16 июля 1945 года в США проведено первое испытание атомной бомбы. СССР немного отставал в разработке ядерного оружия, первый взрыв советской атомной бомбы был осуществлен спустя четыре года – 29 августа 1949 года.
Тем не менее, в вопросах применения атомной энергии в мирных целях СССР оказался лидером. В октябре 1945 года выдающийся советский ученый академик Петр Леонидович Капица предоставил в Технический кабинет Первого главного управления при Совнаркоме (предшественник Министерства среднего машиностроения, нынешней Госкорпорации Росатом) техническую записку, в которой обосновал возможность использования атомной энергии в интересах производства электроэнергии.
В 1950 году Правительство СССР приняло постановление о начале строительства атомной электростанции. Менее, чем через 10 лет после взрыва первой атомной бомбы 26 июня 1954 года в городе Обнинск была запущена атомная электростанция. Через четыре месяца АЭС была выведена на проектные параметры, электроэнергия начала поступать потребителям.
Как обстоят дела с использованием термоядерной энергии?
Товарищи учёные, не сумневайтесь, милые:
Коль что у вас не ладится — ну, там, не тот аффект, —
Мы мигом к вам заявимся с лопатами и с вилами,
Денёчек покумекаем — и выправим дефект!
(С) В. С. Высоцкий
Ядерный синтез – физика термоядерных реакций
Термоядерные реакции – процессы, в ходе которых происходит слияние двух легких атомных ядер в более тяжелое ядро. При этом происходит выделение значительного количества энергии. В настоящее время наиболее перспективной с точки зрения технической реализации является реакция между двумя изотопами водорода (дейтерий и тритий) в ходе которой образуется гелий.
Плюсы использования дейтерия и трития (D-T смесь) заключаются как в относительной простоте (естественно, по сравнению с другими термоядерными реакциями), так и в широкой распространенности дейтерия и трития на Земле.
Что требуется для осуществления термоядерной реакции? Сблизить атом трития и дейтерия. Только и всего! Но есть нюанс, ядра атомов нужно сблизить на очень маленькое расстояние. Как известно из школьного курса, ядра между собой отталкиваются, соответственно, сближаться не желают. Причем сильно не желают – сближение возможно только, если ядра движутся с большой скоростью, соответствующей нагреву до 35 - 100 миллионов градусов!
Как нагреть до такой температуры? В термоядерной бомбе разогрев осуществляется за счет энергии взрыва атомной бомбы. Существуют проекты использования взрывов термоядерных бомб для получения энергии. Однако эти проекты близки к фантастике – слишком большая мощность выделяется за короткое время. Мощность обычных электростанций на 12-13 порядков ниже мощности при взрыве водородной бомбы.
Перспективные направления мирного термояда
Интенсивно развиваются следующие подходы:
- разогрев D-T смеси сходящейся сферической ударной волной, возникающей при детонации обычных взрывчатых веществ;
- ампула, содержащая D-T смесь, нагревается системой, состоящей из десятков и сотен лазеров;
- разогрев с помощью рентгеновского излучения, ионных и электронных пучков;
- удержание плазмы (разогретой и сжатой D-T смеси) с помощью сложнейших магнитных ловушек.
Достигнутые результаты
Экспериментально подтверждено – термоядерные реакции в лабораториях наблюдаются, приборы регистрируют нейтроны, образующиеся при слиянии атомов дейтерия и трития. Однако, интенсивность наблюдаемых реакций удручает – в 100 -1000 раз ниже, чем предсказывалось в расчетах. Выделяемая энергия термоядерного синтеза мизерна по сравнению с энергией, подводимой к ампуле со смесью.
Основные причины:
- энергия, непосредственно передающаяся D-T смеси, на 50-60% ниже, чем предсказывали первоначальные расчеты;
- ампулы сжимаются несимметрично, достигаемая температура и плотность ниже расчетных;
- турбулентное перемешивание оболочки ампулы и смеси резко снижает достигаемые параметры.
Работы продолжаются, в расчеты и эксперименты вкладываются миллиарды долларов. Надежда на термоядерную энергетику есть. Когда? Оптимисты говорят про 2030 год, реалисты ждут 2050 года, пессимисты – не в этом веке.