Reactorul termonuclear va încălzi plasmă la 150 de milioane de grade și ... va schimba viitorul
Reactorul internațional experimental termonuclear ITER poate fi numit, fără o exagerare, cel mai important proiect de cercetare al timpului nostru. Amploarea construcției este ușor să taci din gura pentru centura Large Hadron Collider, și dacă are succes, va marca pentru întreaga omenire este un pas mult mai mare decât un zbor pe Lună. Până la urmă, fuziunea termonucleară potențială, controlată, este o sursă aproape inepuizabilă de energie fără precedent, ieftină și curată.
Oamenii de știință recuperează
Expresia "reactor termonuclear" la mulți oameni cauzează prudență. Lanțul asociativ este de înțeles: o bombă termonucleară este mai teribilă decât o bombă nucleară, ceea ce înseamnă că un reactor termonuclear este mai periculos decât Cernobîl. De fapt, sinteza nucleară pe care se bazează principiul Tokamak este mult mai sigură și mai eficientă decât fisiunea nucleară utilizată în centralele nucleare moderne. Sinteza este folosită de natura însăși: soarele nu este altceva decât un reactor termonuclear natural. Reacția a implicat nucleul izotopilor de deuteriu și tritiu-hidrogen. Nucleul de deuteriu constă dintr-un proton și un neutron, iar nucleul de tritiu constă dintr-un proton și doi neutroni. În condiții obișnuite, nucleele încărcate la fel de repede se pot opri, dar la temperaturi foarte ridicate se pot ciocni. În caz de coliziune, o interacțiune puternică intră în joc, care este responsabil pentru combinarea protonilor și a neutronilor în nuclee. Se pare nucleul unui element chimic nou, heliu. În acest caz, se formează un neutron liber și se eliberează o cantitate mare de energie. Energia interacțiunii puternice în nucleul de heliu este mai mică decât în nucleele elementelor inițiale. Din acest motiv, nucleul rezultat chiar pierde în masă (conform teoriei relativității, a energiei și a masei sunt echivalente). Reamintind faimoasa ecuație E = mc2, unde c este viteza luminii, se poate imagina ce fuziune nucleară potențialul energetic colosal conține în sine. Pentru a depăși forța repulsiei reciproce, nucleele originale trebuie să se miște foarte rapid, astfel încât rolul-cheie în sinteza nucleară este jucat de temperatură. În centrul soarelui, procesul are loc la o temperatură de 15 milioane de grade Celsius, dar contribuie la densitatea colosală a materiei datorită acțiunii gravitației. Masa colosală a luminii îl face un reactor termonuclear eficient.
Nu este posibilă crearea unei astfel de densități pe Pământ. Putem doar să creștem temperatura. Pentru ca izotopii hidrogenului să dea energia Pământului nucleelor lor, este necesară o temperatură de 150 de milioane de grade, adică de zece ori mai mare decât la Soare. Nici un material solid din univers nu poate contacta direct această temperatură. Deci, doar pentru a construi o sobă pentru pregătirea de heliu nu va funcționa.
Rezolva problema care ajută aparatul toroidal cu bobine magnetice sau tokamak. Ideea de a crea un Tokamak am dat seama mințile luminoase de oameni de știință din diferite țări la începutul anilor 1950, campionatul este atribuită în mod unic fizicianului sovietic Oleg Lavrentiev și colegii săi eminenți Andrei Saharov și Igor Tamm. Camera de vacuum sub forma unui torus ("gogoasa" goală) este înconjurată de electromagneți supraconductori, care creează un câmp magnetic toroidal în el. Este acest domeniu care menține plasmă încălzită la zece soare la o anumită distanță de pereții camerei. Împreună cu electromagnetul central (inductor), tokamakul este un transformator. Schimbarea curentului în inductor generează fluxul curent în plasmă - mișcarea particulelor necesare pentru sinteză. Tokamak poate fi considerat pe bună dreptate un exemplu de eleganță tehnologică. Curentul electric care curge în plasmă creează un câmp magnetic semial care înconjoară cablul de plasmă și își susține forma. Plasma există în condiții strict definite și, cu cea mai mică schimbare, reacția încetează imediat. Spre deosebire de centralele nucleare, tokamakul nu poate "plictisi" și crește în mod incontrolabil temperatura. În cazul puțin probabil că un tokamak este distrus, nu se produce o contaminare radioactivă. In contrast, centralele nucleare, reactor de fuziune nucleară produce deșeuri radioactive, iar singurul produs al reacției de sinteză - heliu - nu un gaz cu efect de seră și este util în gospodărie. În final, Tokamak consumă foarte atent combustibil: în timpul sintezei în camera de vid este de numai câteva sute de grame de substanță, precum și furnizarea anuală estimată de combustibil pentru putere industrială este de numai 250 kg.
Infrastructura de combustibil pentru fuziunea termonucleară este un subiect interesant separat. Deuteriul este conținut în aproape orice apă, iar rezervele sale pot fi considerate nelimitate. Dar rezervele de tritiu din lume sunt calculate din puterea a zeci de kilograme. 1 kg de tritiu costă aproximativ 30 milioane de dolari. Pentru primele lansări ale ITER, vor fi necesare 3 kg de tritiu. Pentru comparație, aproximativ 2 kg de tritiu pe an sunt necesare pentru a menține potențialul nuclear al Armatei Statelor Unite. Cu toate acestea, în viitor, reactorul va furniza el însuși tritiu. În procesul principal al reacției de sinteză, se formează neutroni de energie înaltă care sunt capabili să transforme nucleele de litiu în tritiu. Dezvoltarea și testarea primului perete al unui reactor care conține litiu este unul dintre cele mai importante obiective ale ITER. În primele teste se va folosi placa de cupru din beriliu, al cărei scop este de a proteja reactorul de căldură. Conform calculelor, chiar dacă transferăm întreaga energie a planetei către tokamaks, rezervele de litiu din lume vor dura o mie de ani de funcționare.
Cu lumea tokamak
Trimiteți-le prietenilor: