современная радиоэлектронная промышленность. Всем хорошо известны литий-ионные аккумуляторы для сотовых телефонов, видеокамер и фотоаппаратов, в которых используется тот же самый литий. Это самый легкий металл, и поэтому в 30-граммовом Li-ion-аккумуляторе находится существенно больше атомов, способных к электрохимической реакции, чем в 100-граммовом никель-кадмиевом, а следовательно, и запасенная в аккумуляторе энергия оказывается существенно выше.

В природной смеси изотопов на долю лития-6 приходится только 7,5%, поэтому рачительные хозяева уже сегодня отделяют его от основного изотопа литий-7 и складируют в качестве стратегических запасов. Правда, тритий можно получать и из лития-7, но данный способ пока не планируется к промышленному применению. В свете предстоящего энергетического кризиса особенно актуальны и понятны требования производителей аккумуляторов не выбрасывать отслужившие свой век батареи на свалку, а сдавать для повторного использования находящихся в них ценных и редких металлов. Хотя возможно, что именно городские свалки и будут теми самыми месторождениями полезных ископаемых, которые придется «разрабатывать» нашим потомкам…