Термоядерное топливо

Стоимость этого термоядерного топлива ниже стоимости обычного, минерального. топлива, которая к тому же будет повышаться в дальнейшем по мере его израсходования. Это первое достоинство водородного термоядерного горючего. [c.329]

В импульсных термоядерных установках используется инерционный метод удержания плазмы, суть которого состоит в нагреве и сжатии небольщих шариков термоядерного топлива (смесь дейтерия и трития) мощным лазерным излучением или мощными релятивистскими электронными пучками (РЭП) до таких значений температуры и плотности, при которых термоядерные реакции успевают завершиться за короткое время существования свободной ничем не удерживаемой плазмы. Для установок такого типа концентрация частиц п л 10 -т 10 м , а время удержания 10 ч- 10 с. [c.282]

Четвертый период начался в середине XX в. с освоения энергии деления урана, плутония, тория и других невозобновляемых ядерных топлив. Он закончится полным исчерпанием (или использованием в допустимой, по соображениям глобальной безопасности, степени) ядерного и термоядерного топлива. Б этот период будут расходоваться последние запасы невозобновляемых энергетических ресурсов Земли, и проблема охраны окружающей среды станет особенно важной. [c.14]

Термоядерное топливо — дейтерий, тритий, литий-6 — широко распространено на Земле. Например, в литре морской воды на дейтерий, входящий в состав тяжелой воды, приходится доо весовая часть. Поскольку 1 г дейтерия эквивалентен примерно 8 т бензина, то получается, что количество дейтерия в 1 л воды эквивалентно 160 л бензина. Основные реакции ядерного синтеза [c.103]

С декабря 942 г., когда был пушен первый ядерный реактор, в роли нового источника энергии на сцену вышли ядерные и термоядерные топлива. Широкое их применение считается главным средством спасения от энергетического кризиса и сохранения химического сырья на ближайшие столетия. [c.135]

То, что ядерный синтез представляет собой более мощный источник энергии, чем ядерное деление, объясняет, почему при одинаковом весе зарядов водородная бомба по своему действию гораздо разрушительнее атомной. Правда, процессы ядерного синтеза, происходящие в водородной бомбе и предложенные для использования в будущих термоядерных реакторах, начинаются не с ядер водорода (протонов), а с ядер дейтерия или даже трития. Некоторые из этих реакций синтеза, начинающихся с дейтерия или трития, даны в табл. 6. Две из них уже упоминались среди реакций, происходящих в Солнце, однако последнее, как мы знаем, само производит (синтезирует) свой дейтерий из водорода. Почему же в качестве термоядерного топлива мы предпочитаем использовать редкие изотопы водорода — дейтерий или тритий, а не имеющиеся в изобилии протоны (ядра водорода-1) [c.95]

Тепловыделяющие элементы 80 Теплоноситель 71, 80, 83 Термоэлектрические генераторы 126 Термоэлементы 126 Термоядерная плазма 106, 108 Термоядерное топливо 95, 99, 103 Термоядерные реакторы 91, 100, 107, 114 Трансурановые элементы 116, 127 Тритий 22. 94. 100 Тяжелая вода 68, 84, 103 [c.139]

Единственным пригодным способом решения первой задачи является разогрев термоядерного топлива внешними источниками до температур порядка (10 —10 ) К в зависимости от вида топлива. При таких температурах энергия теплового движения большей части ядер достаточна для преодоления кулоновского барьера, а само вещество находится в состоянии полной ионизации. Последнее обстоятельство н является определяющим в выборе способа передачи энергии ядрам, потому что только в топливе, разогретом до высоких температур, энергия ядер практически не тратится на ионизацию атомов, а следовательно, относительно велика вероятность реакций синтеза ядер. [c.153]

Известно, что ионизация атомов начинается при температурах вещества порядка 10 К. Образующуюся смесь положительно (ионов) и отрицательно (электронов) заряженных частиц с нулевым общим электрическим зарядом называют плазмой. По мере увеличения температуры степень ионизации плазмы увеличивается до тех пор, пока все электроны не покинут ядра, т. е. пока не образуется полностью ионизированная плазма. В термоядерном топливе такое состояние достигается при относительно малых температурах ( 10 К). Так, для атома водорода, в котором всего один электрон, энергия ионизации составляет 13,6 эВ. [c.153]

