Управляемый термоядерный синтез

Потребности человечества в энергии из года в год растут. Сжигание огромного количества органического топлива в тепловых электростанциях неразумно и не обходится без последствий (количество двуокиси углерода в атмосфере удваивается каждые сорок лет). Необходимость уменьшения техногенного давления на природу, повышенные требования к безопасности, а также невозможность удовлетворения «энергоголода» за счет возобновляемых источников энергии заставляет человечество искать новые источники энергии. Ядерная энергетика, экономически эффективна, т.к. использует относительно дешевое топливо при его огромных запасах. Однако, она производит много радиоактивных отходов и не может похвалиться популярностью среди населения из-за ряда событий последних лет, связанных с загрязнением окружающей среды.

Гораздо более безопасным с точки зрения охраны окружающей среды является использование энергии синтеза легких ядер - управляемый термоядерный синтез. По такому же принципу работают и реакторы созданные природой - звезды.

Наиболее развитым направлением управляемого термоядерного синтеза (УТС) является магнитное удержание, когда активное вещество - плазма удерживается магнитным полем от взаимодействия со стенками реактора. Плазма нагревается до температуры в сотни миллионов градусов, идет реакция “горения” изотопов водорода, при которой сливаются ядра топлива с образованием нейтрального гелия и выделением большого количества энергии. При таком способе получения энергии в реакторе одномоментно находится всего несколько грамм топлива, что делает реактор практически безопасным. Количество отходов, производимых таким реактором, также в тысячи раз меньше, чем в реакторах деления.

Исследования проведенные в мире за последние 40 лет выдвинули на первое место установки токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитной Катушкой), изобретенные в СССР в 60-е годы. Именно на таких установках были получены параметры плазмы, необходимые для осуществления управляемой термоядерной реакции и в конце 90 годов продемонстрирована такая реакция. Для получения самоподдерживающейся реакции синтеза и отработки основных принципов управления реактором в настоящее время начато сооружение Международного Термоядерного Экспериментального Реактора ИТЭР (www.iter.org). Семь участников проекта -Япония, Европейский союз, Россия, США, Индия, Китай, и Корея договорились о сооружении реактора в кооперации во Франции.

Параллельно с работами по проектированию ИТЭРа, ведутся исследовательские работы по повышению эффективности термоядерного реактора-токамака будущего, снижению его стоимости, улучшению эксплуатационных характеристик и изучению возможности перехода на более перспективное неактивное топливо.

Сферические токамаки, представляют собой предельный случай обычного токамака, с сильно возрастающим к оси системы магнитным полем. Благодаря повышеноой устойчивости плазмы в такой конфигурации возрастает предельное давление и повышается эффективность использования магнитного поля, а следовательно растет экономическая эффективность реактора в целом. Сферические токамаки являются одним из наиболее вероятных кандидатов на роль промышденного термоядерного реактора либо на роль генератора потока термояденых нейтронов для испытатания модулей реактора.

Сравнение конфигураций традиционного и сферического токамаков

Исследования в области сферических токамаков ведутся в международной кооперации. Получено рекордное давление плазмы, достигающее 40% от давления магнитного поля, что в разы превышает давление полученное на обычных токамаках. Это гарантирует снижение стоимости и повышения эффективности термоядерных реакторно будущего. Для изучения привлекательных характеристик сферических токамаков в мире фунционирует более десяти сферических токамаков.