Для нагрева плазмы до температуры, необходимой для поддер­жания реакции термоядерного синтеза, можно использовать различ­ные методы.

• Омический нагрев. Электрический ток, проходящий через плазму (как и через любой другой проводник), встречает опре­деленное сопротивление. Это значит, что определенная доля энергии поглощается плазмой и уходит на ее нагрев — таким же образом нагревается, например, провод, через который про­пущен ток высокого напряжения.

• Саморазогрев. Реакция термоядерного синтеза сама произво­дит тепло. Часть этого тепла поглощается плазмой.

• Инжекция пучка нейтральных атомов. Пучками быстрых (об­ладающих высокой энергией) нейтральных атомов дейтерия и трития «обстреливают» плазму. Врезаясь в атомы плазмы, они разогревают ее. Нейтральный заряд атомов дает им воз­можность преодолевать сильные магнитные поля внутри тока - мака.

• Микроволновое излучение. Электромагнитные волны направ­ляются на плазму в нескольких точках камеры. Частоты этого излучения совпадают с циклотронной частотой[53] ионов или элек­тронов плазмы, и энергия излучения поглощается плазмой. На рисунке 12.4 схематически обозначены точка инжекции пучка нейтральных атомов и точка микроволнового излучения.

ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

На рисунке 12.5 представлена упрощенная функциональная схе­ма электростанции с термоядерным реактором. За исключением типа используемой реакции, такая электростанция сходна с ядерной.

Содержащая плазму камера, в которой проходит реакция термо­ядерного синтеза, окружена замедлителем (модератором), состо­ящим из литиевых пластин, поглощающих быстрые нейтроны, излу­чаемые в процессе реакции синтеза. Поглощение быстрых нейтронов разогревает замедлитель, а также приводит к выделению из лития атомов трития — топлива, необходимого для поддержания реакции синтеза.

Поглощенное замедлителем тепло передается водяному котлу (теплообменнику) посредством жидкого теплоносителя (хладаген­та). Хладагент возвращается от стенок котла к плазменной камере. Вода в котле превращается в пар, приводящий в действие турбину, после чего пар конденсируется и подается обратно в котел специаль­ным насосом. Турбина вращает вал электрогенератора, подсоединен­ный к линиям электропередачи через повышающий трансформатор.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

• Единственными материальными «побочными» продуктами тер­моядерного синтеза являются гелий-4, безвредный инертный газ, и тритий, который используется в качестве дополнитель­ного топлива.

• Дейтерий легко добывается из воды. Лития более чем достаточ­но в земной коре. Тритий можно воспроизводит^ в реакторе. Для работы термоядерного реактора на основе D—'Т-синтеза не­обходимы только три этих вещества.

• Электростанция с термоядерным реактором не производит вы­бросов так называемых парниковых газов, угарного газа или пылевых загрязнителей, как это делают электростанции на природном топливе.

• Работающий термоядерный реактор безопаснее атомного реак­тора. Если он поврежден, то расплавления не происходит, так как в земных условиях термоядерный синтез необходимо по­стоянно поддерживать, «подпитывая» реактор топливом и/или энергией.

• Термоядерный синтез в земных условиях не является цепной реакцией, поэтому он не может выйти из-под контроля. Термо­ядерный реактор не взрывается. Термоядерная бомба способна взрываться потому, что взрывчатые компоненты (топливо для синтеза) в ней присутствуют в избытке и используются (реа­гируют) практически мгновенно, а не из-за цепной реакции. В термоядерном реакторе топлива для взрыва недостаточно.

НЕДОСТАТКИ ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

• Несмотря на то что непосредственно в процессе D—Т-синтеза не образуется радиоактивных отходов, высвобождающиеся нейтроны со временем радиоактивно заражают защитную обо­лочку реактора. Эту проблему можно частично решить за счет использования малочувствительных к радиации материалов.

Они в меньшей степени подвержены радиоактивному зараже­нию в результате бомбардировки нейтронами, чем обычные ма­териалы (такие как сталь), применяющиеся при строительстве кожухов реактора. Однако малочувствительные к радиации сплавы достаточно дороги.

• В процессе работы термоядерного реактора некоторое количе­ство радиоактивного трития может быть выброшено в окру­жающую среду. Его период полураспада (время, за которое он потеряет половину своей радиоактивности) составляет 12 лет.

• Широкое распространение действующих термоядерных реакто­ров не ожидается раньше середины XXI века. На сегодня оста­ются нерешенными серьезные технологические и логистические проблемы. Вдобавок общественность еще не убеждена в том, что термоядерные реакторы являются безопасными.

Задача 12.2

Представляют ли мощные магнитные поля, создаваемые катуш­ками и плазмой, опасность для тех, кто обслуживает термоядерный реактор с магнитным удержанием плазмы?

Решение 12.2

Воздействие магнитных полей — не проблема. Камеру, в которой находится плазма, можно экранировать с помощью листов из фер­ромагнитных материалов (железо или сталь), которые предохранят персонал от контакта с магнитными полями.