Futuro. Cientistas de 60 a 70 anos atrás estavam procurando maneiras de obter energia mais barata. O método é conhecido há muito tempo, mas ainda hoje é impossível controlar a energia de tal potência. É sobre sobre a fusão termonuclear. Gerenciou fusão termonuclear- trata-se da fusão de núcleos atômicos mais pesados a partir de núcleos mais leves para obter uma enorme energia, que, ao contrário da fusão termonuclear explosiva (usada em bombas de hidrogênio), é completamente controlada.
A fusão termonuclear controlada difere da fusão tradicional, pois esta última usa uma reação de decaimento durante a qual núcleos mais leves podem ser obtidos a partir de núcleos pesados. Um reator termonuclear é muito mais seguro do que um reator nuclear (reator nuclear) em termos de radiação. Em primeiro lugar, o número de pessoas nele substancias radioativas relativamente pequeno, isso o torna quase ecologicamente correto.
A energia que pode ser liberada em decorrência de algum tipo de acidente também é relativamente pequena e não pode levar à destruição do reator. Ao mesmo tempo, existem vários obstáculos naturais no projeto do reator que impedem a propagação de substâncias radioativas. Por exemplo, a câmara de vácuo e o invólucro do ctiostato devem ser completamente selados, caso contrário o reator simplesmente não pode funcionar. No entanto, durante o projeto, grande atenção foi dada à segurança contra radiação, tanto durante a operação normal quanto durante possíveis acidentes.
Fusão termonuclear, a reação de isótopos de hidrogênio, ao contrário de uma reação atômica, uma reação termonuclear é uma reação de fusão, eventualmente o hélio é formado e o hélio é formado com a liberação de energia térmica colossal. A fusão termonuclear só pode ser obtida em um dispositivo especial chamado tokamak (uma câmara toroidal com bobinas magnéticas), a contraparte soviética é o sincrofasotron. Experiências na área energia termonuclear começou a ser realizada na União Soviética na década de 30 do século passado, mas a questão ainda não foi totalmente resolvida.
A enorme energia térmica é incontrolável e só é usada em armas termonucleares. O projeto do primeiro reator termonuclear do mundo já foi lançado há 10 anos, a construção começou na França e, segundo os cientistas, o mundo verá a primeira fusão termonuclear controlada em 2026. Se for possível realizar a fusão, provavelmente os preços da energia elétrica cairão drasticamente, porque apenas a água é necessária para a fusão termonuclear ...
Para comparação, digamos que, se 1 copo de água for submetido à fusão termonuclear, é possível fornecer eletricidade a uma pequena cidade por 1 dia! Esse é o poder da água! (mais precisamente, hidrogênio). Mas além da fusão termonuclear, existem vários outros tipos de formas alternativas de produzir eletricidade, mas você pode descobrir isso nesta revisão, obrigado pela atenção - A. Kasyan.
Discuta o artigo Fusão CONTROLADA
A fusão termonuclear controlada é um processo físico interessante que (até agora em teoria) pode salvar o mundo da dependência energética dos combustíveis fósseis. O processo é baseado na síntese de núcleos atômicos de núcleos mais leves para núcleos mais pesados com a liberação de energia. Ao contrário de outro uso do átomo - a liberação de energia dele em reatores nucleares no processo de decaimento - a fusão termonuclear no papel não deixará praticamente nenhum subproduto radioativo.
Os reatores de fusão imitam o processo nuclear dentro do sol, unindo átomos mais leves e transformando-os em mais pesados, liberando enormes quantidades de energia ao longo do caminho. No Sol, esse processo é impulsionado pela força da gravidade. Na Terra, engenheiros estão tentando recriar as condições de fusão usando temperaturas altas- cerca de 150 milhões de graus - mas é difícil para eles manter o plasma necessário para a fusão dos átomos.
Uma das soluções construídas é representada pelo ITER, anteriormente conhecido como Reator Termonuclear Experimental Internacional, que está em construção desde 2010 em Caradas, França. Os primeiros experimentos, originalmente programados para 2018, foram adiados para 2025.
Há poucos dias, informamos que o primeiro
No outono de 1981, os maiores cientistas de 27 países do mundo vieram a Moscou para a Conferência Europeia sobre Fusão Termonuclear Controlada e Física de Plasma. O principal resultado da conferência é a conclusão unânime de que a ciência hoje está próxima da solução final do "problema do século" - a fusão termonuclear controlada (CTF). Com base em conversas com os principais cientistas, esta história foi preparada.
