Как-то давным давно (месяца полтора назад) я обещал рассказать про принцип действия термоядерной электростанции. Сегодня я Ланнистер, ибо выплачиваю этот должок.
Но начнем с рубрики «забавные цитаты учёных, автором которых был не Альберт Эйнштейн».
Лауреата Нобелевки, руководителя британской термоядерной программы Джона Крокфорта как-то спросили: через сколько лет термоядерная электростанция даст первый промышленный ток? Он ответил, что через 20 лет. Через 7 лет его спросили еще раз. Само собой он ответил, что через 20 лет. Когда ему на это «предъявили за базар», он ответил, что на самом деле крут, потому что не меняет своего мнения.
Это к тому, что тема сложная. И если вы ничего не поняли в постах, приуроченных к началу сборки реактора на Международном экспериментальном термоядерном реакторе ITER, это простительно.
Пост 1: Первый термоядерный реактор. Мы все умрём?
Пост 2: Термоядерный реактор. Просто о сложном
Но тогда мы даже не коснулись вопроса того, как именно это все великолепие должно вырабатывать электричество.
А вот теперь начнем с самого начала
Один ученый однажды догадался, что масса и энергия — вещи самым непосредственным образом взаимосвязанные. Этим ученым как раз-таки был Альберт Эйнштейн. Из этой взаимосвязи есть важные следствия.
Следствие 1: Масса ядра крупных атомов больше, чем сумма его составляющих частиц. Так что, если их расщепить, то можно получить энергию, эквивалентную разнице масс. На этом стоит классическая атомная энергетика. И «простое» атомное оружие.
Следствие 2: Но масса ядер некрупных атомов меньше, чем сумма его составляющих частиц. Тоже есть разница масс, которая может стать энергией.
За счет этого существуют звезды (и взрываются термоядерные бомбы). Без энергии объединяющихся атомов водорода, становящихся гелием, газ бы просто схлопывался сразу в черные дыры и не было бы Вселенной, в которой мы живем, ведь звезды не зажигались бы, даже если это было бы кому-то нужно.
Нельзя просто так взять и объединить два атома в один. Ведь ядра атомов положительно заряжены. То есть им, как маленьким магнитикам положено отталкиваться друг от друга, что они и делают.
В недрах звезд гравитация настолько лютая, что плевать все хотели на это отталкивание. Но как нам быть на Земле? Есть концепции по проведению ядерного синтеза именно с помощью давления, но они проработаны гораздо хуже, чем концепция той самой ТЕРМОядерной реакции. План в том, чтобы нагреть вещество до такой температуры, чтобы атомы двигались так быстро, с такой энергией, чтобы преодолеть отталкивание.
А конкретно до какой температуры?
До 150 миллионов градусов.
Это в десять раз больше, чем внутри Солнца и даже побольше, чем было в Краснодарском крае 2 недели назад.
Никакой материал в мире не выдержит такой температуры. Собстна, тут на сцену в свое время и вышли советские ученые, предложившие горяченькую плазму удерживать магнитными катушками. ITER строится именно в рамках этой концепции. Но одно дело провести ядерный синтез, другое — сделать его самоподдерживающимся. Реакторы уже существовали и до ITER’а. Его задача как раз долго поддерживать реакцию.
И тут мы возвращаемся к тому, в чем выражается энергия синтеза
Первое: в еще более усиленном тепловом движении ядер. За счет этого и можно сделать реакцию самоподдерживающейся. За счет этого как раз звезды не схлопываются под действием своей гравитации.
Но большая часть проявляется в энергии шустро улетающих прочь более ненужных нейтронов. В реакции используются, например, ядра трития и дейтерия (водорода, с лишними нейтронами), у которых в сумме 3 нейтрона, а образующемуся гелию достаточно иметь 2.
Эти энергичные нейтроны от шнура плазмы внутри вакуумной катушки улетают на скорости прочь, попадают в специально расположенные вокруг тора-бублика (про него читайте здесь) емкости с теплоносителем — бесхитростной водой. Она от такого воздействия греется, приобретает энергию. Присобачиваем куда-нибудь туда турбину и вуаля!
Только не говорите Грете Тунберг, что нагретая вода в ITER’е не будет вращать турбину, а будет просто сливаться в градирни и греть тупо атмосферу. Ну и реактор экспериментальный, что с него взять.
Читайте канал в телеграм t.me/black_sci и другие посты:
- Тайна Атлантиды на самом деле уже раскрыта