термоядролын нэгдэл, хөнгөн атомын цөмүүдийг илүү хүнд цөм болгон нэгтгэх урвал нь хэт өндөр температурт явагддаг бөгөөд асар их хэмжээний энерги ялгардаг. Цөмийн нэгдэл нь атомын хуваагдлын урвуу урвал юм: сүүлчийнх нь хүнд цөмийг хөнгөн хэсгүүдэд хуваах замаар энерги ялгардаг. бас үзнэ үүЦөмийн задрал; ЦӨМИЙН ЭРЧИМ ХҮЧ.
Орчин үеийн астрофизикийн үзэл баримтлалын дагуу нар болон бусад оддын энергийн гол эх үүсвэр нь тэдний гүнд тохиолддог термоядролын нэгдэл юм. Газрын нөхцөлд энэ нь устөрөгчийн бөмбөг дэлбэрэх үед хийгддэг. Термоядролын нэгдэл нь урвалд орж буй бодисын нэгж масс тутамд асар их энерги ялгаруулдаг (химийн урвалаас 10 сая дахин их). Тиймээс энэ үйл явцыг эзэмшиж, түүний үндсэн дээр хямд, байгаль орчинд ээлтэй эрчим хүчний эх үүсвэрийг бий болгох нь ихээхэн сонирхол татаж байна. Гэсэн хэдий ч хөгжингүй олон орны шинжлэх ухаан, техникийн томоохон багууд хяналттай термоядролын хайлуулах (CTF) судалгааг хийж байгаа ч дулааны цөмийн эрчим хүчийг аж үйлдвэрийн аргаар үйлдвэрлэхээс өмнө шийдвэрлэх олон төвөгтэй асуудал байсаар байна.
Явах процессыг ашигладаг орчин үеийн атомын цахилгаан станцууд дэлхийн цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээг зөвхөн хэсэгчлэн хангадаг. Тэдний түлш нь байгалийн цацраг идэвхт элементүүд болох уран, тори бөгөөд тэдгээрийн тархалт, нөөц нь байгальд маш хязгаарлагдмал байдаг; Тиймээс олон орны хувьд импортлох асуудал тулгардаг. Термоядролын түлшний гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь далайн усанд агуулагдах устөрөгчийн изотоп дейтерий юм. Түүний нөөц нь олон нийтэд нээлттэй бөгөөд маш том (далай нь дэлхийн гадаргуугийн талбайн ~ 71% -ийг эзэлдэг, харин дейтерий нь усыг бүрдүүлдэг нийт устөрөгчийн атомын 0.016 орчим хувийг эзэлдэг). Түлшний нөөцөөс гадна термоядролын энергийн эх үүсвэрүүд нь атомын цахилгаан станцаас дараахь чухал давуу талуудтай: 1) UTS реактор нь цөмийн задралын реактороос хамаагүй бага цацраг идэвхт бодис агуулдаг тул цацраг идэвхт бүтээгдэхүүнийг санамсаргүйгээр ялгаруулах үр дагавар бага байдаг. аюултай; 2) термоядролын урвалууд нь урт наслалт багатай цацраг идэвхт хаягдал үүсгэдэг; 3) TCB нь шууд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.
Арцимович Л.А. Хяналттай термоядролын урвалууд. М., 1963 он
Дулааны болон атомын цахилгаан станцууд(1-р ном, 6-р хэсэг; 3-р дэвтэр, 8-р хэсэг). М., 1989
"NUCLEAR FUSION"-г олоорой
Зөвлөлтийн физикч О.А.Лаврентьев ЗХУ-д хяналттай термоядролын нэгдлийн асуудлыг анх удаа боловсруулж, түүнийг шийдвэрлэх тодорхой шийдлийг санал болгов. Түүнээс гадна А.Д.Сахаров, И.Е.Тамм зэрэг нэрт физикчид, мөн 1951 оноос хойш Зөвлөлтийн хяналттай термоядролын хайлуулах хөтөлбөрийг удирдаж байсан Л.А.Арцимович асуудлыг шийдвэрлэхэд чухал хувь нэмэр оруулсан.
Түүхийн хувьд дэлхийн түвшинд хяналттай термоядролын нэгдлийн асуудал 20-р зууны дунд үеэс үүссэн. И.В.Курчатов 1956 онд энэхүү шинжлэх ухааны асуудлыг шийдвэрлэхэд янз бүрийн орны атомын эрдэмтэд хамтран ажиллах санал тавьсан нь мэдэгдэж байна. Энэ нь Британийн "Харвелл" цөмийн төвд зочлох үеэр болсон юм ( Англи) .
Урвалын төрлүүд
Нэгдэх урвал нь дараах байдалтай байна: тодорхой хүч хэрэглэсний үр дүнд хоёр ба түүнээс дээш атомын цөмүүд маш ойртож, ийм зайд үйлчлэх хүч нь ижил цэнэгтэй цөмүүдийн хоорондох Кулоны түлхэлтийн хүчнээс давамгайлж, үүний үр дүнд шинэ цөм үүсдэг. Шинэ цөм үүсгэх үед хүчтэй харилцан үйлчлэлийн их энерги ялгарна. Алдарт E=mc² томъёоны дагуу энерги ялгарснаар нуклонуудын систем массынхаа нэг хэсгийг алдах болно. Бага хэмжээний цахилгаан цэнэгтэй атомын цөмийг зөв зайд хүргэх нь илүү хялбар байдаг тул хүнд устөрөгчийн изотопууд нь хайлуулах урвалын хамгийн сайн түлшний нэг юм.
Дейтери ба тритий гэсэн хоёр изотопын холимог нь урвалын явцад ялгарах энергитэй харьцуулахад хайлуулах урвалд хамгийн бага энерги шаардагддаг болохыг тогтоожээ. Гэсэн хэдий ч дейтерий ба тритий (D-T) хоёрын холимог нь хайлуулах судалгааны ихэнх сэдэв боловч энэ нь цорын ганц боломжит түлш биш юм. Бусад хольцыг үйлдвэрлэхэд хялбар байж болно; Тэдний урвалыг илүү сайн хянах боломжтой, эсвэл хамгийн чухал нь цөөхөн нейтрон үүсгэдэг. "Нейтронгүй" урвал гэж нэрлэгддэг урвалууд нь онцгой анхаарал татаж байна, учир нь ийм түлшийг үйлдвэрт амжилттай ашиглах нь материал, реакторын дизайны урт хугацааны цацраг идэвхт бохирдолгүй гэсэн үг бөгөөд энэ нь эргээд олон нийтийн санаа бодол, ерөнхий төлөв байдалд эерэгээр нөлөөлнө. зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулах реакторыг ажиллуулах зардал.ашиглалтаас гаргах болон устгах. Асуудал нь өөр түлш ашиглан хайлуулах урвалыг хадгалахад илүү хэцүү байдаг тул D-T урвалыг зөвхөн шаардлагатай эхний алхам гэж үздэг.
Хяналттай термоядролын нэгдэл нь ашигласан түлшний төрлөөс хамааран янз бүрийн термоядролын урвалыг ашиглаж болно.
Дейтерий + Тритиумын урвал (D-T түлш)
Хамгийн амархан хэрэгждэг урвал бол дейтерий + тритиум юм.
2 H + 3 H = 4 He + n нь 17.6 МэВ (МеВ) энергийн гаралтанд.
Ийм урвал нь орчин үеийн технологийн үүднээс хамгийн хялбар хэрэгждэг, эрчим хүчний ихээхэн гарц өгдөг, түлшний бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь хямд байдаг. Сул тал нь хүсээгүй нейтрон цацраг ялгаруулдаг.
Хоёр цөм: дейтерий ба тритий нэгдэн гелий цөм (альфа бөөмс) ба өндөр энергитэй нейтрон үүсгэдэг.
Токамак (Соронзон ороомогтой TOroidal танхим) нь соронзон плазмыг хорих зориулалттай тороид байгууламж юм. Плазм нь түүний температурыг тэсвэрлэх чадваргүй камерын хананд биш, харин тусгайлан бүтээсэн соронзон орны нөлөөгөөр хадгалагддаг. Токамакийн нэг онцлог нь плазмын тэнцвэрт байдалд шаардлагатай тороид талбарыг бий болгохын тулд плазмаар урсдаг цахилгаан гүйдлийг ашиглах явдал юм.
Урвал дейтерий + гелий-3
Дейтерий + гелий-3 урвалыг явуулах нь боломжийн хязгаарт хамаагүй хэцүү байдаг.
2 H + 3 He = 4 He + 18.4 МэВ энергийн гаралтанд.Үүнд хүрэх нөхцөл нь илүү төвөгтэй байдаг. Гели-3 бол ховор бөгөөд маш үнэтэй изотоп юм. Одоогоор үйлдвэрийн хэмжээнд үйлдвэрлэгдээгүй байна. Гэсэн хэдий ч үүнийг атомын цахилгаан станцаас ээлжлэн олж авсан тритиумаас авч болно; эсвэл саран дээр олборлосон.
Термоядролын урвал явуулах нарийн төвөгтэй байдлыг гурвалсан бүтээгдэхүүнээр тодорхойлж болно ntτ (барьцах хугацаа дахь температурын нягтрал). Энэ параметрийн дагуу D- 3 Тэр урвал нь D-T-ээс 100 дахин хэцүү байдаг.
Дейтерийн цөм хоорондын урвал (D-D, монопропеллант)
DD-плазмын үндсэн урвалаас гадна дараахь зүйл тохиолддог.
Эдгээр урвалууд нь дейтерий + гелий-3 урвалтай зэрэгцэн аажмаар явагддаг бөгөөд тэдгээрийн үед үүссэн тритий ба гели-3 нь дейтерийтэй шууд урвалд орох магадлал өндөр байдаг.
Бусад төрлийн урвалууд
Өөр хэд хэдэн төрлийн урвал бас боломжтой. Түлшний сонголт нь олон хүчин зүйлээс шалтгаална - түүний хүртээмж, хямд өртөг, эрчим хүчний гарц, хайлуулах урвалд шаардагдах нөхцлийг хангахад хялбар байдал (үндсэндээ температур), реакторын шаардлагатай дизайны шинж чанар гэх мэт.
"Нейтронгүй" урвалууд
Хамгийн ирээдүйтэй нь "нейтронгүй" гэж нэрлэгддэг урвалууд юм, учир нь термоядроны нэгдэл (жишээлбэл, дейтерий-тритий урвалын үед) үүссэн нейтроны урсгал нь эрчим хүчний ихээхэн хэсгийг зайлуулж, реакторын загварт өдөөгдсөн цацраг идэвхт бодис үүсгэдэг. Дейтерий + гелий-3 урвал нь нейтроны гарц байхгүйгээс болж ирээдүйтэй юм.
Хөнгөн устөрөгчийн урвал
D + T → 4 He (3.5 МэВ) + n (14.1 МэВ).
Гэсэн хэдий ч, энэ тохиолдолд суллагдсан кинетик энергийн ихэнх нь (80% -иас дээш) яг нейтрон дээр унадаг. Бусад атомуудтай хэлтэрхийнүүд мөргөлдсөний үр дүнд энэ энерги нь дулааны энерги болж хувирдаг. Үүнээс гадна хурдан нейтронууд нь ихээхэн хэмжээний цацраг идэвхт хог хаягдлыг үүсгэдэг. Үүний эсрэгээр, дейтерий ба гелий-3-ийн нэгдэл нь цацраг идэвхт бодис бараг үүсгэдэггүй.
D + 3 He → 4 He (3.7 МэВ) + p (14.7 МэВ), энд p нь протон юм.
Энэ нь соронзон гидродинамик генератор гэх мэт хайлуулах кинетик урвалын хувиргах системийг илүү энгийн бөгөөд үр ашигтай болгох боломжийг олгодог.
Реакторын дизайн
Хяналттай термоядролын хайлалтыг хэрэгжүүлэх хоёр үндсэн схем байдаг бөгөөд одоо боловсруулалт нь үргэлжилж байна (2012).
Эхний төрлийн термоядролын реактор нь хоёр дахьтой харьцуулахад илүү сайн хөгжиж, судлагдсан байдаг.
Цацрагийн аюулгүй байдал
Термоядролын реактор нь цацрагийн хувьд цөмийн реактороос хамаагүй аюулгүй. Юуны өмнө түүний доторх цацраг идэвхт бодисын хэмжээ харьцангуй бага. Аливаа ослын үр дүнд ялгарах энерги нь бас бага бөгөөд реакторыг сүйрүүлэхэд хүргэж чадахгүй. Үүний зэрэгцээ реакторын дизайнд цацраг идэвхт бодис тархахаас сэргийлдэг хэд хэдэн байгалийн саад тотгорууд байдаг. Жишээлбэл, вакуум камер ба криостатын бүрхүүл нь битүүмжлэгдсэн байх ёстой, эс тэгвээс реактор зүгээр л ажиллах боломжгүй болно. Гэсэн хэдий ч ITER-ийг зохион бүтээх явцад ердийн ашиглалтын үед болон болзошгүй ослын үед цацрагийн аюулгүй байдалд ихээхэн анхаарал хандуулсан.