Muitos especialistas hoje se perguntam se uma usina termonuclear já poderia estar operando se por muito tempo pesquisa de fusão não foi mantida em segredo? Se cientistas e engenheiros países diferentes Desde o início houve uma oportunidade de unir forças? E embora ninguém possa responder a esta pergunta com total certeza, está claro para todos que o caminho para o "Eldorado energético" seria muito mais curto.
Por que tudo não saiu como as necessidades do povo exigiam? Esta questão não foi discutida diretamente no último conferência científica por termonucleares. No entanto, ele implicitamente possuía muitos. Porque uma resposta honesta pode ajudar a evitar muitos erros no futuro.
Vamos nos voltar brevemente para a história - apenas algumas datas e fatos. No final da década de 1930, foi descoberta uma reação em cadeia de fissão nuclear, na qual uma enorme quantidade de energia é liberada. Infelizmente, eles não o usaram em primeiro lugar para as necessidades de energia. Em agosto de 1945, os Estados Unidos lançaram bombas atômicas nas cidades japonesas de Hiroshima e Nagasaki. União Soviética teve que criar seu próprio arma atômica. Foi testado em 1949. Mas já em 1954, a primeira usina nuclear do mundo foi colocada em operação em nosso país, o que abriu a era do uso pacífico da energia nuclear ... Uma história semelhante com a fusão. A possibilidade de obter energia a partir da fusão de núcleos foi teoricamente comprovada no final dos anos 30 (a propósito, a energia é liberada durante a fusão cerca de cem vezes mais do que durante a fissão!). E, novamente, as armas termonucleares foram criadas primeiro. O trabalho sobre as armas termonucleares não apenas distraiu a pesquisa pacífica das termonucleares, como separou cientistas de diferentes países como uma parede em branco: não houve troca de informações, resultados de pesquisas, ideias. Alguém tinha que dar o primeiro passo à frente. E em 1956, por iniciativa governo soviético O relatório do acadêmico I. V. Kurchatov, que ele leu na cidade inglesa de Harwell, lançou as bases para uma troca regular de informações científicas a fim de abrir caminho para o uso pacífico da energia termonuclear por meio de esforços conjuntos de cientistas de diferentes países. Um ano depois, cientistas soviéticos compartilharam com seus colegas estrangeiros uma ideia que determinou a direção geral do ataque ao TCB. O nome das instalações baseadas nesta ideia, "Tokamak", está agora incluído em todos os dicionários científicos do mundo, tal como, digamos, a palavra "satélite".
Principalmente sobre essas instalações - líderes de hoje na solução do problema da fusão controlada, sobre os projetos de novos "Tokamaks" foi discutido no último fórum, em Moscou, de cientistas de diferentes países.
A própria ideia de fusão nuclear parece simples. É necessário forçar os núcleos a convergir a uma distância de cerca de 10 bilionésimos de milímetro e se fundir, sintetizar em um núcleo. No processo de fusão, um excesso de energia é liberado. Em princípio, todos os elementos do início da tabela periódica podem ser sintetizados. No entanto, as reações de fusão mais fáceis (mais precisamente, relativamente fáceis) podem ocorrer entre os núcleos de isótopos de hidrogênio - deutério e trítio. Mas para isso é necessário aquecer a mistura desses núcleos a 100 milhões de graus Celsius. E para a reação de fusão em deutério puro, ainda mais - até um bilhão!
Aí reside a principal dificuldade. Aquecer uma substância a tais temperaturas é uma tarefa fantástica por si só! Mesmo nas entranhas do sol "mais frio" - não mais de 20 milhões de graus. Já em vários milhares de graus, a matéria torna-se um plasma - um caos de elétrons e núcleos, que correm e colidem em grandes velocidades dentro da câmara. E esse caos se torna mais ativo à medida que a temperatura aumenta. Que freio pode segurá-lo em dezenas de milhões de graus? No Sol, esta é uma força gravitacional gigantesca. E na Terra, numa instalação artificial?. A insidiosa do plasma reside também no facto de, devido à sua elevada condutividade térmica, ceder instantaneamente a sua energia às paredes da câmara e arrefecer. Como bem observou o conhecido físico soviético Professor D. Frank-Kamensky, aquecer o plasma em um recipiente fechado a milhões de graus é o mesmo que ferver água em um copo... do gelo!