При лазерном облучении мишени важную роль играет явление абляции — быстрого испарения поверхностного слоя с последующим эффектом отдачи , приводящим к сжатию центр, части таблетки термоядерного топлива, что должно облегчить выполнение критерия Лоусона (см. Лазерный термоядерный синтез). [c.599]

Т. к, скорость реакции синтеза пропорц. плотности вещества (число соударений в единицу времени), а время разлёта частиц тем больше, чем больше размер системы, выгорание термоядерного топлива зависит также от оп-тич. толщины (рЛ) и для осуществления термоядерного взрыва необходимы высокие темп-ра и плотность. В термоядерном взрывном устройстве это создаётся при помощи ядерной бомбы (деления), служащей детонатором. [c.673]

Успех такого эксперимента зависел, прежде всего, от достижения в дейтерии высоких темпе-рат ф, в контексте чего важное значение имеют потоки излучения. Рассматривалась серия из трех экспериментов А , В и С . Испытание В использовало в термоядерном топливе только дейтерий испытание С использовало как дейтерий, так и тритий. В обоих испытаниях термоядерное топливо должно было хорошо обжиматься. Испытание С было существенно менее чувствительно, чем испытание В , и сравнение выходов 14-МэВ-ных нейтронов в них дало бы информацию о достигнутых температурах. Испытание А (возможно, без термоядерных процессов) было необходимо для контроля. Расчеты были проведены для ядра из 8-фазы плутония, что не только упростило задачу по сравнению с композитным ядром, но и позволило увеличить временную постоянную а (скорость размножения). [c.92]

Известно, что для протекания энергетически выгодной реакции синтеза в объёме термоядерного топлива необходимо удовлетворить двум требованиям [c.12]

Действительно, реализуемость принципа инерциального удержания была доказана экспериментально для масштаба массы термоядерного топлива, соответствующего зарядам термоядерных бомб ( 1 кг) 0. Однако для целей построения энергетики требуется уменьшить массу топлива до таких масштабов, когда выделившуюся термоядерную энергию можно было бы утилизировать в камере реактора с приемлемыми размерами и характеристиками. Далее следуют вопросы — какова необходимая энергия для инициирования микровзрыва и какие источники энергии могут являться кандидатами в драйверы Какими должны быть камера реактора и теплоноситель Как сделать ИТС экономически выгодным и экологически безопасным Какие энергетические проблемы могут быть решены с помощью ИТС, т.е. каков временной режим работы реактора, энергию какого вида он может производить и т.п. [c.13]

В отличие от оружейных схем, где необходимая энергия для сжатия и нагрева термоядерного топлива обеспечивается при взрыве делящегося вещества. [c.13]

В соответствии с общей схемой ИТС, DT-топливо помещается в сферическую капсулу, в которой оно подвергается сжатию до колоссальных плотностей (300-1000) г-см за счет импульса давления, обеспечиваемого внешним источником энергии — драйвером. В момент наибольшего сжатия достигаются необходимые условия по плотности и температуре вещества и происходит зажигание топлива, т.е. начинает идти ядерная реакция синтеза D+T с выделением энергии в виде нейтронов и а-частиц. Нейтроны покидают зону реакции, а а-частицы тормозятся и отдают свою энергию топливу, содействуя развитию самоподдерживающегося процесса горения. Для этого необходимо, чтобы оптическая толщина сжатого топлива pR R — радиус сжатого топлива) превосходила универсальное значение, рЯ 0,5 г-см , определяемое пробегом а-частиц с энергией 3,5 МэВ, темпом лучистых потерь энергии из DT-плазмы и критерием инерциального удержания. В этих условиях заряженные продукты реакции синтеза — а-частицы, передают значительную часть своей энергии плотной плазме и процесс горения происходит при температурах 30-100 кэВ, соответствующих максимальным значениям скорости DT-реакции. Прежде чем реагирующее топливо разлетится под действием сил гидродинамического давления за время 10" с, должно прореагировать 30% массы DT. Таким образом, требование сильного сжатия термоядерного топлива обусловлено необходимостью получения значительного коэффициента выгорания и большого коэффициента термоядерного усиления энергии G (см. гл. 3.) при относительно малой (не более нескольких миллиграмм) массе DT-топлива. Проблема равномерности сжатия топлива в ИТС является ключевой. В настоящее время установлены весьма жесткие требования к симметрии обжатия топливной капсулы — допускается неравномерность в пределах 1% [1]. Такая задача решается двумя способами [c.17]

