ТЕРМОЯ́ДЕРНЫЙ РЕА́КТОР
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ТЕРМОЯ́ДЕРНЫЙ РЕА́КТОР, устройство для получения энергии за счёт реакций синтеза лёгких атомных ядер, протекающих при высоких темп-рах (⩾108 К). Создание Т. р. является осн. целью работ по термоядерному синтезу. Различают 2 типа Т. р. – импульсный с инерциальным удержанием и стационарный с магнитным удержанием плазмы. С нач. 21 в. осн. внимание привлекают разработки проектов Т. р. с магнитным удержанием, к ним относятся токамак и стелларатор.
Выделяющуюся в реакциях термоядерного синтеза энергию приобретают продукты реакции – нейтроны и заряженные частицы. Энергия нейтронов может быть преобразована в тепловую, затем вне объёма реактора – в электрическую. Быстрые заряженные частицы нагревают плазму, и когда мощность такого нагрева превышает тепловые потери, говорят о зажигании реакции синтеза. Поток энергии через первую стенку реактора, непосредственно обращённую к плазме, можно передать к.-л. теплоносителю для практич. использования. Доля энергии заряженных частиц может быть преобразована в электрич. энергию прямым путём.
В равнокомпонентной смеси дейтерия и трития для достижения зажигания должен быть выполнен Лоусона критерий: произведение плотности плазмы n (м–3) на время удержания энергии в плазме τ (с), nτ>2·1020 м–3·c. Анализ результатов экспериментов на разл. токамаках показал, что технически можно построить установку, в которой коэф. усиления мощности (отношение мощности термоядерных реакций к мощности, вложенной в плазму), т. н. добротность устройства, Q>1. Ныне во Франции ведётся строительство междунар. токамака ИТЭР (ITER, International Termonuclear Energy Reactor), цель которого – достижение в экспериментах с тритием в импульсе длительностью до 103 с значений Q≈5–10. В случае успешной реализации программы ИТЭР будет создана опытная (демо-) термоядерная электростанция. Осн. требование к плазме в этой установке – стационарность. Длительность импульса тока в плазме необходимо увеличить от 103 с до 103 ч. Первая стенка камеры должна обеспечивать работоспособность демоустановки в течение этих тысяч часов. При этом должны быть решены две задачи: эффективная стационарная генерация тока и надёжная работа стенки. Решение проблемы видится не столько в поиске соответствующих материалов, сколько в получении режимов с равномерной тепловой нагрузкой стенки.
Т. р. можно использовать не только для производства электроэнергии, но и как источник нейтронов. Быстрый нейтрон (14,6 МэВ) в окружающем плазму бланкете, содержащем 238U, может с выделением энергии 143 MэВ образовать до 3,3 атомов 239Pu, которые могут служить топливом для существующих атомных электростанций.