Assim, a principal tarefa é aquecer o plasma até temperatura desejada e não deixá-lo tocar as paredes pelo tempo necessário para que um número suficiente de núcleos de deutério e trítio reaja e ocorra uma reação com liberação de enorme energia.
A solução para este problema é a ideia de que a melhor maneira trabalha em instalações "Tokamak". (Esta palavra é formada a partir das primeiras sílabas do nome da instalação "CÂMERA TOROIDAL COM CAMPO MAGNÉTICO") É sabido da física escolar que uma partícula carregada não pode se mover através de uma linha de campo magnético. Em um campo magnético uniforme, as partículas se movem ao longo das linhas de força, girando em torno delas. Portanto, se um sistema de linhas de campo magnético fechado for criado, em princípio é possível manter o plasma em um certo volume limitado com a ajuda dessas linhas. Figurativamente falando, as "palmas" invisíveis dos campos magnéticos são capazes de reter o calor supersolar! "Tokamak" deveria se tornar um freio confiável para as partículas, "enlouquecidas" com o calor incrível e fantástico.
O que é um "Tokamak" estruturalmente? Externamente, parece um grande transformador com um núcleo fechado de ferro e um enrolamento por onde passa uma corrente muito forte. Em vez do enrolamento secundário do transformador, há uma câmara toroidal oca que se assemelha a um grande bagel. Dentro desta câmara, é alcançada a transição da matéria para o estado de plasma. O plasma é aquecido até a temperatura necessária por uma forte descarga elétrica, poderosas correntes de micro-ondas e outros métodos. E um forte campo magnético comprime o plasma em um filamento anular denso.
Quando você conhecer diagrama de circuito"Tokamak", você fica surpreso com sua simplicidade - parece que mesmo em um livro escolar eles dão esquemas mais complicados. Grosso modo, é assim, se nos esquecermos um pouco do dispositivo real, do design que exige materiais únicos; esqueça aquela substância inimaginavelmente quente que é domada no "donut". Então já nos primeiros experimentos ficou claro que o plasma não quer reconhecer paredes magnéticas. De uma forma incompreensível, ele consegue vazar antes que possa ser aquecido à temperatura necessária. Os físicos procuravam um meio de suprimir a instabilidade do plasma, retrabalhando a instalação, elevando a temperatura e... novamente, o plasma encontrou uma nova maneira de escapar do cativeiro magnético! É como uma viagem nas montanhas: outro pico difícil é alcançado, mas de sua altura novos desfiladeiros, desfiladeiros, abismos se abrem aos olhos, que devem ser superados no caminho para a meta...
Por três décadas, a maior parte do caminho difícil foi percorrida. Cada um de seus estágios não são dias ou meses, mas anos de experimentos, cálculos persistentes e mais complexos, dezenas de fracassos decepcionantes e sucessos brilhantes. E para cada problema que precisava ser resolvido, podia-se aplicar a palavra "pela primeira vez".
Por exemplo, pela primeira vez foi necessário aprender a criar um campo magnético superforte em câmaras bastante grandes. E o campo em o mais alto grau simétrico. Com um desvio de simetria de até uma fração de milímetro, o plasma se esforçou para romper as paredes da câmara e esfriar.
Houve também um período em que o plasma, segurado de forma confiável pelo campo magnético, não queria aquecer acima de apenas alguns milhões de graus. No final, descobriu-se que impurezas insignificantes de elementos pesados no plasma são as culpadas por tudo. Mas como eles entraram na câmera? Havia uma suposição - eles evaporam da superfície do metal. de que são feitas as paredes da câmara. Como resultado, os elétrons do plasma são desacelerados no campo elétrico desses elementos, perdem sua energia, o que leva a uma diminuição da temperatura ... Demorou muitos anos para entender e, o mais importante, eliminar essa causa.
