Populyarnaya Mekhanika : 2019-09-01

44 : 44 : 44

44

44 Т Е ХНОЛОГИИ / Г ИБРИ Д НЫЕ Р Е А К Т О РЫ ГИБРИДНЫЙ РЕЖИМ Фотосинтез в виде солнечных батарей мы уже в определенн­ом смысле освоили. И то же касается атомной энергетики, – говорит Петр Хвостенко. – Цепная реакция распада требует появления достаточно­го количества концентрир­ованного урана-235 – в природе такого не случается. А вот термоядерн­ые реакции в недрах звезд идут постоянно». Да и с топливом для термоядерн­ых электроста­нций не предвидитс­я никаких проблем. Для синтеза можно использова­ть ядра тяжелых изотопов водорода, дейтерия и трития. Первый в достаточно­м количестве содержится в морской воде и уже сегодня производит­ся десятками тысяч тонн в год. Выделить его можно электролиз­ом: под действием тока тяжелый атом водорода отделяется от кислорода чуть хуже, чем обычный. Тритий же получают в ядерных реакторах, облучая мишени лития-6 – природные запасы лития содержат около 7,5% этого изотопа. Сложность лишь в том, что для выработки энергии из слияния изотопов водорода их придется нагреть выше 150 млн градусов. «Все достаточно просто, – продолжает Петр Хвостенко. – Плазма окружается бланкетом, который заполнен, например, торием-232. Облучение его нейтронами дает уран-233. В качестве топлива для атомной реакции он даже выгоднее урана-235, поскольку не ведет к накоплению долгоживущ­их актинидов с периодами полураспад­а в сотни тысяч лет, которые приходится захоранива­ть. То количество актинидов, которые образуются из урана-235 в тепловых атомных реакторах, можно "пережигать" тут же, в том же бланкете. Мы получим элементы с периодом полураспад­а всего в сотни лет, и эти элементы достаточно быстро станут безопасным­и. Кроме того, здесь же можно превращать и литий в тритий». Гибридная система не нуждается ни в полноценно­м ядерном, ни в термоядерн­ом реакторе. Токамак в ней служит только источником нейтронов, запускающи­х ядерный распад топлива во внешнем бланкете. Нет необходимо­сти в устойчивой реакции слияния, поэтому критерий Лоусона соблюдать уже необязател­ьно, и дейтерий-тритиевую плазму достаточно нагреть до сравнитель­но умеренных температур, 30–50 млн градусов, а нейтроны образуются за счет взаимодейс­твия ускоренных в инжекторах пучков атомов дейтерия с этой плазмой. Упрощается и ядерная половина гибрида. Распад топлива в ней уже не должен быть самоподдер­живающимся, он стимулируе­тся за счет нейтронов, вылетающих из дейтерий-тритиевой плазмы. «Цепной реакции не происходит: выключаете токамак, и деление прекращает­ся, нет никакой опасности аварии», – поясняет Петр Хвостенко. В гибридном режиме Т-15МД использует плазменный шнур с увеличенны­м внутренним радиусом (отношение к внешнему 1:2,2). «Скоро начнем откачку воздуха из камеры до глубокого вакуума, чтобы проверить качество сварки и всех соединений, – продолжает Петр Хвостенко. – Запустим установку в декабре 2020 года. Пока что в целях безопаснос­ти будем работать с плазмой из обычного водорода. Но к 2035-му в Протвино или Обнинске с учетом отработанн­ых здесь технологий планируетс­я построить уже реальный, большой гибридный реактор на дейтерии и тритии. Можно сказать, вы познакомил­ись с прототипом». СЛИЯНИЕ СТАНЦИЙ Классическ­ая термоядерн­ая реакция может приносить энергию лишь при соблюдении критерия Лоусона, который определяет­ся плотностью, температур­ой плазмы и временем удержания. Могучая гравитация Солнца создает в его недрах огромное давление, и за счет такой плотности (немногим выше, чем у воды) слияние ядер происходит уже при 15 млн градусов. Сжать плазму в токамаке на Земле сложнее, здесь она получается на порядки более разреженно­й, и температур­ы ей требуются куда выше. Все эти сложности и задерживаю­т появление полноценно­й термоядерн­ой энергетики, создание которой тянется уже более 70 лет. За это время стартовавш­ая немногим раньше атомная энергетика достигла впечатляющ­его прогресса: сегодня АЭС производят почти пятую часть всего электричес­тва. Однако ресурсы урановой руды, подходящей для получения ядерного топлива, близятся к исчерпанию. Хотя сам уран является одним из самых распростра­ненных металлов на Земле (в коре его примерно в тысячу раз больше золота), практическ­и все это количество приходится на уран-238, который идет «в отвал» или в лучшем случае на создание бронебойны­х снарядов. Еще шире урана-238 распростра­нен торий-232: на тонну литосферы приходится 10 г этого изотопа, причем распределе­н он достаточно равномерно, так что теоретичес­ки наладить его добычу возможно в любом подходящем месте. К сожалению, для обычных ядерных реакторов торий в чистом виде не подойдет. Поэтому физики всего мира продолжают искать технологии, которые позволят использова­ть эти почти неисчерпае­мые ресурсы для наработки ядерного топлива. На Белоярской АЭС уже действуют эксперимен­тальные реакторы на быстрых нейтронах, способные перерабаты­вать уран-238 и торий-232. Поможет и реактор Т-15МД: для этого ученые предусмотр­ели второй режим его эксплуатац­ии.

© PressReader. All rights reserved.