Цацраг идэвхт бохирдлын хэд хэдэн эх үүсвэр байдаг:
- устөрөгчийн цацраг идэвхт изотоп нь тритиум юм;
- нейтроны цацрагийн үр дүнд суурилуулсан материалд үүссэн цацраг идэвхт байдал;
- эхний хананд плазмын нөлөөллийн үр дүнд үүссэн цацраг идэвхт тоос;
- хөргөлтийн системд үүсч болох цацраг идэвхт зэврэлтийн бүтээгдэхүүн.
Тритиум ба тоос нь вакуум камер болон криостатаас хэтэрсэн тохиолдолд тархахаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд реакторын барилгад даралтыг бууруулах тусгай агааржуулалтын систем шаардлагатай. Тиймээс агааржуулалтын шүүлтүүрээс бусад тохиолдолд барилгаас агаар гарахгүй.
Жишээлбэл, ITER гэх мэт реактор барихад цөмийн эрчим хүч дээр аль хэдийн туршсан материалыг ашиглах болно. Үүнээс үүдэн өдөөгдсөн цацраг идэвхит байдал харьцангуй бага байх болно. Ялангуяа хөргөлтийн систем эвдэрсэн ч гэсэн байгалийн конвекц нь вакуум камер болон бусад бүтцийн элементүүдийг хөргөхөд хангалттай байх болно.
Осол гарсан ч цацраг идэвхт бодис ялгарах нь иргэдэд аюул учруулахгүй, нүүлгэн шилжүүлэх шаардлагагүй гэдгийг тооцоолсон.
Түлшний эргэлт
Эхний үеийн реакторууд нь дейтерий, тритиумын холимог дээр ажиллах магадлалтай. Урвалын явцад гарч ирэх нейтронууд реакторын хамгаалалтанд шингэж, ялгарсан дулааныг дулаан солилцуур дахь хөргөлтийн шингэнийг халаахад зарцуулж, энэ энерги нь эргээд генераторыг эргүүлэхэд зарцуулагдана.
. .Аж үйлдвэрийн эрчим хүчний эх үүсвэр болгон хайлуулах урвал
Олон судлаачид (ялангуяа Кристофер Ллевэллин-Смит) хайлуулах энергийг урт хугацаанд "байгалийн" эрчим хүчний эх үүсвэр гэж үздэг. Эрчим хүч үйлдвэрлэхэд хайлуулах реакторыг арилжааны зориулалтаар ашиглахыг дэмжигчид дараахь аргументуудыг өөрсдийн талд тавьж байна.
Уламжлалт эх үүсвэртэй харьцуулахад цахилгаан эрчим хүчний өртөг
Нийтийн хэрэглээний цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд цөмийн хайлуулагчийн үр ашгийн асуудал нээлттэй хэвээр байгааг шүүмжлэгчид онцолж байна. Их Британийн Парламентын Шинжлэх ухаан, технологийн товчооны захиалгаар хийсэн ижил судалгаа нь хайлуулах реактор ашиглан цахилгаан үйлдвэрлэх зардал нь ердийн эрчим хүчний эх үүсвэрийн зардлын спектрийн дээд хэсэгт байх магадлалтайг харуулж байна. Ирээдүйд байгаа технологи, зах зээлийн бүтэц, зохицуулалтаас их зүйл шалтгаална. Цахилгаан эрчим хүчний өртөг нь ашиглалтын үр ашиг, ашиглалтын үргэлжлэх хугацаа, реакторыг зайлуулах зардлаас шууд хамаардаг.
Судалгааны зардал бас бий. ЕХ-ны орнууд судалгаанд жил бүр 200 сая евро зарцуулдаг бөгөөд цөмийн хайлалтыг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглах боломжтой болох хүртэл дахиад хэдэн арван жил шаардлагатай гэж таамаглаж байна. Цөмийн бус цахилгаан эрчим хүчний өөр эх үүсвэрийг дэмжигчид эдгээр хөрөнгийг сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрийг нэвтрүүлэхэд чиглүүлэх нь илүү оновчтой гэж үзэж байна.
Арилжааны хайлуулах эрчим хүчний хүртээмж
Өргөн тархсан өөдрөг үзэлтэй байсан ч (1950-иад оны эхэн үеийн судалгаанаас хойш) цөмийн хайлуулах үйл явц, технологийн боломж, цөмийн хайлалтыг практикт ашиглах өнөөгийн ойлголтын хоорондох томоохон саад бэрхшээлийг даван туулж чадаагүй байна. Термоядролын хайлалтыг ашиглан цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх нь хэр хэмнэлттэй байх нь бүр тодорхойгүй байна. Судалгааны ажилд байнгын ахиц дэвшил гарч байгаа ч судлаачид шинэ сорилтуудтай байнга тулгардаг. Тухайлбал, ердийн цөмийн реактороос 100 дахин илүү эрчимтэй гэж тооцоолсон нейтроны бөмбөгдөлтийг тэсвэрлэх чадвартай материал бүтээх нь тулгамдсан асуудал юм. Нейтроны цөмтэй харилцан үйлчлэлийн хөндлөн огтлол нь эрчим хүч нэмэгдэж байгаа протон ба нейтроны тооноос хамаарахаа больж, атомын цөмийн хөндлөн огтлол руу чиглэдэг - 14 МэВ нейтроны хувьд зүгээр л байдаг тул асуудлын ноцтой байдлыг улам хүндрүүлдэг хангалттай бага харилцан үйлчлэлийн хөндлөн огтлолтой изотоп байхгүй. Энэ нь D-T болон D-D реакторын загварыг маш олон удаа солих шаардлагатай болж, ашигт ажиллагааг нь бууруулж, эдгээр хоёр төрлийн реакторын орчин үеийн загваруудын өртөг нь тэдгээрт үйлдвэрлэсэн эрчим хүчний зардлаас их байх болно. Гурван төрлийн шийдэл байж болно:
- Цэвэр цөмийн хайлалтыг үгүйсгэх, түүнийг уран эсвэл торийг задлахад нейтроны эх үүсвэр болгон ашиглах.
- D-T ба D-D синтезээс татгалзаж, бусад синтезийн урвалыг (жишээлбэл, D-He).
- Бүтцийн материалын өртөг огцом буурах эсвэл цацраг туяаны дараа нөхөн сэргээх процессыг боловсруулах. Материалын шинжлэх ухаанд асар их хөрөнгө оруулалт шаардлагатай ч хэтийн төлөв нь тодорхойгүй байна.
D-He-ийн нийлэгжилтийн явцад үүсэх гаж нөлөө D-D (3%) нь реакторын хэмнэлттэй загварыг үйлдвэрлэхэд хүндрэл учруулдаг боловч өнөөгийн технологийн түвшинд боломжгүй зүйл биш юм.
Судалгааны дараах үе шатууд байдаг.
1. Тэнцвэр эсвэл "дамжуулах" горим(Завсарлага): хайлуулах явцад ялгарах нийт энерги нь урвалыг эхлүүлэх, хадгалахад зарцуулсан нийт энергитэй тэнцүү байх үед. Энэ харьцааг тэмдгээр тэмдэглэв Q.
2. Гялалзсан плазм(Шатаж буй плазм): Завсрын үе шат бөгөөд энэ нь урвалыг гадны халаалтаар бус харин урвалын явцад үүссэн альфа тоосонцороор дэмжих болно. Q ≈ 5. Одоогоор (2012) хүрч чадаагүй байна.
3. Гал асаах(Гал асаах): тогтвортой бие даасан урвал. Өндөр үнэ цэнэд хүрэх ёстой Q. Одоогоор хүрсэнгүй.
Судалгааны дараагийн алхам нь Олон улсын термоядролын туршилтын реактор (ITER) байх ёстой. Энэхүү реактор дээр өндөр температурт плазмын (дөлтэй плазмын) шинж чанарыг судлахаар төлөвлөж байна. Q~ 30) болон үйлдвэрлэлийн реакторын бүтцийн материал.
Судалгааны эцсийн шат нь DEMO: гал асаах чадвартай, шинэ материалын практикт тохирсон эсэхийг харуулах үйлдвэрлэлийн реакторын прототип юм. DEMO үе шатыг дуусгах хамгийн өөдрөг таамаглал: 30 жил. Аж үйлдвэрийн реакторыг барьж ашиглалтад оруулах цагийг тооцвол бид дулааны цөмийн эрчим хүчийг үйлдвэрлэлийн зориулалтаар ашиглахаас ~40 жилээр тусгаарлагдсан.
Одоо байгаа токамакууд
Дэлхий дээр нийтдээ 300 орчим токамак барьсан. Тэдгээрийн хамгийн том нь доор жагсаав.
- ЗХУ ба Орос
- Т-3 бол анхны функциональ төхөөрөмж юм.
- Т-4 - Т-3-ийн томруулсан хувилбар
- Т-7 бол шингэн гелийээр хөргөсөн цагаан тугалга ниобат дээр суурилсан хэт дамжуулагч соленоид бүхий харьцангуй том соронзон системийг дэлхийд анх удаа нэвтрүүлсэн өвөрмөц суурилуулалт юм. Т-7-ийн үндсэн ажил дууссан: дулааны цөмийн эрчим хүчний инженерийн хэт дамжуулагч соленоидын дараагийн үеийн хэтийн төлөвийг бэлтгэв.
- T-10 ба PLT нь хайлуулах судалгааны дэлхийн дараагийн алхам бөгөөд тэдгээр нь бараг ижил хэмжээтэй, ижил хүч чадалтай, ижил хязгаарлалттай байдаг. Хүлээн авсан үр дүн нь ижил байна: термоядролын хайлуулах хүссэн температурт хоёр реакторт хүрсэн бөгөөд Лоусоны шалгуурын дагуу хоцролт нь ердөө хоёр зуу дахин их байна.
- Т-15 бол 3.6 Т талбайг өгдөг хэт дамжуулагч соленоид бүхий өнөөгийн реактор юм.
- Ливи
- ТМ-4А
Холбоосууд
- Э.П. Велихов; С.В. МирновХяналттай термоядролын нэгдэл нь барианы шугам руу ордог (PDF). Троицкийн инноваци ба дулааны цөмийн судалгааны хүрээлэн. "Курчатовын хүрээлэн" Оросын судалгааны төв.. ac.ru. - Асуудлын түгээмэл мэдэгдэл. 2012 оны 2-р сарын 5-ны өдөр эх эхээс архивлагдсан. 2007 оны 8-р сарын 8-нд авсан.
- C. Llewellyn-Smith.Термоядролын энергид хүрэх замд. 2009 оны 5-р сарын 17-нд FIAN дээр уншсан лекцийн материал.
- АНУ-д термоядролыг нэгтгэх асар том туршилт болно.
бас үзнэ үү
Тэмдэглэл
- Бондаренко Б.Д. "ЗСБНХУ-д хяналттай термоядролын хайлуулах талаар асуулт тавьж, судалгааг эхлүүлэхэд О.А.Лаврентьевын үүрэг" // UFN 171 , 886 (2001).
- "ОХУ-ын Ерөнхийлөгчийн архиваас" хэсэгт нийтлэгдсэн А.Д.Сахаровын тойм. UFN 171 , 902 (2001), 908-р тал.
- ЗХУ-ын физикчдийн шинжлэх ухааны нийгэмлэг. 1950-1960-аад он. Баримт бичиг, дурсамж, судалгаа/ Эмхэтгэсэн, найруулсан П.В.Визгин, А.В.Кессених. - Санкт-Петербург. : RGHA, 2005. - T. I. - S. 23. - 720 х. - 1000 хувь.
- АНУ-ын анхны термоядролын зэвсгүүдэд мөн 7 масстай литийн изотоп агуулсан байгалийн литийн дейтеридыг ашигладаг байсан. Энэ нь мөн тритиумын эх үүсвэр болдог боловч үүний тулд урвалд оролцож буй нейтронууд 10 МэВ энергитэй байх ёстой. илүү өндөр.
- Өндөр температурын плазм дээр MHD генератор бүхий нейтронгүй циклийн термоядролын цахилгаан станцууд (жишээлбэл, D + 3 He → p + 4 He + 18.353 МэВ);
- Е.П.Велихов, С.В.ПутвинскийТермоядролын реактор. Форнит (1999 оны 10-р сарын 22). -Дэлхийн эрдэмтдийн холбооны эрчим хүчний төвийн хүрээнд хийсэн 1999 оны 10-р сарын 22-ны өдрийн тайлан. 2012 оны 2-р сарын 5-нд эх сурвалжаас архивлагдсан. 2011 оны 1-р сарын 16-нд авсан.