E o problema da chamada primeira parede do reator? Imagine, existem milhões de graus na câmara atrás desta parede! Não evapora instantaneamente porque, como sabemos, o plasma é "envolto" por um campo magnético invisível. Mas poderosos fluxos de nêutrons caem na parede de dentro! O material da parede deve ser extremamente resistente para não colapsar sob a ação de altas temperaturas e nêutrons, ao mesmo tempo ser o mais "transparente" possível em relação aos mesmos nêutrons! Afinal, são eles que retiram da câmara a própria energia da fusão termonuclear, que pretendemos converter ainda mais em calor e eletricidade. se a parede não for "transparente", a energia desejada ficará dentro da "rosquinha". Esses são os requisitos paradoxais que o material da primeira parede do reator deve atender. É como tornar uma parede de tijolos transparente para os projéteis de artilharia. Nós atiramos nela com precisão com um milhão de projéteis, mas ela está intacta - nem um único buraco.
A criação de campos magnéticos poderosos toma a maior parte da energia consumida pelo Tokamak e, até agora, leva mais do que dá. Como reduzir o apetite por energia?
Uma solução para o problema é a supercondutividade. Sabe-se que em temperaturas próximas ao zero absoluto, a resistência elétrica de alguns condutores torna-se infinitamente pequena. A corrente, uma vez lançada no anel de tal condutor, pode circular nele pelo tempo que desejar, quase sem perdas. Para estudar praticamente a possibilidade de usar supercondutividade em "Tokamaks", cientistas do Instituto energia Atômica em homenagem a I. V. Kurchatov, eles construíram a instalação Tokamak-7, cujas bobinas magnéticas são feitas de materiais supercondutores. Foi uma experiência única principalmente para engenheiros e cientistas de materiais. O fato é que os campos magnéticos mais fortes do Tokamak se tornam inimigos da supercondutividade e a destroem. Aqui foi necessário criar e testar ligas supercondutoras muito especiais magneticamente resistentes. Comparado a um sistema magnético convencional, os enrolamentos supercondutores do T-7 permitiram reduzir em cerca de 100 vezes o consumo de energia da rede!
Em 1975, a instalação Tokamak-10 foi colocada em operação no Instituto de Energia Atômica. Nesta instalação, foi possível obter plasma com temperatura recorde para a época - 15 milhões de graus Celsius! Aqui, pela primeira vez, surgiram sinais confiáveis de que uma reação termonuclear foi "iniciada" na câmara, mesmo que apenas com as primeiras faíscas. Sim, uma faísca pode acender um fogo. No entanto, mesmo uma centena de faíscas individuais ainda não é uma fogueira. As faíscas termonucleares foram extintas. Mas já com sua aparência, eles convenceram os físicos de todo o mundo da correção do caminho escolhido.
Agora, uma nova instalação - "Tokamak-15" - está sendo construída no Instituto de Energia Atômica. O volume do "donut" de plasma será cerca de cinco vezes maior do que no T-10. Por que isso é necessário? O fato é que, com o aumento do volume da câmara, aumenta o número de partículas e, consequentemente, a probabilidade de suas colisões, que causam uma reação. O plasma no T-15 aquecerá até 70-80 milhões de graus - isso já está muito próximo do que é necessário. Os enrolamentos das bobinas magnéticas do T-15 serão supercondutores. Isso reduzirá significativamente o consumo de energia.
Experimentos no T-15 e outros "Tokamaks", como os cientistas esperam, devem finalmente confirmar a viabilidade de uma reação de fusão auto-sustentável. Se tudo correr bem, resta dar o último passo no caminho para as usinas termonucleares. Nesta última etapa, deve-se obter uma resposta à pergunta: o que e como deve ser feito para coletar a energia térmica dos nêutrons e, convertida em eletricidade, enviá-la para fábricas, cidades, vilas.
Dominar a energia da fusão nuclear, dominar uma fonte de energia verdadeiramente inesgotável é uma tarefa grandiosa. O progresso de toda a humanidade depende do sucesso de sua solução. Portanto, é melhor resolver este problema em conjunto, com a ajuda de todos os países que possuem as capacidades científicas e técnicas necessárias para isso. É especialmente importante unir esforços no estágio atual da pesquisa, o estágio mais importante e, talvez, o mais difícil, que exige enormes custos de material.
Em 1978, em Viena, em uma reunião da Agência Internacional de Energia Atômica, o chefe do programa termonuclear soviético, o acadêmico E.P. Velikhov, falou e, em nome do governo soviético, propôs que especialistas dos principais países projetassem e construíssem em conjunto uma grande demonstração reator tokamak. O significado deste discurso, bem como o discurso de I. V. Kurchatov em 1956, dificilmente pode ser superestimado. Este é um passo em direção a uma nova etapa de cooperação pacífica no campo da fusão. A proposta foi aceita e os participantes da construção do primeiro reator termonuclear internacional incluíram a URSS, os EUA, o Japão e dez dos mais países desenvolvidos Europa Ocidental. INTOR - este é o nome dado ao futuro reator pelas primeiras letras nome inglês- Reator Internacional Tokamak.
Como será o INTOR?
Externamente, será semelhante aos seus antecessores da família Tokamaks - T-10, T-15 e seus homólogos estrangeiros, diferindo deles tamanhos grandes. O volume de plasma no INTOR será cerca de 5 vezes maior do que nos Tokamaks da geração atual e, como já sabemos, isso aumenta a probabilidade de ignição de uma reação termonuclear. Em 5-6 segundos, o plasma será aquecido a uma temperatura acima de 100 milhões de graus. Dentro de 100 segundos, uma reação termonuclear ocorrerá na câmara, liberando energia igual à dos reatores nucleares de média potência hoje - cerca de 600 MW. (Para comparação, deixe-me lembrá-lo que a potência da primeira usina nuclear era de 5 MW.) Em seguida, a reação será interrompida para remover os produtos de combustão (principalmente núcleos de hélio) da câmara, que poluem a câmara. Em seguida, uma porção de combustível termonuclear será injetada novamente e o ciclo se repetirá.
Talvez a principal característica do INTOR seja essa. que aqui, pela primeira vez, serão realizados testes sérios e elementos de sistemas que possibilitem o uso prático da energia da fusão termonuclear. Tais sistemas são chamados de "cobertores" (de palavra em inglês cobertor - um cobertor.) No caso mais simples, um cobertor é uma concha oca que envolve o reator, dentro da qual circula um líquido - digamos, a mesma água. Os nêutrons que nascem durante a reação e carregam a energia da fusão termonuclear serão absorvidos pelo líquido e lhe darão sua energia, aquecendo-o. E então, de acordo com o esquema usual, como nas usinas térmicas ou nucleares: a água, aquecendo, se transforma em vapor, que aciona uma turbina com um gerador elétrico.
O cobertor INTOR deve ajudar a resolver outro problema importante.
Já dissemos que a princípio os reatores termonucleares funcionarão com uma mistura de deutério e trítio - para tal mistura, a temperatura de ignição é menor do que para deutério puro. Surge a pergunta: qual é a situação com os recursos desse combustível? Quanto ao deutério. então está disponível em abundância água do mar, um oceano inteiro, insuficiente para um século. Onde você pode obter trítio? Na natureza. como você sabe, é extremamente pequeno.
A física nuclear também sugeriu uma saída aqui. Você pode obter trítio artificialmente de outro Elemento químico, o que é suficiente na Terra - lítio, irradiando-o com nêutrons. E isso é muito importante, pode ser feito no mesmo reator termonuclear. Essa é justamente a segunda função importante do cobertor: o lítio nele colocado será transformado em trítio.
Então, em teoria, o reator não deve apenas gerar energia, mas também abastecer-se de combustível, como está acontecendo agora, aliás, nas usinas nucleares de nêutrons rápidos.
O ataque ao problema da fusão nuclear controlada está ocorrendo agora em uma ampla frente. NO últimos anos resultados encorajadores também foram obtidos em outras áreas de pesquisa. Pode-se nomear, em particular, opções como "fusão a laser", quando o combustível termonuclear é aquecido de todos os lados por poderosos feixes de laser. Ou "termonuclear eletrônico". onde poderosos feixes de elétrons funcionam em vez de feixes de laser.
Ainda é cedo para falar sobre como essas ideias serão implementadas na prática. "Tokamaks" trouxe os cientistas mais perto do que qualquer outra pessoa para resolver o problema da fusão controlada. E é nessa direção que hoje se concentram os principais esforços e meios, que aproximam o domínio de uma fonte de energia praticamente inesgotável.
A física, embora seja, por assim dizer, uma ciência sobre o mundo circundante, ainda está muito longe do comum, ou seja, está longe dos interesses das pessoas comuns. Pessoas incomuns concentram-se na física. Se você olhar para as biografias dos "grandes físicos" completamente imersos nos problemas do espaço, verá que alguns deles eram clientes de psiquiatras, outros evitavam isso, embora tivessem um comportamento estranho. No entanto, esses "grandes físicos" são principalmente teóricos, cosmólogos, matemáticos, sua definição geral é . Existe em uma grande comunidade de físicos e bastante mentalmente pessoas normais, mas estes são vagabundos, amantes da “dolce vita”, que se adaptaram a “viu” dinheiro do Estado, prometendo ao Estado uma variedade de benefícios “desgastados por eles da natureza” influenciando-o com várias teorias malucas anteriormente desenvolvidas por “ cientistas britânicos”.
Há muitas linhas de atividade desses físicos sem saída em sentido físico, mas fértil no sentido de dinheiro. Uma dessas áreas de atuação dos “serradores” do orçamento é a criação de um reator termonuclear.
Claro, a história da criação de reatores termonucleares começou na forma de projetos bastante científicos.
Em 1949, uma bomba atômica soviética, uma cópia da americana, foi testada. Mas os estrategistas soviéticos queriam algo ainda mais poderoso e assustador para os inimigos.
Os teóricos do início do século 20 decidiram que a fonte de energia mais eficiente são as reações termonucleares, que, na opinião deles, fornecem a energia das estrelas, incluindo o Sol. . As reações termonucleares ocorrem apenas em erupções no Sol, nas explosões de estrelas Novas e Supernovas.
Sakharov acreditava na fusão termonuclear e estava trabalhando no que acreditava ser uma bomba termonuclear. Na verdade, ele criou um mais poderoso bomba atômica, devido à adição de trítio e deutereto de lítio-6 à sua composição...
A fusão termonuclear não deu certo, mas o poder da explosão da bomba Sakharov serviu tanto para estrategistas militares quanto para físicos. A bomba foi declarada de hidrogênio e, como mito, começou a se espalhar a versão de que era termonuclear. Segredo! Quem vai verificar!
Muitos físicos acreditavam na possibilidade de fusão termonuclear descontrolada na Terra, então a ideia de obter energia com a ajuda de uma reação termonuclear controlada recebeu publicidade na imprensa e apoio financeiro.
Sakharov decidiu que era possível explodir pequenas bombas de hidrogênio e utilizar o calor liberado. Ele, é claro, não estava interessado no fato de que a produção de trítio energeticamente e economicamente não compensaria a energia obtida dessa maneira.
Ao mesmo tempo, um certo sargento Oleg Lavrentiev, em uma carta a Stalin, propôs manter o plasma dentro da câmara eletrostaticamente. Beria discutiu a carta de Lavrentiev com Tamm e Sakharov, que disseram que seria melhor usar um campo magnético para confinar o plasma.
Kurchatov instruiu Artsimovich a liderar o trabalho de fusão termonuclear controlada.
Artsimovich descobriu o que todos que já viram um relâmpago sabem, ou seja, ele descobriu que poderosas descargas de corrente em deutério criam um cordão fino. A corda pulsava, comprimindo-se e afrouxando... Na corda, designada, por assim dizer, cientificamente, beliscar, surgiram nós durante a segunda onda de corrente, e eram as fontes de nêutrons. () Radiografias potentes também foram emitidas.
Em seguida vem a história dos tokamaks. Da década de 1950 a início III quase três dúzias deles foram feitos por milênios. Suas dimensões, naturalmente, e seu custo, aumentaram na esperança de que o próximo tokamak finalmente produzisse não apenas nêutrons, mas também hélio, ou seja, a fusão termonuclear finalmente seria realizada ... Mas em vão. O hélio nunca foi detectado nos experimentos descritos, ou seja, não houve reação termonuclear, e não.
Se antes de 1961 os experimentos com tokamaks ainda podem ser considerados científicos, então os "experimentos" posteriores são um puro "corte" do orçamento.
Em 1961, o acadêmico B.P. Konstantinov disse a Artsimovich em seu apelo “Por que a usina termonuclear não será construída em 1980 ou em 2000” que suas atividades não são apenas inúteis, mas também prejudiciais.
