Плазма и топливный цикл термоядерного реактора

Плазма и топливный цикл термоядерного реактора. Цель УТС обеспечить протекание реакции слияния лгких ядер. Наибольший интерес с этой точки зрения представляют реакции с участием изотопов водорода дейтерия и трития DT-цикл либо одного дейтерия DD-цикл. В первом случае рождаются -частица с энергией 3,5МэВ и нейтрон с энергией 14,1МэВ Во втором с равной вероятностью образуется ядро и нейтрон или тритон ядро трития и протон.

Выделяющаяся в различных реакциях синтеза энергия изменяется в несколько раз, тогда как их сечения, или вероятности зависящие от энергии взаимодействующих частиц, различаются более существенно.

Так, максимальное сечение DT-реакции превышает соответствующую величину для DD-реакции более чем в 50 раз. Кроме того, энергия сталкивающихся частиц температура плазмы, при которой достигается этот максимум, для первой реакции примерно в 10 раз ниже, чем для второй.

С этой точки зрения DT-реакция более предпочтительна и реализуется легче при меньших значениях температуры и плотности плазмы, так что в настоящее время концепция УТС исходит из использования DT-смеси. Однако третий нестабильный отсутствующий в природных условиях и весьма дорогой элемент. Его необходимо воспроизводить в самом реакторе. Поэтому в дальнейшем, после отработки необходимых систем, единственным топливом для реактора станет неизмеримо более дешвый и доступный дейтерий.

Интенсивность ядерной реакции, т.е. число актов взаимодействия в единице объма за единичный промежуток времени, сильно зависит от энергии сталкивающихся ядер. Поэтому для осуществления УТС требуется нагреть DT-смесь до очень высокой температуры, порядка 100 млн. градусов. Любое вещество при таких температурах представляет собой плазму. Однако даже столь огромная сама по себе не гарантирует успеха, ибо интенсивность термоядерного синтеза определяется не только температурой плазмы, но и е плотностью. Так, для наиболее вероятной DT-реакции плотность плазмы в термоядерном реакторе при указанной температуре должна быть не менее см. Поскольку тритий не встречается в природе, его следует воспроизводить в процессе работы реактора.

Для этого предусмотрена специальная оболочка, окружающая рабочую камеру и называемая бланкетом термоядерного реактора. Бланкет изготавливают из материала содержащего литий, т.к. тритий образуется в реакции. Сгорающий при синтезе тритий пополняется в литиевом бланкете, так что реактор работает, по существу на дейтерии и литии.

Запасы этих элементов на нашей планете настолько велики, что при прогнозируемых темпах потребления их должно хватить на многие сотни лет. Теплотворная способность термоядерного топлива во много раз выше, чем не только у обычного, но и у ядерного топлива АЭС. Действительно, при синтезе 1 г. DT-смеси выделяется примерно в 20 млн. раз больше энергии, чем при сгорании 1 г. угля, и в 8 раз больше, чем при полном делении 1 г. урана.

По составу бланкета термоядерные реакторы делятся на чистые и гибридные. В бланкете чистого реактора воспроизводится лишь тритий. В гибридном же реакторе Бланкет наряду с литием содержит исходные материалы для получения делящихся нуклидов - или. Образующиеся при их облучении нейтронами или служат топливом для реакторов деления. В обоих случаях тепловая энергия, выделяющаяся в бланкете, идет на нагрев теплоносителя и преобразуется в электрическую точно так же, как на АЭС. В чистом термоядерном реакторе единственная полезная продукция - это электроэнергия, а в гибридном реакторе к ней добавляются делящиеся нуклиды. 3.