Заключительная часть раздела посвящена одному из наиболее перспективных направлений инерциального термоядерного синтеза, так называемому, прямому или быстрому зажиганию. Концепция прямого зажигания состоит в разделении во времени процессов сжатия и нагрева термоядерного вещества при воздействии на мишень двух синхронизованных импульсных источников энергии (драйверов), один из которых осуществляет предварительное сжатие термоядерного топлива, а второй — нагрев и инициирование термоядерной реакции. [c.34]

Предельно высокий коэффициент усиления однородно нагретой (до температуры 10 кэБ) и сжатой плазмы, который соответствует полному выгоранию термоядерного топлива, близок к значению 300. Высокие степени выгорания достигаются при больших значениях параметра pR (pR > 1). В этих условиях заряженные продукты реакции синтеза (а-частицы) передают значительную часть своей энергии плотной плазме и процесс горения происходит при температурах 30-50 кэВ, более высоких чем начальная температура плазмы, равная 10 кэВ, и соответствующих максимальным значениям скорости DT-реакции. Для температур плазмы от 10 до 50 кэВ параметр pR, который отвечает полному торможению а-частицы, составляет 0,35-3,5 г-см . При значениях скорости термоядерной реакции и скорости звука, соответствующих температуре плазмы 30 кэВ, степень выгорания при интенсивном горении однородно нагретой и сжатой плазмы составляет [c.40]

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]

Высокая симметрия облучения оболочки цилиндрической мишени, достигаемая при облучении её с торца интенсивным ионным пучком, вращающимся относительно оси мишени, обеспечивает получение параметров, нужных для последующего зажигания сжатого термоядерного топлива. [c.125]

В настоящее время очевидно, что однократное зажигание термоядерного топлива с массой 1 мг в лабораторных условиях будет достигнуто в ближайшее десятилетие с помощью мощных лазеров или мощного импульсного электрического разряда (Z-пинча). Достижение условий порога зажигания с G 1 с приемлемым энергетическим выходом — абсолютно необходимый этап для получения экспериментальных данных о требуемых параметрах драйвера. Также необходимо эффективно использовать имеющийся запас времени для последовательной и систематической проработки проблем, непосредственно связанных с построением основ энергетики ИТС. [c.168]

Тритий в природе в заметных количествах не встречается из-за своей радиоактивности (период полураспада равен 12 лет), но может быть получен в результате ядерных реакций при взаимодействии нейтронов с ядрами лития. Литий состоит из 7,5 % Li и 92,5 % Ll и весьма распространен в природе. Количество лития в воде составляет 2-10 т. Извлекаете по современной технологии мировые запасы лития оцениваются более чем в ю т, что обеспечивает производство энергии за счет JD - Т -реакции в течение нескольких столетий. Причем необходимо отметить, что добыча термоядерного топлива практически не сказывает влияния на окружающую среду, в частности, она не связана с образованием большого количества радиоактивной отвальной породы (в отличие от добычи урана). [c.5]