Konstantinov explicou que a reação do deutério com deutério não pode ser substituída pela reação do deutério com trítio. O trítio não existe na natureza, deve primeiro ser produzido em reatores nucleares. Na reação do deutério com o trítio, os nêutrons rápidos carregam energia rapidamente, destruindo tudo em seu caminho, nenhuma câmara pode suportar isso, eles serão destruídos rapidamente, e o plasma que não pode ser estabilizado romperá as paredes e poluirá meio Ambiente, principalmente centenas de quilogramas de trítio radioativo.
Claro, ninguém começou a ouvir Konstantinov e outros como ele. Em torno da "fusão termonuclear" formou-se uma enorme máfia internacional de "serradores orçamentários", eles construíram, estão construindo e continuarão a construir seus inúteis "reatores de fusão". Teoricamente, os legisladores podem detê-los, mas os legisladores podem fazer alguma coisa e, teoricamente, apenas em seus próprios países, e a máfia científica é internacional. Mas mesmo em alguns países, os políticos chegam ao poder apenas para ganhar dinheiro, então a máfia os compra facilmente e não há luz nisso, no entanto, como em muitas outras áreas de atividade “científica”.
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“Dissemos que colocaríamos o Sol em uma caixa. A ideia é ótima. Mas o problema é que não sabemos como criar esta caixa." - Pierre Gilles de Gennes, Prêmio Nobel de Física 1991.
Embora existam alguns elementos pesados necessários para reações nucleares na Terra e no espaço em geral, existem muitos elementos leves para reações termonucleares tanto na Terra quanto no espaço. Portanto, a ideia de usar a energia termonuclear em benefício da humanidade surgiu quase que imediatamente com a compreensão dos processos subjacentes a ela - isso prometia possibilidades verdadeiramente ilimitadas, já que as reservas de combustível termonuclear na Terra deveriam ter sido suficientes por dezenas de milhares de anos para venha.
Já em 1951, surgiram duas direções principais no desenvolvimento de reatores termonucleares: Andrei Sakharov e Igor Tamm desenvolveram a arquitetura tokamak na qual a câmara de trabalho era um toro, enquanto Lyman Spitzer propôs uma arquitetura de um design mais intrincado em forma mais reminiscente de um tira de Möbius invertida não apenas uma, mas várias vezes.
A simplicidade do design fundamental do tokamak tornou possível muito tempo desenvolver essa direção melhorando as características dos ímãs convencionais e supercondutores, bem como aumentando gradualmente o tamanho do reator. Mas com o aumento dos parâmetros do plasma, gradualmente começaram a aparecer problemas com seu comportamento instável, o que retardou o processo.
A complexidade do design do stelator levou completamente ao fato de que, após os primeiros experimentos nos anos 50, o desenvolvimento dessa direção parou por um longo tempo. Ele recebeu um novo fôlego recentemente com o advento dos modernos sistemas de design assistido por computador, que tornaram possível projetar o stelator Wendelstein 7-X com os parâmetros e a precisão de design necessários para sua operação.
Os átomos de ferro têm uma energia de ligação máxima por nucleon - isto é, uma medida da energia que deve ser gasta para dividir um átomo em seus nêutrons e prótons constituintes, dividido pelo número total. Todos os átomos com menos e mais massa têm este indicador abaixo do ferro:
Ao mesmo tempo, em reações de fusão termonuclear de átomos leves, até ferro, a energia é liberada e a massa do átomo resultante torna-se ligeiramente menor que a soma das massas dos átomos iniciais por uma quantidade correspondente à energia liberada de acordo com à fórmula E = mc² (o chamado defeito de massa). Da mesma forma, a energia é liberada durante as reações de fissão nuclear de átomos mais pesados que o ferro.
Durante as reações de fusão dos átomos, uma enorme energia é liberada, mas para extrair essa energia, primeiro precisamos fazer um certo esforço para superar as forças repulsivas entre os núcleos atômicos que são carregados positivamente (para superar a barreira de Coulomb). Depois que conseguimos aproximar um par de átomos da distância necessária, entra em ação a força nuclear forte, que liga nêutrons e prótons. Para cada tipo de combustível, a barreira de Coulomb para iniciar a reação é diferente, assim como a temperatura ideal de reação:
Nesse caso, as primeiras reações termonucleares dos átomos começam a ser registradas muito antes de temperatura média substâncias desta barreira devido ao fato de que a energia cinética dos átomos está sujeita à distribuição de Maxwell:
Mas a reação a uma temperatura relativamente baixa (da ordem de vários milhões ° C) é extremamente lenta. Então, digamos que no centro a temperatura chegue a 14 milhões ° C, mas a potência específica de uma reação termonuclear nessas condições é de apenas 276,5 W / m³, e o Sol precisa de vários bilhões de anos para consumir completamente seu combustível. Tais condições são inaceitáveis para um reator termonuclear, pois com um nível tão baixo de liberação de energia, inevitavelmente gastaremos mais em aquecimento e compressão de combustível termonuclear do que receberemos em troca.
