Термоядерные электростанции и термоядерные реакторы

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ [c.535]

В бланкете гибридного реактора возможна также наработка ядерного топлива для его сжигания в обычном ядерном реакторе. В этом случае электростанция представляет собой энергетический комплекс, состоящий из гибридной термоядерной электростанции и обычной АЭС, связанных между собой по циклу ядерного топлива. Концепция такой энергоустановки была разработана в отечественной литературе под названием ТИГР [6]. В этой установке термоядерный энергоблок с одним реактором с СОг-лазерным драйвером имеет следующие показатели [c.96]

Ограниченность запасов угля, ценность его как химического сырья, неблагоприятное воздействие вредных продуктов сгорания на окружающую среду ускорят замену его ядерным топливом. Однако из-за низкой эффективности топливного цикла в реакторах па тепловых нейтронах (о чем говорилось выше) окончательное вытеснение атомными электростанциями обычных угольных ТЭС начнется после перехода на реакторы на быстрых нейтронах с воспроизводством топлива. После 2000 г. может начаться введение в эксплуатацию термоядерных электростанций. Одновременно планируются все большая электрификация энергетики и централизация распределения энергии через ЕЭС [29, 31, НО]. [c.152]

С помощью управляемой термоядерной реакции может быть облегчено решение проблемы надежного энергоснабжения. Уже более 20 лет советские и зарубежные ученые ведут поиск решения этой сложной проблемы, ставя перед собой цель создания электростанции на основе термоядерных реакторов. Топливом для таких реакторов должен быть дейтерий (тяжелые ядра водорода) и литий. В мировом океане содержится более 20-10 2 т тяжелого водорода. Примером реакции синтеза атомных ядер может служить реакция соединения ядер дейтерия Д и трития Т, в результате чего рождается ядро гелия и нейтрон. Общая энергия, выделяемая в этой реакции, 17,6 МэВ, причем [c.193]

В США в программе работ в области решения задачи управляемого термоядерного синтеза намечается создание к концу XX в. термоядерной электростанций. Однако решение этой сложной задачи связано с рядом промежуточных этапов созданием испытательного реактора и экспериментальной электростанции. По-видимому, усилиями ученых всего мира эта проблема будет решена. [c.195]

А. П. Александров сказал Мы теперь уверены, что на службу народу будут поставлены эти колоссальные термоядерные ресурсы Работы по термоядерному синтезу были начаты советскими физиками 25 лет назад под руководством. И. В. Курчатова. В результате длительных и упорных исследований в 1976 г.. в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова была создана крупнейшая в мире экспериментальная термоядерная установка Токамак-10 . Эта установка предназначена для нагрева водорода до температуры нескольких десятков миллионов градусов и удерживания нагретого вещества в течение продолжительного времени. По мнению академика Е. П. Велихова, установка Токамак-10 является последним этапом экспериментальных работ. После проведения исследований на ней, а также с учетом результатов, полученных за рубежом на подобных установках, будет создан термоядерный реактор, а затем и термоядерная электростанция. [c.319]

Более полное описание основных типов ядерных реакторов будет дано в следующей главе, а пока отметим, что в сегодняшних атомных электростанциях просто заменены обычные печи, сжигающие уголь или нефть, другим источником тепла. Принцип же использования источника тот же — получение пара, приводящего в движение турбогенераторы. В будущих реакторах, в которых будет происходить прямое преобразование ядерной энергии в электрическую, потребуется, очевидно, гораздо более совершенная технология. Над ней уже кропотливо работают ученые и инженеры, исследующие возможность получения энергии, и в частности из ядерных реакций синтеза в термоядерных реакторах. Уже имеются реальные предложения по созданию ядерных реакторов, в которых ядерная печь , скажем, в 10 или 20 раз горячее, чем в современных реакторах (однако гораздо холоднее тех печей , на которых будут работать в далеком будущем термоядерные реакторы). И поскольку температура плавления твердотопливных стержней (или, вернее, их сборок) ограничивает возможности сегодняшних ядерных реакторов, то был выдвинут ряд предложений о постройке реакторов, работающих на жидком или газообразном ядерном топливе. [c.67]

