ТЕРМОЯ́ДЕРНЫЙ РЕА́КТОР

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.