- (Англи хэл) Бичлэг: Nuclear Fusion, 2003
- EFDA | Европын нэгдэх хөгжлийн гэрээ
- Торе Супра
- Токамак хайлуулах туршилтын реактор
- Принстоны плазмын физикийн лабораторийн тойм
- MIT Plasma Science & Fusion Center: судалгаа>алкатор>
- Нүүр хуудас - Fusion вэбсайт
- Fusion Plasma судалгаа
- Хиймэл нар
- Термоядрол тэгээс гарч ирэв - Сонин. Ру
- "Хүн аалз 2" ("Хүн аалз 2") киноны тухай мэдээлэл - Cinema "Cosmos"
| Цөмийн технологи | |
|---|---|
| Инженерчлэл | |
| материал | |
| Цөмийн эрчим хүч | |
| цөмийн анагаах ухаан | |
| Цөмийн зэвсэг | |
| Эрчим хүч бүтээгдэхүүн, салбараар бүтэц |
||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Эрчим хүчний үйлдвэр: цахилгаан |
| |||||||||||||||||||||||||
Бүх одод, тэр дундаа манай нар нь термоядролын хайлалтыг ашиглан эрчим хүч үйлдвэрлэдэг. Шинжлэх ухааны ертөнц асуудалтай байна. Эрдэмтэд ийм нэгдэл (термоядролыг) олж авах бүх арга замыг мэддэггүй. Хөнгөн атомын цөмүүдийг нэгтгэж, илүү хүнд болгон хувиргах нь хяналттай эсвэл тэсрэх чадвартай энергийг олж авсныг харуулж байна. Сүүлийнх нь термоядролын тэсрэх байгууламжид ашиглагддаг. Хяналттай термоядролын процесс нь бусад цөмийн энергиэс ялгаатай нь хүнд цөмийг хөнгөн хэсгүүдэд хуваах үед задрах урвалыг ашигладаг боловч дейтерий (2 Н) ба тритий (3 N) - хайлуулах, өөрөөр хэлбэл хяналттай термоядролыг ашиглан цөмийн урвал явагддаг. хайлуулах. Цаашид гелий-3 (3 He), бор-11 (11 В) ашиглахаар төлөвлөж байна.
Мөрөөдөл
Уламжлалт, алдартай термоядролын нэгдэл нь өнөөгийн физикчдийн мөрөөдөлтэй андуурч болохгүй, түүний биелэлд хэн ч итгэдэггүй. Энэ нь ямар ч, тэр ч байтугай өрөөний температурт цөмийн урвалыг хэлнэ. Түүнчлэн, энэ нь цацраг туяа, хүйтэн термоядролын нэгдэл байхгүй байна. Нэвтэрхий толь бичигт атом-молекулын (химийн) систем дэх цөмийн хайлуулах урвал нь бодисыг их хэмжээгээр халаах шаардлагагүй үйл явц гэж хэлдэг боловч хүн төрөлхтөн ийм эрчим хүчийг хараахан гаргаж амжаагүй байна. Энэ нь нэгдэл үүсэх бүх цөмийн урвал нь плазмын төлөвт байдаг бөгөөд түүний температур нь сая сая градус байдаг.
Одоогийн байдлаар энэ бол физикчдийн мөрөөдөл биш, харин шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолчдын мөрөөдөл боловч хөгжил нь удаан хугацаанд, тууштай үргэлжилж байна. Чернобыль, Фукушимагийн түвшний байнгын аюулгүйгээр термоядролын нэгдэл нь хүн төрөлхтний сайн сайхны төлөөх агуу зорилго биш гэж үү? Гадаадын шинжлэх ухааны ном зохиолууд энэ үзэгдлийг өөр өөр нэрээр нэрлэжээ. Жишээлбэл, LENR нь бага энергитэй цөмийн урвал, CANR нь химийн аргаар өдөөгдсөн (тусламжтай) цөмийн урвалыг илэрхийлдэг. Ийм туршилтыг амжилттай хэрэгжүүлсэн нь хамгийн өргөн хүрээний мэдээллийн санг төлөөлдөг байсан. Гэхдээ хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр өөр "нугас" гаргасан эсвэл үр дүн нь буруу шаталсан туршилтуудын тухай ярьсан. Хүйтэн термоядролын нэгдэл нь түүний оршин тогтнох бодит нотолгоог хараахан аваагүй байна.
од элемент
Устөрөгч бол сансар огторгуйд хамгийн элбэг байдаг элемент юм. Нарны массын бараг тал хувь нь болон бусад оддын ихэнх нь түүний эзлэх хувийг эзэлдэг. Устөрөгч нь зөвхөн тэдгээрийн найрлагад байдаггүй - од хоорондын хий, хийн мананцарт маш их байдаг. Оддын гүнд, тэр дундаа Нарны гүнд термоядролын нэгдэл үүсэх нөхцөл бүрддэг: тэнд устөрөгчийн атомын цөмүүд гелий атом болж хувирч, улмаар асар их энерги үүсгэдэг. Устөрөгч нь түүний гол эх үүсвэр юм. Манай Нар секунд тутамд дөрвөн сая тонн бодистой тэнцэх энергийг сансар огторгуйд цацруулдаг.
Дөрвөн устөрөгчийн цөмийг нэг гелий цөмд нэгтгэх нь үүнийг өгдөг. Нэг грамм протон шатаах үед термоядролын нэгдлийн энерги нь ижил хэмжээний нүүрс шатаахтай харьцуулахад хорин сая дахин их ялгардаг. Оддын гүнд байдаг ийм температур, даралтыг хүн хараахан эзэмшээгүй байгаа тул хуурай газрын нөхцөлд термоядролын нэгдлийн хүч боломжгүй юм. Наад зах нь гучин тэрбум жилийн хугацаанд манай нар устөрөгчийн улмаас сөнөхгүй, сулрахгүй гэдгийг тооцоо харуулж байна. Дэлхий дээр хүмүүс устөрөгчийн энерги гэж юу болох, термоядролын нэгдлийн урвал гэж юу болохыг дөнгөж ойлгож эхэлж байна, учир нь энэ хийтэй ажиллах нь маш эрсдэлтэй бөгөөд түүнийг хадгалахад маш хэцүү байдаг. Одоогоор хүн төрөлхтөн зөвхөн атомыг хуваах боломжтой. Мөн реактор бүр (цөмийн) энэ зарчим дээр суурилдаг.
Термоядролын нэгдэл
Цөмийн энерги нь атомын задралын бүтээгдэхүүн юм. Харин нийлэгжилт нь эрчим хүчийг өөр аргаар хүлээн авдаг - үхлийн аюултай цацраг идэвхт хаягдал үүсэхгүй, далайн уснаас бага хэмжээний энерги гаргаж авахад хангалттай байх үед тэдгээрийг өөр өөр аргаар авдаг. хоёр тонн нүүрс шатааж байна. Дэлхийн лабораториудад хяналттай термоядролын нэгдэл бүрэн боломжтой гэдгийг аль хэдийн нотолсон. Гэвч энэ эрчим хүчийг ашиглах цахилгаан станцууд хараахан баригдаагүй, барих нь ч төлөвлөгдөөгүй байна. Гэхдээ зөвхөн АНУ хоёр зуун тавин сая долларыг хяналттай термоядролын нэгдлийн үзэгдлийг судлахад зарцуулсан.
Дараа нь эдгээр судалгаанууд шууд утгаараа гутаагдсан. 1989 онд химич С.Понс (АНУ), М.Флешман (Их Британи) нар эерэг үр дүнд хүрч, термоядролын нэгдэл эхлүүлснээ дэлхий нийтэд зарлав. Асуудал нь эрдэмтэд хэт яарч, нээлтээ шинжлэх ухааны ертөнцөд хянуулахгүй байх явдал байв. Хэвлэл мэдээллийнхэн тэр даруйдаа шуугиан тарьж, энэ зууны нээлт гэж мэдэгдэв. Баталгаажуулалтыг дараа нь хийсэн бөгөөд зөвхөн туршилтын алдаа илрээгүй - энэ нь бүтэлгүйтсэн юм. Дараа нь сэтгүүлчид төдийгүй дэлхийн хэмжээний нэр хүндтэй олон физикчид сэтгэл дундуур байв. Принстоны их сургуулийн нэр хүндтэй лабораториуд энэхүү туршилтыг туршихын тулд тавин сая гаруй доллар зарцуулжээ. Тиймээс түүний үйлдвэрлэлийн зарчим болох хүйтэн термоядролын хайлалтыг хуурамч шинжлэх ухаан гэж зарлав. Зөвхөн жижиг, тархай бутархай сонирхогчдын бүлгүүд л эдгээр судалгааг үргэлжлүүлэв.
мөн чанар
Одоо энэ нэр томъёог солихыг санал болгож байгаа бөгөөд хүйтэн цөмийн хайлуулахын оронд дараах тодорхойлолт сонсогдох болно: болор тороор өдөөгдсөн цөмийн процесс. Энэ үзэгдлийг вакуум дахь цөмийн мөргөлдөөний үүднээс авч үзвэл ердөө л боломжгүй, бага температурт хэвийн бус үйл явц гэж ойлгогддог - цөмүүдийг нэгтгэх замаар нейтрон ялгардаг. Эдгээр процессууд нь механик нөлөөлөл, фазын шилжилт, дейтерийн (устөрөгчийн) сорбци эсвэл десорбцийн нөлөөн дор болор торонд уян хатан энергийн хувиралтаар өдөөгдсөн тэнцвэрт бус хатуу биетүүдэд байж болно. Энэ нь устөрөгчийн цөмүүд нийлж, гелий цөм болж хувирч асар их энерги ялгаруулдаг аль хэдийн алдартай халуун термоядролын урвалын аналог боловч энэ нь өрөөний температурт тохиолддог.
Хүйтэн хайлалтыг химийн аргаар өдөөгдсөн фото цөмийн урвал гэж илүү нарийн тодорхойлдог. Шууд хүйтэн термоядролын нэгдэл хэзээ ч хүрч чадаагүй боловч хайлтаар огт өөр стратеги санал болгосон. Термоядролын урвал нь нейтрон үүсэх замаар өдөөгддөг. Химийн урвалын механик өдөөлт нь гүн электрон бүрхүүлийг өдөөхөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь гамма эсвэл рентген цацрагийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цөмд саад болдог. Өөрөөр хэлбэл фотонуклеар урвал явагдана. Цөмүүд задарч, улмаар нейтрон, магадгүй гамма цацраг үүсгэдэг. Дотоод электронуудыг юу өдөөж болох вэ? Магадгүй цочролд орсон байх. Уламжлалт тэсрэх бодисын дэлбэрэлтээс .
Реактор
Дөч гаруй жилийн турш дэлхийн термоядролын лобби нь TOKAMAK ашиглан олж авах ёстой термоядролын нэгдлийн судалгаанд жил бүр нэг сая орчим доллар зарцуулдаг. Гэсэн хэдий ч бараг бүх дэвшилтэт эрдэмтэд ийм судалгааны эсрэг байдаг, учир нь эерэг үр дүн гарах боломжгүй юм. Баруун Европ, АНУ урам хугаран бүх ТОКАМАК-уудаа буулгаж эхлэв. Зөвхөн Орос улсад тэд гайхамшигт итгэдэг хэвээр байна. Хэдийгээр олон эрдэмтэд энэ санааг цөмийн хайлуулах хамгийн тохиромжтой тоормосны хувилбар гэж үздэг. TOKAMAK гэж юу вэ? Энэ бол соронзон ороомог бүхий тороид камер болох хайлуулах реакторын хоёр төслийн нэг юм. Мөн стларатор байдаг бөгөөд плазмыг соронзон орон дотор хадгалдаг боловч соронзон орныг өдөөдөг ороомог нь TOKAMAK-аас ялгаатай нь гаднах байдаг.
Энэ бол маш нарийн төвөгтэй дизайн юм. TOKAMAK нь нарийн төвөгтэй байдлын хувьд Том адрон коллайдерт нэлээд зохистой юм: арван сая гаруй элемент, нийт зардал, барилгын болон төслийн өртөгтэй хамт хорин тэрбум еврог давж гардаг. Коллайдер нь хамаагүй хямд байсан бөгөөд ОУСС-д засвар үйлчилгээ хийхэд илүү зардал гарахгүй. Тороид соронз нь наян мянган километр хэт дамжуулагч утас шаарддаг бөгөөд нийт жин нь дөрвөн зуун тонноос давж, реактор бүхэлдээ хорин гурван мянган тонн жинтэй байдаг. Жишээлбэл, Эйфелийн цамхаг долоон мянга гаруй жинтэй. TOKAMAK плазм нь найман зуун дөчин шоо метр юм. Өндөр нь далан гурван метр, жаран нь газар доорх. Харьцуулбал: Спасская цамхаг ердөө далан нэг метр өндөр юм. Реакторын тавцангийн талбай нь жаран хөл бөмбөгийн талбай шиг дөчин хоёр га юм. Плазмын температур нь нэг зуун тавин сая градус байна. Нарны төвд энэ нь арав дахин бага байдаг. Энэ бүхэн нь хяналттай термоядролын нэгдлийн (халуун) төлөө юм.
