Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

метров в диаметре. Только в этом случае полезная мощность генератора будет

больше мощности, потребляемой магнитной системой.

Однако, если удастся создать громадные сверхпроводящие обмотки, что весьма

реально, КПД генераторов резко возрастет.

Стоимость электроэнергии, получаемой от термоядерных электростанций, будет очень

низкой вследствие дешевизны исходного сырья (воды). Настанет время, когда

электростанции будут вырабатывать буквально океаны электроэнергии. С помощью

этой электроэнергии станет возможным, быть может, не только кардинально изменить

условия жизни на Земле — повернуть вспять реки, осушить болота, обводнить

пустыни, — но и изменить облик окружающего космического пространства — заселить

и "оживить" Луну, окружить Марс атмосферой.

Л.А.Арцимович писал: "Вряд ли есть какие-либо сомнения в том, что в конечном

счете проблема управляемого синтеза будет решена. Природа может расположить на

пути решения этой проблемы лишь ограниченное число трудностей, и после того, как

человеку, благодаря непрерывному проявлению творческой активности, удастся их

преодолеть, она уже не в состоянии будет изобрести новые. Неизвестно лишь,

насколько затянется этот процесс…"

Одна из основных трудностей на этом пути — создание магнитного поля заданной

геометрии и величины. Магнитные поля в современных термоядерных ловушках

относительно невелики. Тем не менее если учесть громадные объемы камер,

отсутствие ферромагнитного сердечника, а также специальные требования к форме

магнитного поля, затрудняющие создание таких систем, то следует признать, что

имеющиеся ловушки — большое техническое достижение.

Последние годы стали временем дальнейшего развития исследований с помощью

токамаков. В СССР, США, Европе, Японии создаются все новые конструкции,

призванные повысить параметры плазмы до значений, соответствующих термоядерной

реакции. К числу наиболее характерных токамаков, введенных в строй в последние

годы, следует отнести Т-15 (СССР), JET (пущен в Англии, но создан совместными

трудами ученых стран СЭВ), TFTR (США), JT-60 (Япония).

Токамак Т-15 интересен сверхпроводящей тороидальной обмоткой, что является

перспективным техническим решением. Токамаки JET, TFTR, JT-60 также

предназначены дать первые нейтроны термоядерной реакции. Для всех этих

конструкций характерны крупные размеры: радиус камеры в пределах 2,6…3 м и

радиус поперечного сечения камеры 0,85…1,25 м. Медные тороидальные обмотки

создают круговое магнитное поле 3,5…5 Тл. Мощность генераторов, питающих эти

обмотки во время режима работы, длящегося несколько секунд, составляет несколько

сотен тысяч киловатт.

Специалисты СССР, США, Японии и европейских стран провели проектную проработку

интернационального токамака-реактора — ИНТОР. Согласно проекту, опытный реактор

содержит тороидальную камеру радиусом 5,2 и 1,4 м. В этом "бублике" объемом 320

м3 горит плазма плотностью 1,4 1014 част./см3 с температурой 100 млн. градусов,

"зажигаемая" током 6,4 млн. А, который наводится от индуктора, расположенного в

центре камеры.

Стенка из нержавеющей стали охлаждается водой, за стенкой размещен "бланкет"

толщиной полметра, в котором за год вырабатывается 7 кг трития. Магнитная

система, колпаком укрывающая камеру, выполнена из медненных сверхпроводящих лент

ниобия с оловом и ниобия с титаном. Она создает поле на обмотках 11,6 и 8 Тл, а

в центре рабочей камеры — 5,5 Тл. В магнитном поле запасена энергия, равная 10

тыс. кВт-ч.

В проекте предусмотрено выделение 620 тыс. кВт термоядерной энергии в течение

200 с, импульсные нагрузки оборудования будут покрываться из электросети и от

генератора мощностью 1 млн. кВт. Токамак типа "Интор" еще не может быть

динамически выгодным источником энергии, он станет прообразом будущего реактора

термоядерной электростанции.

На программу токамаков делается сегодня главная ставка, но не следует забывать,

что ведутся исследования по другим вариантам термоядерных реакторов. Весьма

перспективна дочерняя ветвь токамаков — открытые магнитные ловушки. Здесь

результаты не так высоки, но еще далеко не все резервы исчерпаны.

Нет сомнений в том, что мы живем в преддверии энергетического господства ядерных

реакторов синтеза. Из многих альтернативных конструкций наверняка удастся

выбрать что-то подходящее. Конечно, "чистые" реакторы-синтезаторы, производящие

электричество из водорода, появятся не сразу. Сначала термоядерные реакторы,

видимо, будут помогать обогащать уран на нынешних АЭС. Со временем энергия

нейтронов синтеза частично пойдет на осуществление своего электрогенераторного

цикла. И уж тогда-то можно будет начать постепенный демонтаж урановых котлов.

Энергетическая Программа СССР специально предусматривает создание необходимого

научно-технического потенциала для производства электрооборудования на основе

эффекта сверхпроводимости. Чем вызвано такое внимание к вопросам

сверхпроводникового электрооборудования?

Сверхпроводники часто называют ключом к электротехнике будущего. Это объясняется

их поистине удивительными свойствами.

Вообще-то, сверхпроводников как особых материалов не существует. Это обычные

материалы из элементов таблицы Менделеева, у которых в определенных условиях

появляются необычные свойства. Алюминий, например, считается хорошим

проводником, неплохо пропускает тепло и в своей толще чуть усиливает магнитное

поле (парамагнетик). При охлаждении ниже 1,2 К электропроводность алюминия

возрастает бесконечно (сверхпроводник), теплопроводность так же сильно

ухудшается (теплоизолятор), а магнитное поле в него уже не может проникнуть

(диамагнетик).

Казалось бы, что за достижение столь полезных качеств надо платить слишком

дорого — достижение низких температур — удовольствие недешевое. Оказалось,

однако, что стоимость рефрижераторов и тепловой защиты холодных зон несравнима с

достигаемыми преимуществами. Стало возможным без чрезмерных затрат получать

огромные токи (в несколько тысяч раз большие, чем в обычных проводниках) и

огромные магнитные поля при скромных сечениях токонесущих шин: именно это

является чрезвычайно важным при создании мощных электроэнергетических устройств.

Единая энергетическая система СССР объединяет более 900 электростанций общей

мощностью почти 300 тыс. МВт, но продолжается рост числа электрогенераторов и их

единичной мощности. Выгода от создания крупных машин очевидна: при мощности 300