Приблизительно (весьма приблизительно) мы можем представить себе контуры будущей термоядерной электростанций. Конечно, нельзя знать это наверняка, но предположим, что ее основу составляет реактор тороидального типа. На рис. 41 представлены возможные размеры и другие основные характеристики подобного реактора, способного производить примерно 1000 МВт [c.114]

Очевидно, что, учитывая наши субсидии на ядерные реакторы, переход к использованию термоядерных реакторов должен проходить постепенно. И это не удивительно, если будет продлена жизнь ядерных реакторов, подобно тому как в наше время, помимо атомных, продолжают трудиться электростанции, работающие на органическом топливе. [c.115]

Более или менее ясны общие принципы термоядерного синтеза, но необходимые экспериментальные разработки чрезвычайно дороги и требуют международного сотрудничества. Поэтому прогресс в этой области замедлен, и, по-видимому, на первой стадии потребуется создание очень крупных централизованных электростанций. Как термоядерный синтез, так и быстрые реакторы-размножители открывают возможности практически неограниченного производства энергии. Коммерческое использование реакторов-размножителей ожидается в обозримом будущем, поэтому при разработке прогнозов они включались в сектор традиционной ядерной энергетики. Техническая возможность термоядерного синтеза в широких масштабах должна быть еще доказана, поэтому при прогнозировании он включался в сектор нетрадиционных источников энергии. Термоядерный синтез имеет ряд теоретических преимуществ по сравнению с реакторами-размножителями меньшую степень риска как в физическом, так и в политическом отношениях, меньший уровень радиоактивности при эксплуатации и в отходах, а также, при разумном проектировании с самого начала, меньшую степень воздействия на окружающую среду. [c.361]

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ ТИПА ТОКАМАК И ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ [c.540]

В пятой главе приведен краткий обзор экономических показателей некоторых проектов электростанций на основе ИТС, проводится численное моделирование финансово-экономических характеристик термоядерного реактора и сравнительный анализ различных сценариев строительства и функционирования электростанции ИТС. [c.8]

Основным и главнейшим параметром, определяющим энергетические показатели термоядерной электростанции, является коэффициент усиления мощности энергетического цикла Ке который является произведением КПД драйвера щ, коэффициента усиления мишени G, КПД теплового цикла г т, коэффициента усиления мощности в бланкете реактора М и равен отношению электрической мощности электростанции к мощности, затраченной на питание драйвера [c.20]

Альтернативой чистым установкам являются электростанции, где в бланкет термоядерного реактора загружается ядерное топливо. В таком бланкете быстрые нейтроны частично используются либо для подсветки подкритической сборки, либо для наработки обогащенного ядерного топлива. Гибридные схемы рассмотрены в [1, 5, 6, 13. Энергия деления существенно увеличивает эффективный коэффициент усиления реактора, что позволяет понижать требования к термоядерному усилению и КПД драйвера. Однако совмещение в одном цикле двух видов топлив ведет к дополнительному усложнению технологии. Состав оборудования и компоновка чистых и гибридных электростанций существенно зависят от способа поджига термоядерного топлива. Инженерный облик и экономика электростанции определяется типом [c.92]

Энергия термоядерной вспышки Ef) ограничена снизу рассмотренным выше условием малости потерь в драйвере, а частота, наоборот, ограничена сверху условием восстановления параметров газа в камере реактора до значений, обеспечивающих прохождение пучков. Таким образом, частота и является важным функциональным параметром. От нее зависит максимальная мощность реакторов электростанции и, тем самым, ее экономические показатели. [c.95]