Физик, химич нар
Харин Флешман, Понс хоёрын “татгалзсан” нээлт рүүгээ буцъя. Дейтерийн атомууд долгионы нөлөөг дагаж, цөмийн энерги нь квант талбайн онолын дагуу дулаан хэлбэрээр ялгардаг нөхцлийг бүрдүүлсээр ирсэн гэж тэдний бүх хамтрагчид мэдэгддэг. Дашрамд хэлэхэд сүүлийнх нь төгс боловсронгуй, гэхдээ маш нарийн төвөгтэй бөгөөд физикийн зарим тодорхой үзэгдлийн тайлбарт бараг хэрэглэх боломжгүй юм. Тийм ч учраас хүмүүс үүнийг батлахыг хүсдэггүй байх. Флэшман лабораторийн бетонон шалыг хүйтэн хайлмалаас үүссэн гэж үзэж байгаа дэлбэрэлтийн улмаас зүсэгдсэнийг харуулж байна. Гэсэн хэдий ч физикчид химичдэд итгэдэггүй. Яагаад гэж гайхаж байна?
Эцсийн эцэст, энэ чиглэлийн судалгаа зогссоноор хүн төрөлхтөнд хичнээн их боломж хаагдсан бэ! Асуудал нь ердөө л дэлхий нийтийн шинжтэй бөгөөд тэдгээрийн олон нь бий. Мөн тэд бүгд шийдэл шаарддаг. Энэ бол байгаль орчинд ээлтэй эрчим хүчний эх үүсвэр бөгөөд үүгээр дамжуулан атомын цахилгаан станц ашиглалтад орсны дараа асар их хэмжээний цацраг идэвхт хаягдлыг ариутгах, далайн усыг давсгүйжүүлэх болон бусад олон зүйлийг хийх боломжтой юм. Хэрэв бид индукцийн цацраг идэвхт бодисыг бий болгодог нейтроны урсгалыг ашиглахгүйгээр үелэх системийн зарим элементүүдийг огт өөр элемент болгон хувиргах замаар эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг эзэмшиж чадвал. Гэвч шинжлэх ухаан албан ёсоор, одоо ямар ч химийн элементийг огт өөр болгон хувиргах боломжгүй гэж үзэж байна.
Росси-Пархомов
2009 онд зохион бүтээгч А.Росси хүйтэн термоядролын хайлалтыг хэрэгжүүлдэг Rossi Energy Catalyst хэмээх аппаратыг патентжуулжээ. Энэ төхөөрөмжийг олон нийтэд удаа дараа үзүүлсэн ч бие даан баталгаажуулаагүй байна. Физикч Марк Гиббс сэтгүүлийн хуудсан дээр зохиогч болон түүний нээлтийг хоёуланг нь ёс суртахууны хувьд устгасан: бодит дүн шинжилгээ хийхгүйгээр олж авсан үр дүн нь зарласан үр дүнтэй давхцаж байгааг баталж, энэ нь шинжлэх ухааны мэдээ байж чадахгүй гэж тэд хэлэв.
Гэвч 2015 онд Александр Пархомов Россигийн туршилтыг өөрийн бага энергитэй (хүйтэн) цөмийн реактор (LENR) дээр амжилттай давтаж, арилжааны ач холбогдол нь эргэлзээтэй байгаа ч энэ нь асар их ирээдүйтэй гэдгийг нотолсон. Атомын цахилгаан станцын ашиглалтын бүх Оросын судалгааны хүрээлэнгийн семинарт танилцуулсан туршилтууд нь Россигийн оюун санааны хамгийн анхдагч хуулбар болох түүний цөмийн реактор нь хоёр ба хагас дахин их эрчим хүч гаргаж чаддаг болохыг харуулж байна. хэрэглэхээс илүү.
Эрчим хүч
Магнитогорскийн домогт эрдэмтэн А.В.Вачаев "Энергонива" суурилуулалтыг бүтээж, түүний тусламжтайгаар элементүүдийг хувиргах, энэ үйл явцад цахилгаан үүсгэх тодорхой үр нөлөөг олж илрүүлжээ. Итгэхэд бэрх байлаа. Энэхүү нээлтэд суурь шинжлэх ухааны анхаарлыг татах гэсэн оролдлого үр дүнгүй байв. Шүүмжлэл хаа сайгүй ирсэн. Магадгүй зохиогчид ажиглагдсан үзэгдлийн талаар онолын тооцоог бие даан хийх шаардлагагүй байсан, эсвэл сонгодог дээд сургуулийн физикчид өндөр хүчдэлийн электролизийн туршилтанд илүү анхааралтай хандах ёстой байсан байх.
Гэхдээ нөгөө талаас ийм харилцааг тэмдэглэсэн: нэг ч детектор ганц цацраг бүртгэгдээгүй боловч ашиглалтын суурилуулалтын ойролцоо байх боломжгүй байв. Судалгааны баг зургаан хүнээс бүрдсэн. Тэдний тав нь удалгүй дөчин таваас тавин таван насандаа нас барж, зургаа дахь нь хөгжлийн бэрхшээлтэй болжээ. Хэсэг хугацааны дараа (ойролцоогоор 7-8 жил) үхэл огт өөр шалтгаанаар ирсэн. Гэсэн хэдий ч Энергонива суурилуулалт дээр гурав дахь үеийн дагалдагчид болон Вачаевын шавь нар туршилт хийж, талийгаач эрдэмтний туршилтанд бага энергитэй цөмийн урвал явагдсан гэсэн таамаглал дэвшүүлжээ.
I. S. Филимоненко
Хүйтэн термоядролын хайлалтыг ЗХУ-д өнгөрсөн зууны 50-аад оны сүүлээр судалж байжээ. Реакторыг Иван Степанович Филимоненко зохион бүтээжээ. Гэсэн хэдий ч энэ нэгжийн үйл ажиллагааны зарчмыг хэн ч ойлгож чадаагүй. Тийм ч учраас манай улс цөмийн эрчим хүчний технологийн салбарт маргаангүй тэргүүлэгч орон байхын оронд өөрийн гэсэн байгалийн баялгаа худалддаг түүхий эдийн хавсралтын оронд орж, бүхэл бүтэн хойч үеийнхээ ирээдүйг харамлаж байна. Гэвч туршилтын үйлдвэр аль хэдийн бий болсон бөгөөд энэ нь халуун хайлуулах урвалыг бий болгосон. Цацраг туяаг дардаг эрчим хүчний бүтцийн хамгийн нээлтийн зохиогч нь Эрхүү мужийн уугуул иргэн бөгөөд арван зургаагаас хорин нас хүртлээ скаут, тушаалын эзэн, эрч хүчтэй, авъяаслаг физикч И.С.Филимоненко байв.
Хүйтэн төрлийн термоядролын нэгдэл урьд өмнөхөөсөө илүү ойр байсан. Халуун хайлмал нь зөвхөн 1150 градусын температурт явагдсан бөгөөд хүнд ус суурь болсон. Филимоненког патентаас татгалзсан: ийм бага температурт цөмийн урвал явагдах боломжгүй гэж үздэг. Гэхдээ синтез ажиллаж байсан! Хүнд усыг электролизийн үр дүнд дейтерий ба хүчилтөрөгч болгон задалж, дейтерий нь цөмийн хайлуулах урвал явагдсан катодын палладийд ууссан. Үйлдвэрлэл нь хог хаягдалгүй, өөрөөр хэлбэл цацраг туяагүй, нейтроны цацраг ч байхгүй байсан. Зөвхөн 1957 онд л эрх мэдэл нь маргаангүй байсан академич Келдыш, Курчатов, Королев нарын дэмжлэгийг авч Филимоненко бүх зүйлийг газар дээрээс нь авч чаджээ.
Ялзрал
1960 онд ЗХУ-ын Сайд нарын Зөвлөл, ЗХУ-ын Төв Хорооны нууц тогтоолтой холбогдуулан БХЯ-ны хяналтан дор Филимоненкогийн бүтээлийн ажил эхэлсэн. Туршилтын явцад судлаач реакторыг ажиллуулах явцад зарим төрлийн цацраг гарч ирдэг бөгөөд энэ нь изотопын хагас задралын хугацааг маш хурдан бууруулдаг болохыг тогтоожээ. Энэ цацрагийн мөн чанарыг ойлгоход хагас зуун жил зарцуулсан. Одоо бид энэ нь юу болохыг мэдэж байна - динейтроний хамт нейтроний. Тэгээд 1968 онд ажил бараг зогссон. Филимоненког улс төрийн үнэнч бус гэж буруутгасан.
1989 онд эрдэмтэн нөхөн сэргээлт хийсэн. Түүний суурилуулалтыг NPO Luch-д дахин бүтээж эхлэв. Гэхдээ энэ асуудал туршилтаас цааш явсангүй - тэдэнд цаг хугацаа байсангүй. Улс орон мөхөж, шинэ Орост суурь шинжлэх ухаанд цаг зав гардаггүй байв. ХХ зууны шилдэг инженерүүдийн нэг 2013 онд хүн төрөлхтний аз жаргалыг харж чадалгүй таалал төгсөв. Иван Степанович Филимоненког дэлхий дахин санах болно. Хүйтэн термоядролын нэгдэл хэзээ нэгэн цагт түүний дагалдагчид бий болно.
Принстоны плазмын физикийн лабораторийн эрдэмтэд 60 гаруй жил ажиллах чадвартай, хамгийн бат бөх цөмийн хайлуулах төхөөрөмжийн санааг дэвшүүлжээ. Одоогийн байдлаар энэ нь маш хэцүү ажил юм: эрдэмтэд хайлуулах реакторыг хэдхэн минут, дараа нь хэдэн жил ажиллуулахын төлөө тэмцэж байна. Нарийн төвөгтэй хэдий ч хайлуулах реактор барих нь шинжлэх ухааны хамгийн ирээдүйтэй ажлуудын нэг бөгөөд энэ нь асар их ашиг тус авчрах болно. Термоядролын нэгдлийн талаар та юу мэдэх хэрэгтэйг бид танд хэлэх болно.
1. Термоядролын нэгдэл гэж юу вэ?
Энэ төвөгтэй хэллэгээс бүү ай, үнэндээ бүх зүйл маш энгийн. Термоядролын нэгдэл нь цөмийн урвалын нэг төрөл юм.
Цөмийн урвалын үед атомын цөм нь энгийн бөөмс эсвэл өөр атомын цөмтэй харилцан үйлчлэлцдэг бөгөөд үүний улмаас цөмийн бүтэц, бүтэц өөрчлөгддөг. Хүнд атомын цөм нь хоёроос гурван хөнгөн цөм болж задардаг - энэ нь задралын урвал юм. Мөн нэгдэх урвал байдаг: энэ нь хоёр хөнгөн атомын цөм нэг хүнд нэгдэхэд тохиолддог.
Цөмийн задрал нь аяндаа болон хүчээр явагдахаас ялгаатай нь гадны эрчим хүчийг нийлүүлэхгүйгээр цөмийн нэгдэл боломжгүй юм. Таны мэдэж байгаагаар эсрэг талууд татагддаг, гэхдээ атомын цөмүүд эерэг цэнэгтэй байдаг тул бие биенээ няцаадаг. Энэ нөхцөл байдлыг Кулоны саад гэж нэрлэдэг. Зөрчилдөөнийг даван туулахын тулд эдгээр бөөмсийг галзуу хурдтайгаар тараах шаардлагатай. Үүнийг маш өндөр температурт, хэдэн сая келвиний дарааллаар хийж болно. Эдгээр урвалуудыг термоядролын урвал гэж нэрлэдэг.
2. Бидэнд яагаад термоядролын нэгдэл хэрэгтэй байна вэ?
Цөмийн болон термоядролын урвалын явцад янз бүрийн зориулалтаар ашиглаж болох асар их энерги ялгардаг - та хамгийн хүчирхэг зэвсгийг бүтээх эсвэл цөмийн энергийг цахилгаан болгон хувиргаж, дэлхий даяар нийлүүлэх боломжтой. Цөмийн задралын энергийг атомын цахилгаан станцуудад эртнээс ашиглаж ирсэн. Гэхдээ термоядролын эрчим хүч илүү ирээдүйтэй харагдаж байна. Термоядролын урвалд нуклон бүрийн хувьд (бүрдүүлэгч цөм, протон ба нейтрон гэж нэрлэгддэг) цөмийн урвалаас хамаагүй их энерги ялгардаг. Жишээлбэл, хэзээ Нэг нуклонд ногдох ураны цөмийн хуваагдал нь 0.9 МэВ (мегаэлектронвольт) байх үедГелийн цөмийн нийлэгжилтэнд устөрөгчийн цөмөөс 6 МэВ-тэй тэнцэх энерги ялгардаг. Тиймээс эрдэмтэд термоядролын урвал явуулахад суралцаж байна.
