Способ добычи энергии из водородных ядер

Поиски новых источников энергии – это одна из самых больших задач науки.

На земле есть неисчерпаемые кладовые энергии. Найти ключи к ним – главная задача науки. Это энергия, скрывающаяся в ядрах атомов тяжелого водорода, тех самых атомов, которые содержатся в воде морей, океанов, рек.

Способ добычи энергии из водородных ядер прямо противоположен тому, что происходит в атомном реакторе. Там – распад ядер тяжелыx радиоактивных элементов, здесь – синтез. Энергия выделяется при объединении ядер водородных атомов в ядра гелия. Именно этот дающий могучую энергию процесс идет в недрах звезд.

Извлечь ядерную энергию, заключенную в водороде, дело пока что очень трудное.

“Спичкой” в водородной термоядерной бомбе служит атомная бомба, но этот способ термоядерного синтеза не тот, который нужен энергетикам. Бомбу не вставишь в топку электростанции.

Ученые многих стран заняты сейчас “приручением” мощной термоядерной реакции, заняты поиском способов управлять ею.

Ценность управляемой термоядерной энергии усиливается тем, что ее можно сразу превратить в энергию электрическую, в то время как урановые реакторы, как известно, дают лишь тепловую энергию, – чтобы получить электроэнергию, приходится прибегать к помощи посредников – паровых турбин и электрогенераторов.

Обсуждение результатов исследований в области управляемых термоядерных реакций заняло одно из самых важных мест в работе второй Международной конференции по мирному использованию атомной энергии, состоявшейся в сентябре 1958 года в Женеве.

Ряд докладов прочли советские ученые. На выставке, организованной на конференции, были показаны макеты модели и фотографии различных установок созданных в СССР.

Задачи огромной сложности приходится решать ученым. Как нагреть вещество до температуры в сотни миллионов градусов, в каком сосуде сохранить получающуюся при этом раскаленную плазму (смесь электронов и атомов, лишившихся электронов – ионов) – такую температуру не выдержит никакой материал, да и к тому же раскаленная плазма яростно стремится разлететься во все стороны.

в решении этих задач советские ученые добились замечательных результатов. Еще в 1950 году советские академики – молодой, тогда двадцатидевятилетний физик А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм – выдвинули замечательную идею. Они нашли способ создать удивительный сосуд – сосуд без стенок, который тем не менее мог бы удержать и изолировать мечущиеся с огромной скоростью частицы раскаленной плазмы. Стенками этого сосуда, по мысли ученых, должно было стать магнитное поле, сжимающее плазму в тонкий шнур.

На рисунке изображена адиабатическая ловушка

Эта идея легла в основу ряда исследований коллектива ученых, руководимого академиком Л. А. Арцимовичем. Были созданы цилиндрические и тороидальные (в форме бублика) установки, сквозь которые пропускались мощные импульсы электрического тока. Возникающее вокруг разряда магнитное поле сжимает частицы газа в тонкий шнур плазмы, при этом температура плазмы повышается до нескольких миллионов градусов.

Этот же принцип “магнитной бутылки” используется и в установках, разрабатываемых английскими и американскими учеными.

Но таким способом удается получить “звездное вещество” лишь на короткое мгновение – плазменный шнур в этих установках оказывался неустойчивым.

Советские ученые нашли и другой способ получения высокотемпературной плазмы. В 1953-1954 годах советский ученый г. и. Будкер предложил и рассчитал так называемую адиабатическую ловушку с магнитными пробками.

В простейшем случае адиабатическая, изолированная от внешней среды ловушка представляет собой цилиндр, на поверхности которого имеется обмотка, создающая магнитное поле, направленное по оси цилиндра. На концах цилиндра есть дополнительные обмотки для создания в этих местах магнитного поля более сильного, чем в средней части цилиндра. Это дополнительное поле играет в ловушке роль пробок, закупоривающих содержащуюся в ней плазму.

Раскаленную плазму можно получить, либо сжимая ионы газа, заставив расти магнитное поле, либо заставляя двигаться магнитные пробки.

Задачу получения высокотемпературной плазмы можно упростить, вводя в ловушку предварительно ускоренные ионы. Этот принцип воплощен в установке “Oгpa» – самой крупной советской адиабатической ловушке, построенной под руководством И. Н. Головина.

На рисунке изображена термоядерная установка “Альфа”

“Oгpa” – это громадная установка. Ее камера – около двадцати метров. Через специальные магнитные линзы в главную камеру направляется поток ионов с энергией до 200 тыс. электроновольт.

Ионы образуются в мощном дуговом источнике, стоящем в восьми метрах от камеры. В камере глубокий вакуум. Магнитное поле в средней части камеры имеет напряженность 5 тыс. эрстед.

Замечательно, что в “Oгpe” для получения раскаленной плазмы не требуется применения сильных электрических разрядов.

Mнoгo практических трудностей приходится преодолевать ученым, мнoгo теоретических вопросов еще ждет cвoeгo решения, но уже проводится широкий кpyг экспериментальных работ по исследованию высокотемпературной плазмы, включая и сооружение таких крупных экспериментальных установок, как “Oгpa”. “Oгpa” – это, конечно, еще не машина для выработки термоядерной энергии. Однако исследования высокотемпературной плазмы – это важные этапы на пути к созданию управляемой термоядерной реакции.

На рисунке изображена термоядерная установка “Огра”

Сделать термоядерную реакцию управляемой – это значит поставить на службу людям безграничный океан энергии. Думается, что мы будем очевидцами решения этой великой задачи.

Основная статья – “ЮТ” 1958/10