Сверхбыстродействующие системы УТС с инерционным удержанием. Трудности, связанные с магн. удержанием плазмы, можно в принципе обойти, если сжигать ядерное горючее за чрезвычайно малые времена, когда нагретое в-во не успевает разлететься из зоны реакции. Согласно критерию Лоусона, полезная энергия при таком способе сжигания может быть получена лишь при очень высокой плотности рабочего в-ва. Чтобы избежать ситуации термоядерного взрыва большой мощности, нужно использовать очень малые порции горючего, исходное термоядерное топливо должно иметь вид небольших крупинок (диам. 5 мм), приготовленных из смеси дейтерия и трития, впрыскиваемых в реактор перед каждым его рабочим тактом. Главная проблема здесь заключается в быстром подведении необходимой энергии для разогрева крупинки горючего. К 1982 решение этой проблемы возлагается на применение лазерного излучения или интенсивных сфокусированных пучков быстрых заряж. ч-ц. Исследования в области УТС с применением лазерного нагрева были начаты в 1964 использование релятивистских электронных пучков и в особенности ионных пучков находится на ещё более ранней стадии изучения. [c.786]

Из этих природных энергетических ресурсов по экономическим соображениям и в соответствии с современным состоянием техники более других используется химическая энергия топлива — углей, нефти, торфа, сланцев н энергия движущейся воды (так называемый белый уголь). Ведутся интенсивные научные работы по использованию новых видов энергии — атомной и термоядерной. Построен ряд атомных электростанций . Их общая электрическая мощность в мире составляет к настоящему времени около 10 ООО ООО/сет. [c.9]

Огромной концентрацией энергии обладают, как известно [см. 4], ядерные и термоядерные топлива, что нрактическп снимает проблему их транспортирования. Однако пока полнота превращения их энергии в полезные виды невелика, например для природного урана в теплоту — менее 1% в реакторах на тепловых нейтронах и до 20—30% в реакторах на быстрых нейтронах (которые начнут вводиться в эксплуатацию широко только после 1980 г.) в электрическую и механическую энергии — соответственно 0,2—0,4% (на тепловых нейтронах) и 4—12% (на быстрых нейтронах). [c.101]

МэВ (если взять среднюю величину энергии, выделяемой в результате прохождения одной из двух одинаково вероятных реакций синтеза). На основании этих оценок можно заключить, что запаса дейтерия в Мировом океане хватило бы нам на несколько миллиардов лет, а к тому времени уже должны истощиться запасы солнечного термоядерного топлива. Во всяком случае очевидно, что нам не следует беспокоиться об истощении природных запасов дейтерия. Но как дорого обхо- [c.101]

Реакции D — D (первые две из четырех рассматриваемых) возможны в дейтерии примерно с одинаковыми (и значительно меньшими, чем две другие реакции) вероятностями. Существенно меньше и кинетические энергии образующихся ядер ( 4 МэВ в каждой из них). В реальных условиях в дейтерии будут идти также реакции D — Т и D — Не, поскольку Т и Не образуются в D — D-реакциях. Поэтому усредненное значение энергии реакции будет значительно больше 4 МэВ. Однако несомненное достоинство D — D-реакций в том, что для их реализации необходим только дейтерий — термоядерное топливо, запасы которого в природе практически неограннчены. На это указывают обычно в первую очередь при рассмотрении перспектив и достоинств термоядерной энергетики. Другое достоинство также очевидно — ни в одной из реакций синтеза не образуются долгоживущие радиоактивные нуклиды. Правда, в двух из них присутствует тритий. Эта особенность является наиболее потенциально опасной для окружающей среды в связи со значительным эффектом биологического воздействия радиоактивного трития. [c.152]

Практическое использование энергии реакции синтеза ядер возможно только при осуществлении управляемой самоподдер-живающейся цепной реакции синтеза. Для этого надо решить по крайней мере две задачи — создать условия, необходимые для начала (первая задача) и самоподдержання (вторая задача) цепной реакции синтеза, называемой также термоядерной реакцией или горением термоядерного топлива. [c.153]

Таким образом, создать термоядерный реактор — значит создать установку, в которой можно разогреть термоядерное топливо до необходимых температур, термоизолируя его от конструкционных материалов, и удерживать полученную плазму в течение промежутка времени тем большего, чем меньше плотность плазмы. При этом должно выполняться условие самоподдержи-вающейся термоядерной реакции, а значения каждого из параметров п, г н Т могут быть различными. Последним обстоятельством и определяется многообразие исследуемых способов решения проблемы. [c.154]

Освоение энергии управляемого термоядерного синтеза открывает практически неограниченные запасы энергетического топлива. Если 1 кг урана эквивалентен 1700 т угля, то для 1 кг термоядерного топлива этот эквивалент равен 16 000 т [14]. Основным энергетическим топливом для термоядерных реакций служат тяжелый водород (дейтерий D), содержащийся в обычной воде, а также сверхтяже-лый водород (тритий Т), получаемый искусственно. В воде мирового океана содержится тяжелая вода D2O в пропорции 1 6000. Эти запасы дейтерия могут удовлетворить нужды энергетики в течение многих миллионов лет. [c.257]

Наименьшая температура зажигания реакции 40-10 К соответствует реакции, описываемой уравнением (XV.3). Поэтому дейтерий-тритиевая реакция,по всей вероятности, будет первой из освоенных человечеством для управляемого термоядерного синтеза, и по меньшей мере первый этап термоядерной энергетики будет связан преимущественно с использованием этого типа реакций. В дальнейшем будут освоены также дейтерий-дейтериевые реакции (XV. 1) и (XV.2), для зажигания которых необходимы температуры в сотни миллионов градусов. Освоение этих реакций позволит практически на три порядка увеличить используемые запасы термоядерного топлива. [c.257]

Энергия W. к-рую необходимо подводить к крупинке горючего для обеспечения работы установки в реакторном режиме, как следует из простого расчёта, обратно пропорциональна квадрату плотности дейтерий-тритиевого топлива. Оценки показывают, что допустимые значения W получаются лишь в случае резкого, в 10 -—10 раз, увеличения плотности термоядерного топлива по сравнению [c.232]

К. Однако даже малая добавка чужеродных атомов с большим Z, к-рые при рассматриваемых темп-рах находятся в сильно ионизованном состоянии, приводят к возрастанию энергетич. потерь выше допустимого уровня. Требуются чрезвычайные усилия (непрерывное совершенствование вакуумных установок, использование тугоплавких и труднораспыляемых веществ, таких, напр., как графит, вольфрам, молибден, в качестве материала диафрагм, применение устройств для улавливания атомов примесей и т. д.). чтобы содержание примесей в цлаз.ме оставалось ниже допустимого уровня (40,1%). Для ннер-циальных систем—предотвращение перемешивания вещества сжимающей оболочки с термоядерным топливом на конечных стадиях сжатия. [c.232]

Процесс абляции и сжатия термоядерного топлива, детально изучаемый экспериментально и теоретически в последние годы [6, 10], пока не привел к осуществлению термоядерной реакции, однако уже достигнуты коэффициенты сжатия р 10 . Теоретические оценки показывают, что для возникновения реакции синтеза необходим коэффициент сжатия р 10 . Оценки показыва- [c.270]

В экспериментах по лазерному термоядерному синтезу с инерциань-ным удержанием плазмы производят быстрое сжатие микроскопических капель термоядерного топлива и его сильный разогрев путем сферически-симметричного облучения несколькими лазерными пучками огромной мощности. Достигаемые при этом на короткое время температуры и плотности плазмы оказьшаются достаточными для эффективного термоядерного горения топлива. В течение быстротечного нагрева и протекания термоядерной реакции плазма не успевает разлететься из-за конечной скорости разлета — в этом и состоит принцип инерцианьного удержания плазмы. [c.89]

В ЛТС наиболее перспективна схема зажигания термоядерного топлива в виде микрокапель с предварительным очень сильным сжатием — наподобие того, как в обычных двигателях внутреннего сгорания топливную смесь перед тем, как поджечь, сильно сжимают под поршнем или в турбине. В термоядерных мишенях используют сжатие за счет абляции, т.е. за счет реактивных сил, возникающих при разлете внешних слоев предварительно разогретой мишени. [c.90]

