История научных исследований в области управляемого термоядерного синтеза
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
сания объединенного соглашения о деталях выполнения [11].
Безопасен ли термоядерный реактор?
В реакторе происходит сгорание топлива, что очень напоминает работу газовой плиты. Количество топлива в каждый момент очень мало - (1г в объеме 1000 м3) и если топливная поставка прервана, реакция продолжается в течение нескольких секунд. Любой сбой устройства заставил бы реактор охлаждаться, и реакция остановится. Топливо - дейтерий и литий, в результате реакции выделяется гелий все вещества не радиоактивны [11].
Промежуточный продукт горения тритий является радиоактивным и распадается относительно быстро, производя электроны с очень низкой энергией (бета-радиация). В воздухе эти электроны могут путешествовать несколько миллиметров и не могут даже проникать через бумагу. Однако, тритий вреден, если попадет внутрь организма. Поэтому предусмотрены специальные средства для безопасного хранения и обработки трития. Поскольку тритий находится только в камере сгорания реактора, то нет никаких проблем относительно транспортировки радиоактивных материалов, кроме как при запуске и останове реактора.
Рис. 12. Международный термоядерный экспериментальный реактор ITER
1- Сверхпроводящие катушки; 2 Обмотки тороидального поля; 3 Вакуумная камера; 4 - Первичная обмотка трансформатора; 5- Модули бланкета; Желтым кругом обведен человек, для представления о масштабе установки.
Топливное потребление термоядерной электростанции будет чрезвычайно низко. Для производства 1 Гвт энергии требуется приблизительно 100 кг дейтерия и 3 тонны природного лития, чтобы использовать в течение целого года, производя приблизительно 7 миллиардов кВт час, без выбросов углекислого газа и других загрязнений. Получение такого же количества электроэнергии на тепловой электростанции требует приблизительно 1,5 миллиона тонн топлива и производит приблизительно 4-5 миллионов тонн CO2 [11].
Нейтроны, произведенные термоядерной реакцией, создают радиоактивность в материалах, окружающих стены контейнера и т.д. Правильный подбор материалов для этих компонентов в будущих электростанциях позволит им надежно работать без специального контроля и быть переплавленными для дальнейшего использования после 100-летней выдержки. Материалы и отходы термоядерной электростанции не будут бременем для будущих поколений.
Остановимся на целях, поставленных перед создателями реактора ИТЭР:
достичь выделения 500 МВт термоядерной мощности при 50 МВт электрической мощности, затрачиваемой на поддержание плазмы (коэффициент усиления 10) в режиме индукционного возбуждения тока в течение 400 с;
предпринять усилия по осуществлению режима с неиндукционным поддержанием тока в течение 3000 с при коэффициенте усиления 5;
продемонстрировать существенные для реактора технологии;
начать испытания материалов будущих энергетических реакторов.
Успех ИТЭРа позволит исследовать физику термоядерного горения плазмы, при котором ее нагрев продуктами реакции (а-частицами) является доминирующим. Не исключается также термоядерное горение, при котором температура плазмы -100 млн. градусов будет поддерживаться только за счет термоядерной реакции.
В вакуумной камере ИТЭРа сверхпроводящая магнитная система создает тороидальное магнитное поле напряженностью 5.3 Т и полоидальное поле, управляющее положением плазмы в камере. Секционированный центральный соленоид возбуждает индукционное электрическое поле. В качестве сверхпроводников используются Nb3Sn и NbTi. Плазма объемом 892 м3 помещается в вакуумной камере, стенки которой защищаются бланкетом, воспринимающим поток тепла. Продукты реакции, а также примеси удаляются в дивертор, где существует система дополнительной вакуумной откачки. Если потоки тепла на стенку камеры в ИТЭРе должны составлять 0.5 МВт/м3 то на диверторе из-за импульсного характера выбросов плазмы они могут достигать 10 МВт/м3 [10]. Увеличить частоту выбросов, чтобы уменьшить импульсные нагрузки на дивертор, - одна из задач физиков.
Для нагрева плазмы и поддержания тока используются пучки нейтральных атомов и микроволновое излучение. Полная проектная мощность этих систем 70 МВт. Основными источниками мощности служат гиротроны - приборы для генерации СВЧ-волн с частотой 170 ГГц. Гиротроны в настоящее время обладают мощностью около 1 МВт при коэффициенте полезного действия 50%. Они изобретены в Институте прикладной физики РАН для нагрева плазмы в токамаках Института атомной энергии, где и поныне используются. Этот уникальный по красоте и изяществу заложенных в него решений прибор имеет большие перспективы и для технологических применений.
ИТЭР - это последняя ступень перед строительством демонстрационной термоядерной станции ДЕМО. В то же время ИТЭР является исследовательской установкой, оснащенной избыточными для будущего реактора возможностями управления, нагрева, радиального распределения тока и т.д. Значительную часть его стоимости составляет исследовательский диагностический комплекс.
Как отмечалось выше, плазма токамака подвержена большому количеству неустойчивостей, турбулентна по своей природе. Хотя теория и численное моделирование процессов предсказывают или объясняют ряд основных явлений, сегодня нет возможности полностью рассчитать токамак. Ситуация аналогична той, что была в авиации в пору ее интенсивного развития. Поэтому большое значение имеют законы подобия - скейлинги, устанавливаемые из экспериментов. Современные физи?/p>