Где (/ = АГд/ТУе — коэффициент, характеризующий долю расходов электроэнергии на вспомогательные собственные нужды. Можно ожидать, что 5%. На существующих тепловых и ядерных (деления) электростанциях различие электрических мощностей брутто (на клеммах генератора) и нетто (отпущенная потребителю) не превышает 10%. Как следует из (5.5), электрическая мощность брутто термоядерных реакторов при малых КПД драйвера может превышать мощность нетто в несколько раз из-за больших расходов энергии на питание драйвера. [c.142]

Рис. 5.8. Схематичное изображение структуры термоядерной электростанции с 5-ю реакторами. Теплотехническое оборудование включает в себя все части термоядерной электростанции, кроме ускорителя, реакторов и мишенной фабрики, то есть те части, которые не являются специфическими для проектов инерциального синтеза, а являются общими для всех АЭС.

Экономика электростанций с инерциальными термоядерными реакторами весьма чувствительна к ключевым энергетическим параметрам и их взаимосвязям. [c.163]

Несмотря на некоторую неопределенность в величине усиления мишени, стоимости лазерных усилителей, ионных ускорителей и реакторных модулей, электростанция с термоядерным инерциальным реактором может рассматриваться в качестве кандидата на определенную нишу в структуре энергетики. [c.163]

Запасы горючих материалов. Непосредственно запасы дейтерия в окружающей среде очень велики и превосходят 10 т н. э. при его полной утилизации (т.е. на 8 порядков выше, чем для урана). Тритий, не встречающийся в природе, воспроизводится в бланкете реактора согласно реакциям и (п,а)Т, Ь1 (п,2п)Ь1 , Ь1 (п,па)Т. Таким образом, лимитирующим фактором является литий. Установка с электрической мощностью 1 ГВт будет сжигать около 100 кг дейтерия и 300 кг лития в год [5]. Если предположить, что все термоядерные электростанции будут производить 20 10 Дж в год, т.е. половину сегодняшней потребности в электроэнергии, то общее годовое потребление дейтерия и лития составит, соответственно, 60 и 180 тонн. При таком потреблении содержащегося в воде дейтерия (0,015%) хватит на миллионы лет. По данным из работы [3], разведанные рудные запасы лития составляют (8-10)-10 тонн, и при таком потреблении их хватит на 75 тысяч лет. Следует отметить, что запасов руды делящихся материалов хватит на 2000 лет, при условии включения в замкнутый топливный [c.167]

Исследования по управляемому термоядерному синтезу вступили в решающую стадию. В начале 90-х годов планируют начать испытания первого демонстрационного термоядерного реактора, а в начале следующего столетия можно ожидать появления первой опытной термоядерной электростанции. После этого термоядерные энергоустановки смогут найти применение в программах исследования Солнечной системы и индустриализации космического пространства. Такие энергоустановки будут обладать важными преимуществами уровнем энергии до 10 ГВт, хорошими массогабаритными характеристиками, высокой безопасностью. [c.186]

В выступлении товарища Л. И. Брежнева четко намечена перспектива развития энергетики Наконец, наш долг — заблаговременно подумать об энергетике будущего, от которой во многом зависит экономический рост страны. Следовательно, в перспективных планах должно предусматриваться широкое строительство атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах, развертывание работ по управляемому термоядерному синтезу, производству синтетического жидкого топлива, использованию солнечной и геотермальной энергии . [c.5]

Второе слагаемое отражает особенности преобразования энергии в установках термоядерного синтеза. КПД электростанции т) очень чувствителен к величине этого члена, представляющего относительные затраты энергии на инициирование микровзрыва. Для удержания КПД установки Г) на приемлемом уровне необходимо, чтобы величина этих потерь не превышала нескольких процентов. Данное требование налагает ограничения на минимально допустимые значения КПД драйвера щ и на коэффициент усиления в реакторе. [c.95]