При взрьшном разлете внешней оболочки термоядерного топлива (имплозии) развивается колоссальное давление, которое способно сжать каплю до плотностей, в 10 —10 раз превышающих плотность конденсированного вещества. Это давление способствует повышению температуры ядра капли до температуры синтеза. Горение, начавшись в центре капли, затем распространяется наружу. Все описанные процессы должны произойти за время, меньшее времени взрьюного разлета капли (типичное значение для современных экспериментов около 1 не). Фактически УТС с лазерным или пучковым разогревом представляет собой уменьшенную в миллионы раз копию термоядерного взрьша. [c.90]

Ансамбль стадийных ядерных и термоядерных взрывных модулей, позволяющий получить теоретически неограниченное энерговьщеление. Конфигурация требует использования уранового или плутониевого инициатора для зажигания термоядерного топлива. Конфигурация характеризуется разделенными ядерными и термоядерными стадиями и сжатием (перед зажиганием) термоядерной стадии излучением, переданным от предыдущей термоядерной или ядерной стадии (стадий). [c.470]

Плотный металл, окружающий либо ядро из делящихся материалов и отражатель, либо термоядерное топливо. Используется для увеличения энерговыделения за счет увеличения времени горения и замедления разлета системы. Тампер может служить в качестве отражателя нейтронов, а в случае бустированного или термоядерного устройства - как дополнительный материал для деления. Также называется пушером. В термоядерном оружии используются тамперы как из делящихся, так и неделящихся материалов. [c.474]

Сегодня у специалистов мало сомнений, что однократное зажигание термоядерного топлива с массой 1 мг в лабораторных условиях может быть достигнуто в ближайшее десятилетие с помощью мощных лазеров или мощного импульсного электрического разряда (Z-пинча). Достижение условий поджига обогатит ИТС бесценными экспериментальными данными по устойчивости обжатия топливных капсул, симметрии облучения, профилю энерговложения, необходимых для достижения температур и плотностей плазмы при зажигании. Кроме того, будут получены новые уникальные результаты по фундаментальной физике высокой плотности энергии в веществе. Однако этого недостаточно. Параллельно с движением к этой важной, но не единственной, цели международное научно-техническое сообщество ИТС под эгидой МАГАТЭ [3] в настоящее время сосредотачивается на проблемах, непосредственно связанных с построением основ энергетики ИТС обеспечение частотного режима работы драйвера с высоким КПД разработка согласованной системы драйвер — мишенный узел — реакторная камера обеспечение эффективной утилизации энергии микровзрывов в камере реактора при импульсной нагрузке с частотой следования импульсов 1-10 Гц обеспечение воспроизводства термоядерного топлива обеспечение экологически и экономически конкурентоспособных показателей теплового цикла. При этом следует принять во внимание, что ИТС имеет ряд важных отличительных особенностей. Так по срав- [c.14]

Рассмотрим реактор, в котором термоядерное топливо быстро разогревается до температуры Т, после чего происходит удержание плазмы при данной температуре в течение времени Т, когда протекают терлоядерные реакции. Затем плазма охлавдается и реак- [c.18]

И в токамаках, и в ЛШ окорооть утечки термоядерного топлива в 10-20 раз выше окорооти его "сгорания" в реакциях оинтеза. Это делает необходимым процеоо его восстановления и повторного использования. [c.81]

Инжекция таблеток топлива может быть осуществлена с помощью системы типа пневматического ружья, изображенной на рис.4.5. В этом инжекторе струя газообразного термоядерного топлива замораживается нвдким гелием таким образом, что цилиндр твердого топлива попадает в отверстие, просверленное в диске (а). Диск, в котором просверлены отверстия, помещен в медный кожух, также схлавдаемый жидким гелием. Газообразное топливо заотываат в каждом отверстии, а диск вращается таким образом, чтобы цилиндрик оказался на одной линии с быстродействующим клапаном, расположенным на конце ствола ружья (б). Клапан открывается и пропускает поток газообразного гелия под давлением 30 атм, который уносит цилиндрик топлива. Таблетки диаметром I мм ускоряются [c.82]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...