Справочники. Словари. Энциклопедии

 Энциклопедический словарь юного техника

Ученые нашей страны и большинства развитых стран мира уже много лет занимаются проблемой использования термоядерных реакций для целей энергетики. Созданы уникальные термоядерные установки — сложнейшие технические устройства, предназначенные для изучения возможности получения колоссальной энергии, которая выделяется пока лишь при взрыве водородной бомбы. Ученые стремятся научиться контролировать ход термоядерной реакции — реакции соединения тяжелых ядер водорода (дейтерия и трития) с образованием ядер гелия при высоких температурах,— чтобы использовать выделяющуюся при этом энергию в мирных целях, на благо людям. В 1 л водопроводной воды содержится совсем немного дейтерия. Но если этот дейтерий собрать и использовать как топливо в термоядерной установке, то можно получить энергии столько, сколько от сжигания почти 300 кг нефти. А для обеспечения энергией, котирую сейчас получают при сжигании обычного топлива, добываемого за год, потребовалось бы извлечь дейтерий из воды, содержащейся в кубе со стороной всего 160 м. А Волга ежегодно несет в Каспийское море 60 000 таких кубов воды.

Для осуществления термоядерной реакции необходимы три условия. Во-первых, температура в зоне, где происходит соединение тяжелых ядер водорода, должна составлять примерно 100 млн. градусов. А при такой температуре речь идет не о газе, а о плазме, т. е. о таком состоянии вещества, когда при высоких температурах газа нейтральные атомы теряют принадлежащие им электроны и превращаются в положительные ионы. Иными словами, плазма — смесь свободно движущихся положительных ионов и электронов (см. Плазменный генератор — плазмотрон). Во-вторых, необходимо поддерживать в зоне реакции плотность плазмы не ниже 100 тыс. млрд. частиц в 1 см3. И наконец, третье, самое трудное,— надо удержать ход термоядерной реакции хотя бы не меньше 1 с.

Рабочая камера термоядерной установки — тороидальная, похожа на огромный пустотелый бублик. Заполнена она смесью дейтерия и трития. Внутри камеры создается плазменный виток — проводник, по которому пропускают электрический ток большой силы.

Электрический ток выполняет три важные функции. Прежде всего он создает плазму, разогревает ее до миллионов градусов, подобно тому как ток раскаляет спираль электролампочки. И еще ток создает вокруг себя магнитно? поле, т. е. окружает плазму магнитными силовыми линиями. В принципе силовые линии вокруг плазмы должны были бы удержать ее в подвешенном состоянии и не дать плазме возможность соприкоснуться со стенками камеры. Но удержать плазму в подвешенном состоянии не удается, ведь электрические силы деформируют плазменный проводник, не обладающий прочностью металлического проводника, он изгибается, ударяется о стенку камеры и отдает ей свою тепловую энергию. Чтобы этого не происходило, поверх тороидальной камеры надевают еще катушки, создающие в камере продольное магнитное поле, оттесняющее плазменный проводник от стенок. Но и этого, оказывается, недостаточно. Плазменный проводник с током стремится растянуться, увеличить свой диаметр. Удерживает плазменный проводник от расширения тоже магнитное поле, которое создается автоматически, без посторонних внешних сил. Для этого плазменный проводник помещается вместе с тороидальной камерой еще в одну камеру большего размера, сделанную из немагнитного материала, обычно меди. Как только плазменный проводник попытается отклониться от положения равновесия, в медной оболочке по закону электромагнитной индукции возникнет индукционный ток, обратный по направлению току в плазме. Появится противодействующая сила, которая отталкивает плазму от стенок камеры.

Все созданные термоядерные установки пока лишь потребляют энергию на разогрев плазмы и создание магнитных полей. Термоядерная установка будущего должна, наоборот, выделять столько энергии, чтобы небольшую ее часть можно было использовать для поддержания термоядерной реакции, т. е. подогрева плазмы, создания магнитных полей и питания многих вспомогательных устройств и приборов, а основную часть — отдавать для потребления в электрическую сеть.

В физике принято давать названия каждому новому типу экспериментальных установок. Крупнейшая термоядерная установка, построенная в нашей стране, названа «Тока-мак-10». Она разработана в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова. Ученые всех стран постепенно убедились в преимуществе этой установки, и сейчас действуют и строятся «токамаки» в США, Франции, Италии, Великобритании, ФРГ и Японии. На этой установке получена температура плазменного проводника 10 млн. градусов, плотность плазмы не ниже 100 тыс. млрд. частиц в 1 см3 и время удержания плазмы близко к 0,5 с.

Овладение термоядерной энергией — Заманчивая и важная задача. Трудно даже предсказать, как изменилась бы тогда вся наша энергетика, энергетические системы, целые отрасли производства.