По сравнению со 2-м изданием в параграф Термоядерные электростанции и термоядерные реакторы включены описания и характеристики реакторов-токамаков ДЕМО и ИТЭР, схема стратегии исследований в области управляемого термоядерного синтеза. Приведены методы инициирования и поддержания горения плазмы, сведения о накоплении и откачке гелия, о топливе и конструкционных материалах. [c.10]

Препятствия на пути промышленного освоения энергии термоядерного синтеза труднопреодолимы. Возможность осуществления процесса управляемого термоядерного синтеза будет выявлена в текущем десятилетии после решения ряда научных проблем. Число инженерных проблем, которые должны быть решены, прежде чем первая промышленная установка вступит в действие, также огромно. При современном уровне технологического развития пока невозможно оценить вероятную стоимость термоядерной электростанции и ее надежность, что в итоге определяет экономическую оправданность применения термоядерного реактора. Если программа исследований и разработок будет выполняться в соответствии с намеченными сроками и не возникнет непредвиденных проблем (включая организационные препятствия), то, вероятно, к концу этого столетия демонстрационная термоядерная установка войдет в строй. Значительного вклада от энергии термоядерного синтеза в национальное производство элек-90 [c.90]

Гибридные схемы термоядерных электростанций. В гибридном реакторе сжигаются одновременно два вида топлива — термоядерное и ядерное. Это обеспечивается компоновкой в одном блоке, соответственно, двух реакторов — синтеза и деления. Такое сочетание является весьма привлекательным, поскольку снижает требования, предъявляемые к каждому из реакторов. Как отмечалось выше, для термоядерной вспышки параметр щ С может быть существенно снижен (в 10 и более раз). В то же время активная зона ядерного реактора может быть глубоко подкритичной. В качестве топлива может исполь- [c.95]

В электроэнергетике капиталоемкость будет расти гораздо медленнее, чем в топливной промышленности, несмотря на значительное увеличение в структуре вводимых мош ностей доли атомных электростанций, стоимость которых выше стоимости станций на органическом топливе. Основными факторами, сдерживающ,ими удорожание электроэнергетического строительства в ближайшие двадцать лет, станут дальнейшее укрупнение единичной мош ности основного и вспомогательного оборудования и станций в целом, ввод более дешевых маневренных электростанций, внедрение новых технологических решений, дальнейшая индустриализация и повышение производительности труда в строительстве станций и сетей. Однако в конце XX в. еш,е ош,утимее будет влияние факторов, повышающ,их капиталоемкость электроэнергетики усложнение условий выбора плош адок для крупных электростанций, продвижение энергетического строительства в северные районы, ужесточение норм выброса вредных веп ,еств в атмосферу, увеличение затрат в природоохранные мероприятия в обеспечение надежности и безопасности АЭС и т. д. На ускорении роста удельных капиталовложений может сказаться распространение в начале следуюш,его столетия реакторов-размножителей, а также гибридных термоядерных реакторов, которые, как ожидается, будут дороже обычных атомных станций. [c.24]

Выводы и заключение. В табл. 2 приводятся экономические и структурные характеристики основных технологий производства электроэнергии. Как видно из приведенных данных, до конца текущего столетия основная выработка электроэнергии будет осуществляться на угольных ТЭС и на АЭС. Развитие обеих технологий порождает серьезные проблемы, связанные с охраной окружающей среды и преодолением инерции общественного неприятия этих технологий. Гидравлические и геотермальные электростанции могут обеспечить лишь ограниченную часть выр-аботки базисной электроэнергии, и их доля в общем национальном энергобалансе США, вероятно, не возрастет существенно. Реальными альтернативами в выработке базисной электроэнергии в долгосрочной перапективе могут быть лишь возобновляемые источники энергии, в первую очередь реакторы БН, термоядерные установки и солнечные электростанции. Из новых технологий в настоящее время наиболее развита технология, связанная с реакторами БН. Все упомянутые технологии, прежде чем они найдут широкое промышленное применение, требуют реализации дорогих и длительных программ научных исследований, разработок и создания демонстрационных установок. [c.90]

Рассмотренный реактор относится к разряду так называемых гибридных термоядерных реакторов. В них сочетаются реакции синтеза (в плазме) и деления (в бланкете) ядер. Анализируя баланс энергии термоядерной электростанции (ТЯЭС), упрощенно изображенный на рис. 13.2, нетрудно понять, почему таким реакторам будет отдано предпочтение на начальном этапе развития термоядерной энергетики. [c.160]

В связи с этим во всех развитых странах развернуты и реализуются энергетические программы, предусматриваюш ие расширенный ввод в эксплуатацию атомных электростанций о тепловыми реакторами освоенных типов (в первую очередь реакторов с обычной водой под давлением). Значительное место в программах уделяется вопросам ускоренного развития новых типов реакторов, прежде всего реакторов-размножителей на быстрых нейтронах. В последние годы в энергетические программы развитых стран, как обязательный элемент, включаются исследования, направленные на поиски путей создания реактора термоядерного синтеза. [c.7]

Системы с иагнитной термоизолицней. Энергетич. выход на уровне 10 кВт/м достигается для (d, 1>реакций при плотности плазмы п 10 см" и темп-ре 10 К. Это означает, что размеры рабочей зоны реактора на Ю МВт (типичная мощность совр. крупной электростанции) должны составлять ок. 1000 м . Осн. вопрос состоит в том, каким способом удерживать горячую плазму в зоне реакции. Диффузионные потоки частиц и тепловые потоки при указанных значениях п и Г оказываются гигантскими и любые материальные стенки непригодными. Основополагающая идея, определившая на долгие годы пути развития проблемы в данном направлении, была высказана в СССР, США и Великобритании практически одновременно, Эта идея состоит в использовании для удержания и термоизоляции плазмы магн. полей. В СССР она была высказана И. Е. Таммом и А. Д. Сахаровым в 1950. Заряж. частицы, образующие плазму, находясь в магн. поле, не могут свободно перемещаться перпендикулярно силовым линиям поля. Коэф. диффузии и теплопроводности поперёк магн. поля в случае устойчивой плазмы изменяются обратно пропорционально квадрату напряжённости поля н, напр., в полях 10 Гс уменьшаются на 14—15 порядков величины по сравнению со своими значениями для незамагниченной плазмы той же плотности и темп-ры. Т. о., применение достаточно сильного магн, поля в принципе открывает дорогу для проектирования термоядерного реактора. [c.231]

С энерготехнол. точки зрения любая АЭС в принципе является аналогом обычной тепловой электростанции, в к-рой вместо топки парового котла для получения рабочего тела (водяного пара) используется ядерный (термоядерный) реактор. Несмотря на сходство принципиальных тер-модинамич. схем атомных и тепловых (основанных на сжигании разл. видов органич. горючего, т. н. огневая энергетика) энергоустановок, между ними имеются существенные различия. Определяющими среди них являются эколого-экономич. преимущества АЭС (при их нормальной работе) по сравнению с огневыми электростанциями отсутствие потребности в кислороде, отсутствие загрязнения окружающей среды сернистыми и др. газами. Значительно большая (в миллионы раз) теплотворная способность ядерного горючего резко сокращает его объёмы и расходы на транспортировку и обращение кроме того, ресурсы ядерного горючего огромны. Эти преимущества стали причиной быстрого развития Я. э. в промышленно развитых странах. [c.662]

Из вышесказанного видно, что в энергобалансе страны и мира все большую долю будут заниугать источники ЭР, вырабатывающие электроэнергию. К их числу относятся установки, использующие возобновляемые виды ЭР (гидростанции, ветряные, приливные, солнечные, геотермальные установки), а также будущие источники энергии — атомные электростанции с реакторами на быстрых нейтронах и термоядерные установки. Вырабатываемая в ядерных реакторах теплота только в весьма ограниченной степени может быть непосредственно использована для ведения технологических процессов как по своему температурному уровню, так и но территориальным условиям, а также из-за большого различия единичных мощностей. Так, по действующим в настояндее время нормам атомные электростанции должны размещаться на расстоянии не менее 20 км от иромыш-ленпых предприятий и городов. [c.272]

Основные системы термоядерной электростанции с реактором-токамаком и их взаимосвязь показаны на рис. 9.56. Она включает в себя разрядную камеру I, в которой осуществляется нагрев плазмы и реакция синтеза сверхпроводящую электромагнитную систему 2, обеспечивающую образование плазмы с помощью вихревого электрического поля, удержание этой плазмы в вакуумном объеме, теплоизоляцию ее от стенок, а также создающую ди-верторную конфигурацию магнитного поля блан-кет 3, окружающий вакуумную камеру и состоящий из вакуумной стенки (За) и зон преобразования нейтронной энергии в теплоту (36), воспроизводства ядерного топлива (Зв) и радиационной защиты (Зг) систему питания сверхпроводящих электромагнитных обмоток 4 систему 5 извлечения трития (5а), подготовки (56) и инжекции (Je) вещества вакуумную систему 6, поддерживающую необходимый вакуум в вакуумной камере (ба), инжекторах (66) и криостатах сверхпроводящих электромагнитных обмоток (бв) криогенную систему 7, обеспечивающую необходимым количеством хладагента сверхпроводящие электромагнитные системы, криопанели инжекторов нейтральных атомов в вакуумные системы, а также другие устройства, работающие при криогенных температурах систему инжекции нейтральных атомов 8, осуществляющую нагрев плазмы до температуры 12 кэВ (по условиям зажигания) систему преобразования теплоты в электрическую энергию 9, включая тепловые аккумуляторы (9а), парогенераторы (96), турбины (9в), электрогенератор (9г) и другое оборудование систему /О загрузки ( 0а) и извлечения (106) топлива систему управления, контроля, защиты II, [c.542]

В качестве простейшей (полезной для понимания) экономической модели стоимости электроэнергии, производимой термоядерным реактором, воспользуемся широко распространенной моделью, оперирующей с понятием ежегодные приведенные затраты I (руб/год или доллар/год), которые учитывают капитальные затраты на сооружение электростанции К (рубль или доллар) и текущие расходы (эксплуатационные издержки) У (руб/год или доллар/год) [3]. Разделение затрат на капитальные и текуш ие — это не более чем формулирование удобной для оценок экономической модели. В этой модели электростанция (включающая драйвер, один или несколько реакторных модулей, теплообменное оборудование и циркуляционные насосы, паровые или газовые турбины и электрогенераторы, фабрику мишеней, вакуумную систему и др. оборудование) создается мгновенно посредством капиталовложений К, то есть импульсных затрат , и затем длительное время работает в неизменном режиме, требуя теперь уже дляи ихся (не импульсных, а текущих) затрат. Капитальные вложения нужны [c.143]

На следующем этапе атомной энергетики, сначала 90-х годов, базовыми станут АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, которые вытеснят АЭС с реакторами на тепловых нейтронах в полупико-вую область графиков нагрузки [16 гл. VII]. В начальный период строительства АЭС с реакторами на быстрых нейтронах будет целесообразно применять параметры пара, обычные для электростанций органического топлива. В дальнейшем могут найти применение высокотемпературные реакторы. В принципе они открывают возможность применения паротурбинного цикла сверхвысоких параметров. Однако рациональность такого решения не очевидна, поскольку в качестве теплоносителя первого контура не может быть применена вода. Обязательное наличие на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах первого жидкометаллического или газового контура приводит к мысли о целесообразности применения для АЭС с высокотемпературными быстрыми реакторами комбинированных энергетических установок с газовыми турбинами или МГД-генераторами [9]. Такие же комбинированные схемы представляются перспективными и для будущих термоядерных установок (см. рис. XV.8). [c.253]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...