Шинжлэх ухаан, өндөр технологийн бусад салбарт хэрэг болох өндөр технологийн үйлдвэрлэлийг өргөжүүлэх боломжийг хайлуулах судалгаа, реактор барих боломжийг олгодог.
3. Термоядролын урвал гэж юу вэ?
Термоядролын урвалыг бие даасан, хяналтгүй (устөрөгчийн бөмбөгөнд ашигладаг) болон хяналттай (энх тайвны зорилгоор ашиглахад тохиромжтой) гэж хуваадаг.
Оддын дотоод хэсэгт бие даасан урвал явагддаг. Гэсэн хэдий ч дэлхий дээр ийм урвал явагдах нөхцөл байхгүй.
Хүмүүс удаан хугацааны турш хяналтгүй эсвэл тэсрэх аюултай термоядролын хайлалтыг явуулж ирсэн. 1952 онд "Эви Майк" ажиллагааны үеэр америкчууд дэлхийн хамгийн анхны термоядролын тэсрэх бөмбөгийг дэлбэлсэн бөгөөд энэ нь зэвсгийн хувьд практик ач холбогдолгүй байв. Мөн 1961 оны 10-р сард Игорь Курчатовын удирдлаган дор Зөвлөлтийн эрдэмтдийн бүтээсэн дэлхийн анхны термоядролын (устөрөгчийн) бөмбөгийг (Цар Бомба, Кузкиний ээж) туршсан. Энэ бол хүн төрөлхтний түүхэн дэх хамгийн хүчирхэг тэсрэх төхөөрөмж байсан: янз бүрийн эх сурвалжийн мэдээлснээр дэлбэрэлтийн нийт эрчим хүч 57-58.6 мегатон тротил хооронд хэлбэлзэж байжээ. Устөрөгчийн бөмбөгийг дэлбэлэхийн тулд эхлээд ердийн цөмийн дэлбэрэлтийн үед өндөр температур авах шаардлагатай байдаг - зөвхөн дараа нь атомын цөмүүд урвалд орж эхэлнэ.
Хяналтгүй цөмийн урвал дахь дэлбэрэлтийн хүч маш өндөр, үүнээс гадна цацраг идэвхт бохирдлын эзлэх хувь өндөр байна. Тиймээс дулааны цөмийн энергийг энхийн зорилгоор ашиглахын тулд түүнийг хэрхэн зохицуулж сурах хэрэгтэй.
4. Хяналттай термоядролын урвалд юу хэрэгтэй вэ?
Плазмыг барь!
Тодорхойгүй байна уу? Одоо тайлбарлая.
Нэгдүгээрт, атомын цөм. Цөмийн энерги нь изотопуудыг ашигладаг - нейтроны тоо, үүний дагуу атомын массаар бие биенээсээ ялгаатай атомууд. Устөрөгчийн изотоп дейтериумыг (D) уснаас гаргаж авдаг. Хэт хүнд устөрөгч буюу тритиум (Т) нь ердийн цөмийн реакторт явагддаг задралын урвалын дайвар бүтээгдэхүүн болох устөрөгчийн цацраг идэвхт изотоп юм. Түүнчлэн термоядролын урвалд устөрөгчийн хөнгөн изотоп болох протиумыг ашигладаг: энэ нь цөмд нейтрон агуулаагүй цорын ганц тогтвортой элемент юм. Гели-3 нь дэлхий дээр маш бага хэмжээгээр агуулагддаг боловч сарны хөрсөнд (реголит) маш их байдаг: 80-аад онд НАСА реголит боловсруулах, изотоп олборлох таамаглалыг суурилуулах төлөвлөгөө боловсруулсан. Нөгөөтэйгүүр, өөр нэг изотоп болох бор-11 нь манай гараг дээр өргөн тархсан байдаг. Дэлхий дээрх борын 80% нь цөмийн эрдэмтдэд шаардлагатай изотоп юм.
Хоёрдугаарт, температур маш өндөр байна. Термоядролын урвалд оролцож буй бодис нь бараг бүрэн ионжсон плазм байх ёстой - энэ нь чөлөөт электронууд болон янз бүрийн цэнэгийн ионууд тус тусад нь хөвдөг хий юм. Бодисыг плазм болгон хувиргахын тулд 10 7 -10 8 К температур шаардлагатай - эдгээр нь хэдэн зуун сая Цельсийн хэм юм! Ийм хэт өндөр температурыг сийвэн дэх өндөр чадлын цахилгаан цэнэгийг бий болгосноор олж авч болно.
Гэсэн хэдий ч шаардлагатай химийн элементүүдийг зүгээр л халаах боломжгүй юм. Аливаа реактор эдгээр температурт шууд уурших болно. Энд огт өөр арга барил шаардлагатай. Өнөөдрийг хүртэл хүнд даацын цахилгаан соронзны тусламжтайгаар плазмыг хязгаарлагдмал талбайд байлгах боломжтой. Гэхдээ термоядролын урвалын үр дүнд олж авсан энергийг бүрэн ашиглах боломжгүй байна: соронзон орны нөлөөн дор плазм нь орон зайд тархдаг.
5. Ямар хариу үйлдэл хамгийн ирээдүйтэй вэ?
Хяналттай хайлуулахад ашиглахаар төлөвлөж буй гол цөмийн урвалуудад дейтерий (2Н) ба тритий (3Н), урт хугацаанд гелий-3 (3He) ба бор-11 (11В) зэргийг ашиглах болно.
Хамгийн сонирхолтой хариу үйлдэл энд байна.
1) 2 D+ 3 T -> 4 He (3.5 МэВ) + n (14.1 МэВ) - дейтерий-тритийн урвал.
2) 2 D+ 2 D -> 3 T (1.01 МэВ) + p (3.02 МэВ) 50%
2 D+ 2 D -> 3 He (0.82 МэВ) + n (2.45 МэВ) 50% нь дейтерийн монопропеллант гэж нэрлэгддэг.
1 ба 2-р урвал нь нейтроны цацраг идэвхт бохирдлоор дүүрэн байдаг. Тиймээс "нейтронгүй" урвалууд нь хамгийн ирээдүйтэй байдаг.
3) 2 D+ 3 He -> 4 He (3.6 MeV) + p (14.7 MeV) - дейтерий нь гелий-3-тай урвалд ордог. Асуудал нь гелий-3 маш ховор байдаг. Гэсэн хэдий ч нейтронгүй гарц нь энэ урвалыг ирээдүйтэй болгодог.
4) p+ 11 B -> 3 4 He + 8.7 MeV - бор-11 протиумтай урвалд орж, хөнгөн цагаан тугалган цаасаар шингээх боломжтой альфа тоосонцор үүсдэг.
6. Хаана ийм хариу үйлдэл үзүүлэх вэ?
Байгалийн хайлуулах реактор нь од юм. Үүний дотор плазмыг таталцлын нөлөөн дор барьж, цацрагийг шингээдэг тул цөм нь хөрдөггүй.
Дэлхий дээр термоядролын урвалыг зөвхөн тусгай байгууламжид хийж болно.
импульсийн системүүд. Ийм системд дейтерий ба тритиумыг хэт өндөр чадлын лазер туяа эсвэл электрон/ионы туяагаар цацруулдаг. Ийм цацраг нь термоядролын бичил дэлбэрэлтийн дарааллыг үүсгэдэг. Гэсэн хэдий ч ийм системийг үйлдвэрлэлийн хэмжээнд ашиглах нь ашиггүй юм: бүх хурдасгасан атомууд урвалд ордоггүй тул атомуудыг хурдасгахад хайлсны үр дүнд олж авахаас хамаагүй их энерги зарцуулдаг. Тиймээс олон улс орон хагас суурин системийг барьж байна.
Бараг суурин систем. Ийм реакторуудад плазм нь бага даралт, өндөр температурт соронзон оронтой байдаг. Соронзон орны янз бүрийн тохиргоонд суурилсан гурван төрлийн реактор байдаг. Эдгээр нь токамак, одод (торсатрон) ба толь урхи юм.
токамакЭнэ нь "соронзон ороомогтой торойд камер" гэсэн утгатай. Энэ бол ороомог ороосон "пончик" (torus) хэлбэртэй камер юм. Токамакийн гол онцлог нь плазмаар дамжин урсаж, халааж, эргэн тойронд соронзон орон үүсгэж, түүнийг барьж байдаг хувьсах цахилгаан гүйдлийг ашиглах явдал юм.
AT одон (торсатрон)соронзон орон нь соронзон ороомогоор бүрэн агуулагддаг бөгөөд токамакаас ялгаатай нь тасралтгүй ажиллах боломжтой.
В толин тусгал (нээлттэй) урхитусгах зарчмыг ашигладаг. Тасалгаа нь хоёр талдаа плазмыг тусгадаг соронзон "залгуур" -аар хааж, реакторт хадгалдаг.
Удаан хугацааны турш толин тусгал занга, токамакууд ноёрхлын төлөө тэмцэж байв. Эхэндээ урхины тухай ойлголт илүү энгийн, тиймээс хямдхан мэт санагдаж байв. 60-аад оны эхээр задгай хавхыг их хэмжээгээр санхүүжүүлдэг байсан боловч плазмын тогтворгүй байдал, түүнийг соронзон оронтой байлгах гэсэн амжилтгүй оролдлого нь эдгээр суурилуулалтыг төвөгтэй болгоход хүргэсэн - энгийн мэт санагдах загварууд нь тамын машин болж хувирсан боловч үр дүнд хүрсэнгүй. тогтвортой үр дүнд хүрэх. Тиймээс токамакууд 1980-аад онд олны анхаарлыг татсан. 1984 онд Европын JET токамак үйлдвэрлэгдсэн бөгөөд өртөг нь ердөө 180 сая доллар байсан бөгөөд параметрүүд нь термоядролын урвал явуулах боломжтой болсон. ЗХУ, Францад хэт дамжуулагч токамакуудыг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь соронзон системийг ажиллуулахад бараг эрчим хүч зарцуулдаггүй.
7. Одоо хэн термоядролын урвал явуулж сурч байна вэ?
Олон улс орон өөрсдөө хайлуулах реактор барьж байна. Казахстан, Хятад, АНУ, Японд туршилтын реакторууд байдаг. Курчатовын хүрээлэн IGNITOR реактор дээр ажиллаж байна. Герман улс Wendelstein 7-X одны хайлуулах реакторыг эхлүүлсэн.
Олон улсын хамгийн алдартай төсөл бол Кадараш судалгааны төвд (Франц) ITER токамак (ITER, Олон улсын термоядролын туршилтын реактор) юм. Түүний барилгын ажлыг 2016 онд дуусгах ёстой байсан ч шаардлагатай санхүүгийн дэмжлэгийн хэмжээ нэмэгдэж, туршилтын хугацаа 2025 он хүртэл шилжсэн. Европын холбоо, АНУ, Хятад, Энэтхэг, Япон, Өмнөд Солонгос, Орос улсууд ITER-ийн үйл ажиллагаанд оролцдог. Санхүүжилтийн гол хувийг ЕХ (45%), бусад оролцогчид өндөр технологийн тоног төхөөрөмж нийлүүлдэг. Тодруулбал, Орос улсад хэт дамжуулагч материал, кабель, плазмаар халаах радио хоолой (гиротрон) болон хэт дамжуулагч ороомогт гал хамгаалагч, мөн реакторын хамгийн төвөгтэй хэсэг болох цахилгаан соронзон хүч, нейтрон цацрагийг тэсвэрлэх ёстой нэгдүгээр хананы эд ангиудыг үйлдвэрлэдэг. плазмын цацраг.
8. Бид яагаад одоо болтол термоядролын реактор ашиглахгүй байна вэ?
Орчин үеийн токамак суурилуулалт нь термоядролын реактор биш, харин плазмын оршин тогтнох, хадгалах боломжтой судалгааны байгууламжууд юм. Эрдэмтэд реактор дахь плазмыг удаан хугацаанд хэрхэн хадгалах талаар суралцаагүй байгаа нь баримт юм.
Одоогийн байдлаар цөмийн хайлмал дахь хамгийн том амжилтуудын нэг бол устөрөгчийн хийг Цельсийн 80 сая градус хүртэл халааж, дөрөвний нэг секундын турш устөрөгчийн плазмын үүлийг барьж чадсан Германы эрдэмтдийн амжилт юм. Мөн Хятадад устөрөгчийн плазмыг 49.999 сая градус хүртэл халааж, 102 секундын турш барьжээ. Оросын эрдэмтэд (Новосибирск, Г. И. Будкерийн Цөмийн физикийн хүрээлэн) плазмыг цельсийн арван сая градус хүртэл тогтвортой халааж чадсан. Гэсэн хэдий ч америкчууд плазмыг 60 жилийн турш хязгаарлах аргыг саяхан санал болгосон нь өөдрөг үзлийг төрүүлж байна.
