Одной из самых важных проблем современной физики, техники и энергетики является получение управляемого термоядерного синтеза (УТС). Для реализации УТС было предложено много идей, часть из которых проверялись на практике. Для этого было создано большое число экспериментальных установок, на которых провели много исследований по получению УТС разными способами, но главная цель – создание термоядерной энергетики, не была достигнута.
Предлагается новый способ осуществления УТС ‑ это термоядерный синтез в плазменном канале (ТСПК), который имеет ряд преимуществ перед предложенными ранее способами. Результаты расчётов очень обнадёживают и дают основание для дальнейшего исследования в этом направлении.
Рассмотрим кратко основные моменты представляемого способа получения УТС.
Для получения термоядерного синтеза в плазменном канале в плотную среду инжектируется пучок ионов с достаточно большим числом ионов, которые имеют достаточно высокую энергию. Между ядрами ионов пучка и ядрами, входящими в состав среды осуществляется реакция термоядерного синтеза.
Для такого способа можно использовать реакцию синтеза
t ↓ + d → He4 (3,5 МэВ) + n (14,1 МэВ) + 17,6 МэВ.
Здесь стрелка ↓ обозначает, что в реакции ядра трития t входят в состав пучка, который инжектируются в плотную среду содержащей дейтерий d.
У данной реакции большое сечение термоядерной реакции синтеза и одни из самых высоких показателей выделяемой энергии.
Выделяющаяся при синтезе энергия распределяется между конечными продуктами реакции. He4 приобретает 3,5 МэВ, а нейтрон n ‑ 14,1 МэВ, т. е. около 80 % энергии образующейся в реакции. Для использования энергии нейтрона, в свою очередь, необходимо его поглощение в ядерных реакциях. Для этого предлагается реакция поглощения нейтрона ядрами Li6
n + dLi6 → t +He4 + d + 4,78 МэВ.
Будет очень удобно объединить эти две реакции, если использовать для этого разновидность гидрида лития (HLi) в состав которого входит изотоп водорода – дейтерий (d), а литий представлен изотопом Li6, т. е. дейтерид лития-6 (dLi6), тогда предложенные две реакции можно переписать так
t ↓ + dLi6 → He4 (3,5 МэВ) + n (14,1 МэВ) + Li6 + 17,6 МэВ.
n + dLi6 → t + He4 + d + 4,78 МэВ.
В этих двух реакциях выделяется суммарная энергия E = 17,6 МэВ + 4,78 МэВ = 22,38 МэВ.
Для осуществления ТСПК представляется более удобным использовать расплав dLi6. Гидрид лития, а в нашем случае dLi6, в твёрдом состоянии бесцветный ионный кристалл, имеющий температуру плавления при нормальном давлении 668°С, а при температуре 850°C молекулы dLi6 диссоциируют на атомы.
Между температурой плавления гидрида лития и температурой его диссоциации должна находиться рабочая область температур у возможного термоядерного реактора.
Дейтерид лития-6 имеет ряд положительных свойств, которые могут способствовать осуществлению эффективной термоядерной реакции синтеза.
1. Удобным представляется то, что dLi6 содержит две компоненты термоядерного горючего для реакций.
2. Дейтерид лития-6 будет действовать как замедлитель нейтронов благодаря входящим в его состав ядрам дейтерия.
3. Изотоп Li6 в дейтериде лития будет поглотителем нейтронов, т. е. dLi6 может полностью или частично выступать как бланкет.
4. Дейтерид лития является первоначальным теплоносителем в термоядерном реакторе.
5. В дейтериде лития происходит частичная наработка трития во второй реакции, который необходим для первой реакции.
Для осуществления предложенных реакций термоядерного синтеза предлагается инжектировать в среду интенсивный пучков тритонов с площадь сечения 10^-1 см^2, в которых до 10^18 тритонов и более, энергия которых от 70 до 200 кэВ (рис. 1).
Если за время инжекции пучка через площадь, занимаемую одним атомом среды, будет проходить до 10^6 ионов и более, то в среде будет образовываться плазменный канал достаточно большой длины ‑ 4 см и более, что является принципиальным для данного способа. В полученном плазменном канале длина пробега ионов на несколько порядков больше, чем до образования плазменного канала. Благодаря этому создаются благоприятные условия для осуществления термоядерного синтеза между ионами пучка и ионами плазмы канала.
Расчёты показали, что термоядерный синтез в плазменном канале позволяет получать энергии больше, чем было на него затрачено, а кпд может доходить до 20 и более.
Термоядерный синтез в плазменном канале осуществить технически легче, чем в случае с магнитным и инерционным удержанием, а в финансовом он будет на 2-3 порядка менее затратным.
Ссылки
Результаты теоретических исследований кратко изложены в работе:
Чуриков В.А. Термоядерный синтез в плазменном канале. – Томск: ПолигрО, 2017.
https://search.rsl.ru/ru/record/01009402258