À medida que a temperatura do combustível aumenta, uma proporção crescente de átomos passa a ter energia que ultrapassa a barreira de Coulomb, e a eficiência da reação cresce, atingindo seu pico. Com mais um aumento de temperatura, a velocidade da reação começa a cair novamente, já devido ao fato de que a energia cinética dos átomos se torna muito grande e eles "escorregam" uns sobre os outros, incapazes de manter a interação nuclear forte.
Assim, a solução de como obter energia a partir de uma reação termonuclear controlada foi obtida com bastante rapidez, mas a implementação dessa tarefa se arrastou por meio século e ainda não foi concluída. A razão para isso está nas condições verdadeiramente insanas em que foi necessário colocar combustível termonuclear - para um rendimento positivo da reação, sua temperatura tinha que ser várias dezenas de milhões de ° C.
Nenhuma parede poderia suportar fisicamente essa temperatura, mas esse problema quase imediatamente levou à sua solução: como a substância aquecida a essas temperaturas é um plasma quente (gás totalmente ionizado) carregado positivamente, a solução acabou ficando na superfície - tivemos que colocar um plasma tão aquecido em um campo magnético forte que manterá o combustível de fusão por distância segura das paredes.
A pesquisa sobre este tópico vai em várias direções ao mesmo tempo:
Apesar de todas as dificuldades e problemas que estão no caminho para uma reação termonuclear controlada, essa história já está chegando ao fim. No setor de energia, costuma-se usar o indicador EROEI - retorno de energia sobre o investimento em energia (a razão entre a energia gasta na produção de combustível e a quantidade de energia que recebemos dele como resultado) para calcular a eficiência do combustível. E enquanto o EROEI do carvão continua a crescer, este indicador para petróleo e gás atingiu o pico em meados do século passado e agora está em queda constante devido ao fato de que novos depósitos desses combustíveis estão localizados em locais cada vez mais remotos e em profundidades cada vez maiores :
Ao mesmo tempo, também não podemos aumentar a produção de carvão porque a obtenção de energia a partir dele é um processo muito sujo e literalmente tira a vida das pessoas agora de várias doenças pulmões. De uma forma ou de outra, estamos agora no limiar do declínio da era dos combustíveis fósseis - e não são maquinações de ambientalistas, mas banalidade cálculos econômicos ao olhar para o futuro. Ao mesmo tempo, o EROI de reatores termonucleares experimentais, que também surgiram em meados do século passado, cresceu de forma constante e em 2007 atingiu a barreira psicológica de um - ou seja, este ano, pela primeira vez, a humanidade conseguiu obter mais energia por meio de uma reação termonuclear do que gastou em sua implementação. E apesar do fato de que a implementação do reator, experimentos com ele e a produção da já primeira demonstração de usina termonuclear DEMO com base na experiência adquirida durante a implementação do ITER levará muito tempo. Não há mais dúvidas de que nosso futuro está por trás desses reatores.
A principal crítica à pesquisa na área de reatores de fusão é baseada no fato de que a pesquisa é extremamente lenta. E é verdade - desde os primeiros experimentos até a produção de uma reação termonuclear de equilíbrio, levamos até 66 anos. Mas o cerne do problema aqui é que o financiamento para essa pesquisa nunca atingiu o nível necessário - aqui está um exemplo de estimativas da Administração de Pesquisa e Desenvolvimento de Energia dos EUA sobre o nível de financiamento para um projeto de reator de fusão e o tempo de sua conclusão :
Como você pode ver neste gráfico, não é surpreendente que ainda não tenhamos reatores de fusão comerciais que produzam eletricidade, mas que tenhamos conseguido obter qualquer produção de energia positiva de reatores experimentais no momento.