Нэмж дурдахад аж үйлдвэрт хайлуулах ашигт ажиллагааны талаар маргаантай байдаг. Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх үр ашиг нь хайлуулах зардлыг нөхөх эсэх нь тодорхойгүй байна. Урвалын туршилтыг (жишээлбэл, уламжлалт дейтерий-тритий эсвэл монопропеллантын урвалаас татгалзаж, бусад урвалын оронд), бүтцийн материалаар эсвэл бүр үйлдвэрлэлийн термоядролын нэгдлийн санааг орхиж, зөвхөн задралын бие даасан урвалд ашиглахыг санал болгож байна. урвалууд. Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд туршилтаа үргэлжлүүлсээр байна.
9. Хайлуулах реакторууд аюулгүй юу?
Харьцангуй. Термоядролын урвалд ашигладаг тритиум нь цацраг идэвхт бодис юм. Нэмж дурдахад нэгдлийн үр дүнд ялгарсан мэдрэлийн эсүүд реакторын бүтцийг цацрагаар цацдаг. Реакторын элементүүд нь плазмын нөлөөгөөр цацраг идэвхт тоосоор бүрхэгдсэн байдаг.
Гэсэн хэдий ч хайлуулах реактор нь цацрагийн хувьд цөмийн реактороос хамаагүй аюулгүй юм. Реакторт цацраг идэвхт бодис харьцангуй цөөн байдаг. Нэмж дурдахад, реакторын загвар нь цацраг туяа нэвтэрч болох "нүх" байхгүй гэж үздэг. Реакторын вакуум камерыг битүүмжилсэн байх ёстой, эс тэгвээс реактор зүгээр л ажиллах боломжгүй болно. Термоядролын реактор барих явцад цөмийн эрчим хүчээр туршсан материалыг ашиглаж, өрөөнүүдэд бууруулсан даралтыг хадгалдаг.
Хэзээ хайлуулах цахилгаан станцууд гарч ирэх вэ?
Эрдэмтэд ихэвчлэн "20 жилийн дараа бид бүх үндсэн асуудлыг шийднэ" гэх мэтээр ярьдаг. Цөмийн инженерүүд 21-р зууны хоёрдугаар хагасын тухай ярьж байна. Улстөрчид болзох асуудалд төвөг учруулахгүйгээр цэвэр энергийн далайг сохор зоосны төлөө ярьдаг.
Эрдэмтэд дэлхийн гэдэс дотор харанхуй бодисыг хэрхэн хайж байна вэ?
Хэдэн зуун сая жилийн өмнө дэлхийн гадарга доорх ашигт малтмал нь нууцлаг бодисын ул мөрийг хадгалж чаддаг байв. Тэдэнд хүрэх л үлдлээ. Дэлхий даяар тархсан хорь гаруй газар доорхи лаборатори харанхуй бодис хайх завгүй байна.
Сибирийн эрдэмтэд хүнийг одод руу нисэхэд хэрхэн тусалсан
1961 оны 4-р сарын 12-нд Юрий Гагарин сансарт анхны нислэгээ хийсэн - нисгэгчийн эелдэг инээмсэглэл, түүний хөгжилтэй "Явцгаая!" Зөвлөлтийн сансрын нисгэгчдийн ялалт болсон. Энэхүү нислэгийг явуулахын тулд орон даяар эрдэмтэд судлагдаагүй сансар огторгуйн бүх аюулыг тэсвэрлэх ийм пуужинг хэрхэн бүтээх талаар толгойгоо гашилгаж байв - Шинжлэх ухааны академийн Сибирийн салбарын эрдэмтдийн санааг эндээс харж болно. хийгээгүй.
Цөмийн энергийн дөрвөн үндсэн эх үүсвэрээс одоо зөвхөн хоёрыг нь үйлдвэрт нэвтрүүлсэн байна: цацраг идэвхт задралын энергийг одоогийн эх үүсвэрт, задралын гинжин урвалыг цөмийн реакторт ашигладаг. Цөмийн энергийн гурав дахь эх үүсвэр - энгийн тоосонцорыг устгах нь уран зөгнөлийн хүрээнээс хараахан гараагүй байна. Дөрөв дэх эх сурвалж хяналттай термоядролын нэгдэл, UTS,хэлэлцэх асуудлын жагсаалтад байна. Хэдийгээр энэ эх үүсвэр нь боломжоороо гурав дахь эх сурвалжаас бага боловч хоёр дахь эх сурвалжаас хамаагүй давж гардаг.
Лабораторийн нөхцөлд термоядролыг нэгтгэх нь маш энгийн боловч эрчим хүчний нөхөн үржихүйд хүрч чадаагүй байна. Гэсэн хэдий ч энэ чиглэлээр ажил хийгдэж, радиохимийн аргууд, эхний ээлжинд UTS суурилуулалтанд тритиум түлш үйлдвэрлэх технологийг боловсруулж байна.
Энэ бүлэгт термоядролын нэгдлийн зарим радиохимийн асуудлуудыг авч үзэж, цөмийн эрчим хүчний салбарт CTS-ийн байгууламжуудыг ашиглах хэтийн төлөвийг авч үзнэ.
Хяналттай термоядролын нэгдэл- хөнгөн атомын цөмийг илүү хүнд цөм болгон нэгтгэх урвал нь хэт өндөр температурт явагддаг бөгөөд асар их хэмжээний энерги ялгардаг. Тэсрэх термоядролын нэгдлээс (устөрөгчийн бөмбөгөнд ашигладаг) ялгаатай нь үүнийг хянадаг. Хяналттай термоядролын хайлалтыг хэрэгжүүлэхэд ашиглахаар төлөвлөж буй цөмийн гол урвалуудад -H ба 3 H, илүү холын ирээдүйд 3 He ба "B" -ийг ашиглах болно.
Хяналттай термоядролын нэгдлийн найдвар нь хоёр нөхцөл байдалтай холбоотой: i) суурин термоядролын урвалын улмаас одод байдаг гэж үздэг, 2) устөрөгчийн бөмбөг дэлбэрэхэд хяналтгүй термоядролын процесс маш энгийнээр хэрэгжсэн. Цөмийн хайлуулах урвалыг хянахад үндсэн саад бэрхшээл байхгүй бололтой. Гэсэн хэдий ч эрчим хүчний өсөлттэй лабораторийн нөхцөлд CTS-ийг хэрэгжүүлэх эрчимтэй оролдлого бүрэн бүтэлгүйтсэн.
Гэсэн хэдий ч TCF нь эрчим хүчний үйлдвэрлэлд чулуужсан түлшийг орлуулах чухал технологийн шийдэл гэж үзэж байна. Дэлхий дахинд цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай эрчим хүчний хэрэгцээ, сэргээгдэхгүй түүхий эдийг шавхах чадвар нь шинэ шийдлүүдийг эрэлхийлэхэд түлхэц болж байна.
Термоядролын реакторууд нь хөнгөн атомын цөмүүдийг нэгтгэх явцад ялгарах энергийг ашигладаг. Сануулсан:
Тритий ба дейтерийн цөмийн нэгдэх урвал нь хяналттай термоядролын хайлалтыг хэрэгжүүлэхэд ирээдүйтэй, учир нь түүний хөндлөн огтлол нь бага энергитэй үед ч нэлээд том байдаг. Энэ урвал нь 3.5-11 Ж/г илчлэгийн тодорхой утгыг өгдөг. Гол урвал D+T=n+a нь хамгийн том хөндлөн огтлолтой о т аа=5 амбаар резонансын үед дэйтоны энерги E pSh x= 0.108 МэВ, D+D=n+3He a,„ a *=0.i05 амбаартай харьцуулбал; E max = 1.9 МэВ, D+D=p+T о тах = 0.09 амбаар; E max = 2.0 МэВ, түүнчлэн урвалаар 3He+D=p+a a m ax=0.7 амбаар; Eotax = 0.4 МэВ. Сүүлийн урвалд 18.4 МэВ ялгардаг. Урвалд (3) энергийн нийлбэр n+a 17.6 МэВ-тэй тэнцүү, үүссэн нейтронуудын энерги?n = 14.1 МэВ; ба үүссэн а-бөөмийн энерги нь 3.5 МэВ байна. Хэрэв T(d,n)a ба:) He(d,p)a урвалуудад резонансууд нэлээд нарийссан бол D(d,n)3He ба D(d,p)T урвалуудад маш өргөн хүрээтэй байдаг. 1-ээс 10 МэВ хүртэлх бүс нутагт хөндлөн огтлолын том утгатай резонанс ба 0.1 МэВ-ээс 1 МэВ хүртэлх шугаман өсөлт.
Сэтгэгдэл. Амархан шатдаг DT түлшний асуудал нь тритий нь байгальд байдаггүй бөгөөд хайлуулах реакторын үржүүлэгч хөнжил дэх литигээс авах ёстой; трити нь цацраг идэвхт (Ti/ 2 =12.6 жил), DT-реакторын систем нь 10-10 кг трити агуулдаг; DT урвалын энергийн 80% нь 14 МэВ нейтроноор ялгардаг бөгөөд энэ нь реакторын бүтцэд хиймэл цацраг идэвхт бодис үүсгэж, цацрагийн гэмтэл үүсгэдэг.
Зураг дээр. 1-д урвалын хөндлөн огтлолын энергийн хамаарлыг харуулав (1 - цаг). (1) ба (2) урвалын хөндлөн огтлолын графикууд бараг ижил байна - энерги нэмэгдэхийн хэрээр хөндлөн огтлол нэмэгдэж, өндөр энергитэй үед урвалын магадлал тогтмол утгатай байдаг. Урвалын (3) хөндлөн огтлол нь эхлээд нэмэгдэж, 90 МэВ-ийн дарааллын эрчим хүчээр хамгийн ихдээ 10 амбаарт хүрч, дараа нь энерги нэмэгдэх тусам буурдаг.
Цагаан будаа. 1. Массын системийн төв дэх бөөмийн энергийн функц болох зарим термоядролын урвалын хөндлөн огтлол: 1 - цөмийн урвал (3); 2 - урвал (1) ба (2).
Тритий цөмийг түргэвчилсэн дейтероноор бөмбөгдөх үед их хэмжээний тархалтын хөндлөн огтлолын улмаас D - T урвалын дагуу термоядролын нэгдлийн процессын энергийн баланс сөрөг байж болно. Дейтроныг хурдасгахад хайлуулах явцад ялгарахаас илүү их энерги зарцуулдаг. Хэрэв уян харимхай мөргөлдөөний дараа бөмбөгдөж буй хэсгүүд дахин урвалд оролцох боломжтой бол эерэг энергийн тэнцвэр бий болно. Цахилгаан түлхэлтийг даван туулахын тулд цөм нь их хэмжээний кинетик энергитэй байх ёстой. Эдгээр нөхцлийг атом эсвэл молекулууд бүрэн ионжуулсан төлөвт байгаа өндөр температурт плазмд үүсгэж болно. Жишээлбэл, D-T урвал нь зөвхөн 10 8 К-ээс дээш температурт л явагдаж эхэлдэг. Зөвхөн ийм температурт нэгж эзэлхүүн болон нэгж хугацаанд зарцуулж байгаагаас илүү их энерги ялгардаг. CTS нь хоёр асуудлыг шийдэхээс бүрдэнэ: бодисыг халаах хүртэл. шаардлагатай температурыг хадгалах ба термоядролын түлшний мэдэгдэхүйц хэсгийг "шатаахад" хангалттай.
Лоусоны шалгуурыг (lt>10‘4 s см-z, энд) хангасан тохиолдолд удирдлагатай термоядролын нэгдэл хийх боломжтой гэж үздэг. P -өндөр температурт плазмын нягтрал, t - системд үлдэх хугацаа).
Энэ шалгуурыг хангасан тохиолдолд CTS-ийн үед ялгарах энерги нь системд нэвтрүүлсэн энергиэс давсан байна.
Сийвэнг өгөгдсөн эзэлхүүн дотор байлгах ёстой, учир нь чөлөөт орон зайд плазм тэр даруй тэлж байдаг. Өндөр температурын улмаас плазмыг ямар ч саванд хийж болохгүй
материал. Плазмыг агуулахын тулд хэт дамжуулагч соронз ашиглан үүсгэсэн өндөр бат бэх соронзон орон ашиглах шаардлагатай.
Цагаан будаа. 2. Токамакийн бүдүүвч диаграм.
Хэрэв та эрчим хүчний ашиг олох зорилгоо тавиагүй бол лабораторийн нөхцөлд CTS-ийг хэрэгжүүлэх нь маш энгийн зүйл юм. Үүнийг хийхийн тулд литийн дейтерид бүхий ампулыг ураны задралын урвал дээр ажилладаг аливаа удаан реакторын суваг руу буулгахад хангалттай (байгалийн изотопын найрлагатай литийг (7% 6 Li) ашиглаж болно, гэхдээ энэ нь илүү дээр юм. тогтвортой изотопоор баяжуулсан 6 Li). Дулааны нейтроны нөлөөн дор дараахь цөмийн урвал явагдана.
Энэ урвалын үр дүнд "халуун" тритиум атомууд байдаг. Тритий (~3 МэВ) буцах атомын энерги нь LiD-д байрлах тритий дейтерийн харилцан үйлчлэлийн урвалд хангалттай.
Эрчим хүчний зорилгоор энэ арга нь тохиромжгүй: үйл явцын эрчим хүчний зардал нь ялгарах эрчим хүчнээс давж гардаг. Тиймээс CTS-ийг хэрэгжүүлэх өөр хувилбарууд, их хэмжээний эрчим хүчний ашиг олох хувилбаруудыг хайх хэрэгтэй.
Тэд эрчим хүчний өсөлттэй CTS-ийг хагас суурин горимд (t > 1 с, тг>ю "Өө, эсвэл импульсийн системд (t * io -8 с, n>u 22 см*цаг). Эхнийх нь (токамак, од, толин тусгал гэх мэт) плазмыг янз бүрийн тохируулгын соронзон орон дээр тусгаарлаж, дулаанаар тусгаарладаг. Импульсийн системд плазмыг хүчтэй лазер эсвэл электрон туяанаас төвлөрсөн цацрагаар хатуу зорилтот (дейтерий ба тритий хольцын үр тариа) цацрагаар үүсгэдэг: жижиг хатуу объектын туяа фокус руу хүрэх үед дараалсан цуврал термоядролын микро дэлбэрэлтүүд үүсдэг. тохиолддог.
Плазмыг хязгаарлах янз бүрийн камеруудын дунд тороид хэлбэртэй камер нь ирээдүйтэй юм. Энэ тохиолдолд плазмыг электродгүй цагираган ялгадас ашиглан тороид камер дотор үүсгэдэг. Токамакийн хувьд плазмд өдөөгдсөн гүйдэл нь трансформаторын хоёрдогч ороомог юм. Плазмыг барьж байх үед соронзон орон нь тасалгааны эргэн тойронд ороомогоор урсах гүйдэл болон плазмын өдөөгдсөн гүйдлийн нөлөөгөөр үүсдэг. Тогтвортой плазмыг олж авахын тулд гаднах уртааш соронзон орныг ашигладаг.
Термоядролын реактор нь маш өндөр температурт (> 0 8 К) плазмд тохиолддог хөнгөн атомын цөмүүдийг нэгтгэх урвалын үр дүнд энерги үүсгэх төхөөрөмж юм. Термоядролын реакторын хангах ёстой гол шаардлага бол үүний үр дүнд энерги ялгарах явдал юм.
Термоядролын урвалууд нь урвалыг хадгалахын тулд гадны эх үүсвэрээс авах эрчим хүчний зардлыг нөхөхөөс илүү юм.
Цагаан будаа. h. Удирдлагатай термоядролыг нэгтгэх реакторын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд.
TOKAMAK төрлийн термоядролын реактор (Соронзон ороомогтой тороид камер) нь плазмыг эргэдэг суваг үүсгэдэг вакуум камер, талбар үүсгэдэг соронз, плазмын халаалтын системээс бүрдэнэ. Энэ нь сувгаас хийг байнга шахдаг вакуум насос, шатах үед түлш дамжуулах систем, дивертер - термоядролын урвалын үр дүнд олж авсан энергийг реактороос зайлуулдаг систем дагалддаг. Тороид плазм нь вакуум бүрхүүлд байдаг. a-Термоядролын нэгдлийн үр дүнд сийвэн дэх үүсэж, дотор нь байрлах хэсгүүд нь түүний температурыг нэмэгдүүлдэг. Нейтронууд вакуум камерын ханыг нэвтлэн шингэн лити буюу 6 ли-ээр баяжуулсан литийн нэгдэл агуулсан хөнжилний бүсэд нэвтэрдэг. Лититэй харьцахдаа нейтроны кинетик энерги дулаан болж хувирч, тритий нэгэн зэрэг үүсдэг. Хөнжил нь соронзыг ялгарах нейтрон, у цацраг, дулааны урсгалаас хамгаалдаг тусгай бүрхүүлд байрлуулсан.
Токамак төрлийн төхөөрөмжид плазмыг электродгүй цагираг ялгадас ашиглан тороид камер дотор үүсгэдэг. Энэ зорилгоор плазмын багцад цахилгаан гүйдэл үүсдэг бөгөөд үүнтэй зэрэгцэн өөрийн гэсэн соронзон оронтой байдаг - плазмын багц нь өөрөө соронзон болдог. Одоо тодорхой тохиргооны гадаад соронзон орны тусламжтайгаар плазмын үүлийг тасалгааны төвд түдгэлзүүлж, хананд хүрэхээс сэргийлж болно.
Дивертор - төхөөрөмжүүдийн багц (тусгай полоид соронзон ороомог; плазмтай холбоо барих хавтан - плазмын саармагжуулагч), тэдгээрийн тусламжтайгаар хананы плазмтай шууд харьцах хэсгийг үндсэн халуун плазмаас хамгийн их хэмжээгээр арилгадаг. Энэ нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн урсгал хэлбэрээр плазмаас дулааныг зайлуулж, хувиргагч хавтан дээр саармагжуулсан урвалын бүтээгдэхүүнийг шахах үйлчилгээтэй: гели ба протиум. Сийвэнг хайлуулах урвалд саад учруулж буй бохирдуулагчаас цэвэрлэнэ.
Термоядролын реактор нь реакторын дулааны хүчийг түүний үйлдвэрлэлийн өртгийн чадалтай харьцуулсан хүчийг нэмэгдүүлэх хүчин зүйлээр тодорхойлогддог. Реакторын дулааны хүчийг дараахь байдлаар нэмнэ.
- - сийвэн дэх термоядролын урвалын үед ялгарах хүчнээс;
- - сийвэн дэх термоядролын урвалын шаталтын температурыг хадгалахын тулд сийвэн рүү нэвтрүүлсэн хүчнээс;
- - хөнжилд ялгарах хүчнээс - термоядроны нейтроны энергийг ашигладаг плазмыг тойрсон бүрхүүл, соронзон ороомгийг цацрагийн нөлөөллөөс хамгаалах үүрэгтэй. Хөнжил хайлуулах реактор - термоядролын реакторын үндсэн хэсгүүдийн нэг, термоядролын урвал явагддаг плазмыг тойрсон, термоядроны нейтроны энергийг ашиглах тусгай бүрхүүл.
Хөнжил нь плазмын цагирагыг бүх талаас нь бүрхэж, D-T хайлуулах явцад төрдөг гол эрчим хүчний тээвэрлэгчид - 14-MeV нейтронууд - хөнжилд өгнө), халаана. Хөнжил нь ус дамжуулах дулаан солилцогчийг агуулдаг. Цахилгаан станцын уур эргэдэг уурын турбин, тэр нь генераторын ротор юм.
Хөнжлийн гол үүрэг бол эрчим хүчийг хурааж, дулаан болгон хувиргаж, эрчим хүч үйлдвэрлэх системд шилжүүлэх, түүнчлэн термоядролын реакторын үүсгэсэн ионжуулагч цацрагаас операторууд болон хүрээлэн буй орчныг хамгаалах явдал юм. Термоядролын реактор дахь хөнжилийн ард цацрагийн хамгаалалтын давхарга байдаг бөгөөд тэдгээрийн үүрэг нь цахилгаан соронзон системийн ажиллагааг хангахын тулд бодистой урвалд ороход үүссэн нейтроны урсгал ба у-квантыг улам бүр сулруулдаг. Үүний дараа станцын ажилтнууд ажиллах боломжтой биологийн хамгаалалт хийгддэг.
"Идэвхтэй" хөнжил - термоядролын түлшний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн аль нэгийг үйлдвэрлэх зориулалттай үржүүлэгч. Тритиум хэрэглэдэг реакторуудад хөнжил нь тритиумыг үр ашигтай үйлдвэрлэхэд зориулагдсан үржүүлэгч материал (литийн нэгдлүүд) агуулдаг.
Термоядролын реакторыг дейтерий-тритий түлшээр ажиллуулахдаа реактор дахь түлшний хэмжээг (D + T) нөхөж, плазмаас 4He-г зайлуулах шаардлагатай. Плазм дахь урвалын үр дүнд тритиум шатаж, хайлуулах энергийн гол хэсэг нь нейтрон руу шилждэг бөгөөд үүний төлөө плазм нь тунгалаг байдаг. Энэ нь плазм ба цахилгаан соронзон системийн хооронд шатдаг тритиумыг нөхөн төлжүүлж, нейтроны энергийн гол хэсгийг шингээж авдаг тусгай бүсийг байрлуулах шаардлагатай болдог. Энэ газрыг үржүүлэгчийн хөнжил гэж нэрлэдэг. Энэ нь сийвэн дэх шатсан тритиумыг нөхөн төлжүүлдэг.
Хөнжил дэх тритиумыг цөмийн урвалын дагуу нейтрон урсгалаар литийг цацрагаар гаргаж авах боломжтой: 6 Li (n, a) T + 4.8 МэВ ба 7 Ли (n, n'a) - 2.4 МэВ.
Литигээс трити үйлдвэрлэхдээ байгалийн литий нь 6 Li (7.52%) ба 7 Li (92.48%) гэсэн хоёр изотопоос бүрддэг гэдгийг анхаарах хэрэгтэй. Цэвэр 6 Li 0 = 945 амбаартай дулааны нейтронуудын шингээлтийн хөндлөн огтлол, урвалын идэвхжүүлэлтийн хөндлөн огтлол (p, p) 0.028 амбаар байна. Байгалийн литийн хувьд ураны задралын явцад үүссэн нейтроныг зайлуулах хөндлөн огтлол нь 1.01 амбаар, дулааны нейтроныг шингээх хөндлөн огтлол нь ойролцоогоор a = 70.4 амбаар байна.
6 Li дулааны нейтроныг цацрагаар барих үеийн y-цацрагийн энергийн спектр нь дараах утгуудаар тодорхойлогддог: .94 МэВ. нийт эрчим хүч
D-T түлшээр ажилладаг термоядролын реакторт урвалын үр дүнд:
Нэг нейтрон барих y-цацраг 1.45 МэВ-тэй тэнцүү байна. 7 Li-ийн хувьд шингээлтийн хөндлөн огтлол нь 0.047 амбаар, идэвхжүүлэлтийн хөндлөн огтлол нь 0.033 амбаар (2.8 МэВ-ээс дээш нейтроны энергитэй үед) байна. Байгалийн найрлагатай LiH хуваагдлын нейтроныг гаргаж авах хөндлөн огтлол нь = 1.34 амбаар, металл Li - 1.57 амбаар, LiF - 2.43 амбаар.
Термоядроны нейтронууд үүсдэг бөгөөд энэ нь плазмын эзэлхүүнийг орхиж, литий, бериллий агуулсан бүрхэвч рүү унаж, дараахь урвал явагдана.
Тиймээс хайлуулах реактор нь дейтерий ба литийг шатааж, урвалын үр дүнд инертийн хийн гелий үүснэ.
Плазмын D-T урвалын үед тритий шатаж, 14.1 МэВ энергитэй нейтрон үүсдэг. Хөнжилд энэ нейтрон нь сийвэн дэх алдагдлаа нөхөхийн тулд дор хаяж нэг тритиум атом үүсгэх ёстой. Тритиумын нөхөн үржихүйн түвшин руу("нэг удаагийн термоядроны нейтрон тутамд хөнжилд үүссэн тритиумын хэмжээ") хөнжил дэх нейтроны спектр, нейтрон шингээлтийн хэмжээ, нэвчилтээс хамаарна. k> 1,05.
Цагаан будаа. Зураг 4. Трити үүсэх цөмийн урвалын хөндлөн огтлолын нейтроны энергиээс хамаарах хамаарал: 1 - урвал 6 Li (n, t) ‘» He, 2 – урвал 7 Li (n, n’, 0 4 He.
6 Li цөмийн хувьд тритий үүсэх дулааны нейтронуудын шингээлтийн хөндлөн огтлол нь маш том (0.025 эВ-ийн 953 амбаар). Бага энергитэй үед Ли дахь нейтрон шингээлтийн хөндлөн огтлол нь хуулийг дагаж мөрддөг (l/u) ба байгалийн литийн хувьд дулааны нейтроны хувьд 71 амбаарт хүрдэг. 7 Li-ийн хувьд нейтронтой харьцах хөндлөн огтлол нь ердөө 0.045 амбаар юм. Тиймээс үржүүлэгчийн гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд байгалийн литийг 6 Li изотопоор баяжуулах хэрэгтэй. Гэсэн хэдий ч изотопын холимог дахь 6 Li-ийн агууламж нэмэгдэх нь тритиумын үржлийн харьцаанд бага нөлөө үзүүлдэг: хольц дахь 6 Li изотопын баяжуулалт 50% болж 5% -иар нэмэгддэг. Урвалд 6 Li(n, T)» удааширсан бүх нейтронууд шингэдэггүй. Дулааны бүсэд хүчтэй шингээхээс гадна бага хэмжээний шингээлт байдаг (
6 Li(n,T) 4 He урвалын хөндлөн огтлолын нейтроны энергиээс хамаарах хамаарлыг Зураг дээр үзүүлэв. 7. Бусад олон цөмийн урвалын нэгэн адил 6 Li(n,f) 4 He урвалын хөндлөн огтлол нь нейтроны энерги нэмэгдэх тусам багасдаг (0.25 МэВ-ийн резонансын резонансыг эс тооцвол).
?Li изотоп дээр трити үүсэх урвал нь ?n>2.8 МэВ энергитэй хурдан нейтронуудтай хамт явагддаг. Энэ урвалд
тритиум үүсдэг ба нейтроны алдагдал байхгүй.
6 Li-ийн цөмийн урвал нь тритиумын нөхөн үржихүйг уртасгах боломжгүй бөгөөд зөвхөн шатсан тритиумыг нөхдөг.
?1l-ийн урвалын үр дүнд шингэсэн нейтрон бүрт нэг тритий цөм гарч ирэх ба энэ нейтрон нөхөн сэргэх ба дараа нь удаашрах явцад шингэж, дахин нэг тритиум цөмийг өгдөг.
Сэтгэгдэл. Байгалийн Ли-д тритиум нөхөн үржихүйн коэффициент руу"2. Li, LiFBeF 2, Li 2 0, LiF, Y^Pbz-ийн хувьд k= 2.0; 0.95; 1.1; 1.05 ба i.6 тус тус. Хайлсан давс LiF (66%) + BeF 2 (34%) нь flyb ( FLiBe), аюулгүй байдал, тритиумын алдагдлыг бууруулах үүднээс ашиглах нь зүйтэй.
D-T урвалын нейтрон бүр тритий атом үүсэхэд оролцдоггүй тул хангалттай хэмжээний элемент дээр (n, 2n) эсвэл (n, cn) урвалыг ашиглан анхдагч нейтроныг (14.1 МэВ) үржүүлэх шаардлагатай. хурдан нейтронуудын харилцан үйлчлэлийн үед том хөндлөн огтлол, жишээлбэл, y Be, Pb, Mo, Nb болон бусад олон материалууд дээр. Z> 25. Бериллийн хувьд босго (n, 2 P)урвал 2.5 МэВ; 14 МэВ-д 0=0.45 амбаар. Үүний үр дүнд шингэн эсвэл керамик лити (LiA10 2) бүхий хөнжилний хувилбаруудад хүрэх боломжтой. руу* 1.1+1.2. Хэрэв реакторын камер нь ураны хөнжилөөр хүрээлэгдсэн бол задрах урвал ба (n, 2n), (n, zl) урвалын улмаас нейтрон үржих нь мэдэгдэхүйц нэмэгдэх боломжтой.
Тайлбар 1. Нейтроноор цацраг туяагаар литийн өдөөгдсөн идэвхжил бараг байхгүй, учир нь үүссэн цацраг идэвхт изотоп 8Li (12.7 МэВ энергитэй cr-цацраг ба ~6 МэВ энергитэй /?-цацраг) нь маш богино хагастай байдаг. - амьдрал - 0.875 сек. Литийн идэвхжил бага, хагас задралын хугацаа нь ургамлын биологийн хамгаалалтыг хөнгөвчилдөг.
Тайлбар 2. Термоядролын ДТ-реакторын бүрхүүлд агуулагдах тритиумын идэвхжил нь ~10 6 Ci тул DT түлшийг ашиглах нь Чернобылийн хэд хэдэн хувийн масштабтай осол гарахыг онолын хувьд үгүйсгэхгүй. хувилбар нь 510 7 Ci байсан). Т 2 0 үүсэх үед тритиум ялгарах нь цацраг идэвхт уналт, тритиум нь гүний ус, усан сан, амьд организм, ургамал хуримтлагдах, эцэст нь хоол хүнсэнд ороход хүргэдэг.
Үржүүлэгчийн материал, нийт төлөвийг сонгох нь ноцтой асуудал юм. Үржүүлэгчийн материал нь литийн өндөр хувийг трити болгон хувиргаж, дараа нь түлш бэлтгэх системд шилжүүлэхэд хялбархан олборлох боломжийг олгоно.
Үржүүлэгчийн хөнжилний үндсэн үүрэг нь: плазмын камер үүсгэх; k>i коэффициент бүхий тритий үйлдвэрлэл; нейтроны кинетик энергийг дулаан болгон хувиргах; термоядролын реакторыг ажиллуулах явцад хөнжилд үүссэн дулааныг ашиглах; цахилгаан соронзон системийн цацрагийн хамгаалалт; биологийн цацрагийн хамгаалалт.
D-T-түлшний термоядролын реактор нь хөнжилний материалаас хамааран "цэвэр" эсвэл эрлийз байж болно. "Цэвэр" термоядролын реакторын бүрхэвч нь нейтроны нөлөөн дор тритиумыг авч, термоядролын урвалыг 17.6 МэВ-ээс 22.4 хүртэл сайжруулдаг Li агуулдаг.
МэВ. Эрлийз ("идэвхтэй") термоядролын реакторын хөнжилд зөвхөн тритий үйлдвэрлэгддэг төдийгүй 2 s 8 ба 2 39 Pu хаягдал байрладаг бүсүүд байдаг. Энэ тохиолдолд хөнжилд нэг нейтрон тутамд 140 МэВ-тэй тэнцэх энерги ялгардаг. Гибрид хайлуулах реакторын эрчим хүчний үр ашиг нь цэвэр реактороос зургаа дахин өндөр байдаг. Үүний зэрэгцээ термоядролын нейтроныг илүү сайн шингээж авдаг бөгөөд энэ нь суурилуулалтын аюулгүй байдлыг нэмэгдүүлдэг. Гэсэн хэдий ч задрах цацраг идэвхт бодис байгаа нь цөмийн задралын реактортой төстэй цацрагийн орчныг бүрдүүлдэг.
Цагаан будаа. 5.
Шингэн тритиум-үржил шимт материалыг ашиглах, эсвэл хатуу лити агуулсан материалыг ашиглахад үндэслэсэн цэвэр үржүүлэгчийн хөнжил гэсэн хоёр ойлголт байдаг. Хөнжлийн дизайны сонголтууд нь сонгосон хөргөлтийн төрөл (шингэн металл, шингэн давс, хий, органик, ус) болон боломжит бүтцийн материалын ангилалтай холбоотой байдаг.
Хөнжлийн шингэн хувилбарт лити нь хөргөлтийн бодис, трити нь үржил шимтэй материал юм. Хөнжлийн хэсэг нь эхний хана, үржүүлэгч бүс (хайлсан литийн давс, гэрэл ойлгогч (ган эсвэл вольфрам) ба гэрлийн хамгаалалтын бүрэлдэхүүн хэсэг (жишээлбэл, титан гидрид) -ээс бүрдэнэ. Өөрөө хөргөлттэй литийн хөнжлийн гол онцлог нь байхгүй байна. нэмэлт зохицуулагч ба нейтрон үржүүлэгчийн. дараах давсыг хэрэглэнэ: Li 2 BeF 4 ( T pl = 459°), LiBeF 3 (T wx.=380°), FLiNaBe (7^=305-320°). Өгөгдсөн давсуудын дотроос Li 2 BeF 4 нь хамгийн бага зуурамтгай чанар боловч хамгийн өндөр нь юм Twl.Хэтийн төлөв нь Pb-Li эвтектик ба FLiNaBe хайлмал бөгөөд энэ нь өөрөө хөргөгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Ийм үржүүлэгчийн нейтрон үржүүлэгчид нь 2 мм диаметртэй бөмбөрцөг хэлбэртэй Be мөхлөгүүд юм.
Хатуу үржүүлэгчтэй хөнжилд лити агуулсан керамик материалыг үржүүлэгч материал болгон ашигладаг бөгөөд бериллий нь нейтрон үржүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Ийм хөнжилний найрлагад хөргөлтийн коллектор бүхий анхны хана зэрэг элементүүд орно; нейтрон үржлийн бүс; тритиумын үржлийн бүс; тритиумын үржил, нөхөн үржихүйн бүсийг хөргөх суваг; төмрийн хамгаалалт; хөнжил бэхэлгээний элементүүд; хөргөлтийн болон тритий зөөгч хийн оролт, гаралтын шугам. Бүтцийн материал - ванадийн хайлш ба феррит эсвэл феррит-мартенсит ангиллын ган. Цацрагийн хамгаалалтыг ган хавтангаар хийдэг. Ашигласан хөргөлтийн шингэн нь 300 0 оролтын температур, 650 0 гаралтын температуртай UMPA даралтын дор хийн гелий юм.
Радиохимийн ажил бол тритиумыг тусгаарлах, цэвэршүүлэх, түлшний эргэлтэнд буцаах явдал юм. Үүний зэрэгцээ түлшний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нөхөн сэргээх системд зориулсан функциональ материалыг сонгох нь чухал юм (үржүүлэгч материал). Үржүүлэгчийн (үржүүлэгч) материал нь термоядролын нэгдлийн энергийг зайлуулж, тритиумыг бий болгож, дараа нь цэвэршүүлэх, реакторын түлш болгон хувиргахад үр дүнтэй олборлолтыг хангах ёстой. Энэ зорилгоор өндөр температур, цацраг, механик эсэргүүцэлтэй материал шаардлагатай. Материалын тархалтын шинж чанар нь тритиумын өндөр хөдөлгөөнийг баталгаажуулдаг бөгөөд үүний үр дүнд харьцангуй бага температурт тритиумыг үржүүлэгч материалаас гаргаж авах үр дүнтэй байдаг.
Хөнжлийн ажлын бодисууд нь: керамик Li 4 Si0 4 (эсвэл Li 2 Ti0 3) - нөхөн үржих материал ба бериллий - нейтрон үржүүлэгч байж болно. Үржүүлэгч ба бериллий хоёулаа монодисперс хайрга (бөмбөрцөг хэлбэртэй ойролцоо хэлбэртэй мөхлөг) давхарга хэлбэрээр ашиглагддаг. Li 4 Si0 4 ба Li 2 Ti0 3 мөхлөгүүдийн диаметр нь 0.2-10.6 мм ба 0.8 мм-ийн хооронд хэлбэлздэг бол бериллийн мөхлөгүүд 1 мм диаметртэй байдаг. Мөхлөгийн давхаргын үр дүнтэй эзлэхүүний эзлэх хувь 63% байна. Тритиумыг үржүүлэхийн тулд керамик үржүүлэгчийг 6 Ли изотопоор баяжуулдаг. 6 Li-ийн ердийн баяжуулалтын түвшин: Li 4 Si0 4-ийн хувьд 40%, Li 2 Ti0 3-ийн хувьд 70%.
Одоогийн байдлаар литийн метатитанат 1l 2 Tiu 3 нь харьцангуй бага температурт (200-аас 400 0 хүртэл), цацраг туяа, химийн эсэргүүцэлтэй харьцуулахад тритиум ялгарах хурд харьцангуй өндөр байдаг тул хамгийн ирээдүйтэй гэж тооцогддог. Хүчтэй нейтроны цацраг болон дулааны нөлөөллийн нөхцөлд 96% 6 Li хүртэл баяжуулсан литийн титанатын мөхлөгүүд нь хоёр жилийн турш бараг тогтмол хурдтай литийг үүсгэх боломжтой болохыг харуулсан. Нейтрон цацрагтай керамикаас тритиумыг гаргаж авах нь үржүүлэгч материалыг тасралтгүй шахах горимд програмчлагдсан халаах замаар гүйцэтгэдэг.
Цөмийн салбарт термоядролын хайлуулах байгууламжийг гурван чиглэлээр ашиглах боломжтой гэж үзэж байна.
- - хөнжил нь хуваагддаг нуклид (уран, плутони) агуулсан эрлийз реакторууд, тэдгээрийн хуваагдал нь өндөр энергитэй (14 МэВ) нейтроны хүчтэй урсгалаар хянагддаг;
- - электрон цөмийн дэд критик реактор дахь шаталтыг эхлүүлэгчид;
- - цацраг идэвхт хог хаягдлыг саармагжуулах зорилгоор урт наслалттай байгаль орчинд аюултай радионуклидуудыг шилжүүлэх.
Термоядроны нейтроны өндөр энерги нь хөндлөн огтлолын резонансын бүсэд тодорхой радионуклидыг шатаахад зориулж нейтронуудын энергийн бүлгүүдийг салгах сайхан боломжийг олгодог.