После изобретения атомной бомбы и ядерного реактора мечтой физиков и энергетиков стало получение термоядерной энергии. В 50-е годы казалось, что до искусственного солнца рукой подать. Физики были полны оптимизма. Достаточно посмотреть научно-популярную литературу тех лет.
И в самом деле, перспективы очень заманчивые. На каждые 6500 атомов водорода на Земле приходится один атом дейтерия. В 32 кг воды содержится 1 грамм дейтерия. Этот грамм при термоядерной реакции превращения в гелий выделит столько же энергии, сколько дадут 8 тонн нефти. То есть один литр воды заменит бочку нефти.
Но приручение термоядерного джинна оказалось очень сложной задачей. Уже 60 лет ученые возятся с токамаками. Не хочет гореть солнце на Земле. Плазма всеми способами стремится "удрать" из магнитной ловушки. Пока её никак не удается удержать достаточно долго, чтобы получить больше энергии, чем затрачено на разогрев плазмы.
Второе направление в термоядерной проблеме - лазерный термоядерный синтез. Тут маленький шарик замороженной смеси дейтерия и трития облучают со всех сторон мощными лазерами. Поверхность мишени испаряется и реактивная сила сжимает сердцевину шарика, запуская реакцию. Несмотря на все усилия, пока не удалось получить положительный выход энергии. И создать мощный и надежный лазер тоже не удается.
Наука покорила термоядерного джинна в 1952-м году, взорвав водородную бомбу. Термоядерный заряд состоит из уранового или плутониевого запала мощностью в несколько килотонн и основного заряда из дейтерида лития, помещенного в свинцовую или урановую оболочку.
После взрыва инициатора термоядерный заряд облучается мощным рентгеновским излучением. В термоядерном горючем развивается давление в 100 миллиардов атмосфер, а плотность повышается до сотен граммов на кубический сантиметр. В таких условиях термоядерная реакция протекает очень быстро. Окружающая контейнер с горючим свинцовая или урановая оболочка задерживает рентгеновское излучение и не дает заряду быстро остыть. В результате становится возможной самоподдерживающая термоядерная реакция. Осталось научиться использовать энергию взрыва в мирных целях.
В 60-х и 70-х годах в СССР были разработаны сверхчистые термоядерные заряды для промышленного применения. Строительство плотин, добыча полезных ископаемых и тому подобные цели. Запал из плутония мощностью 200-300 тонн поджигал заряд газообразного дейтерия в 50-150 килотонн. И ученые-атомщики из Снежинска предложили использовать такие заряды для нужд энергетики.
Чтобы использовать энергию взрыва в мирных целях, заряд нужно взрывать внутри прочной железобетонной камеры, облицованной сталью. Размеры сооружения грандиозны. Диаметр и высота 200-300 метров. Толщина стенок - 30-40 метров. На такую камеру уйдут миллионы тонн бетона и стали. Только крупнейшие ГЭС сравнимы по размерам. Тут ничего не поделаешь. Нужно удержать энергию неслабого ядерного взрыва. Камера заполняется аргоном. Перед взрывом внутри камеры организуется жидкая защитная стенка из натрия. На трос-кабеле заряд опускается в центр камеры и подрывается. Защитная стенка из натрия воспринимает ударную волну, проникающую радиацию и световое излучение. На внутреннюю стенку камеры действует пиковое давление в 200-300 атмосфер. Через минуту после взрыва натрий, нагретый до 600 градусов, оседает на дне камеры. Давление снижается до атмосферного. Затем натрий отдает энергию через теплообменники, охлаждаясь до 150-200 градусов. Через час взрыв повторяется. Если взрывать заряды в 10 килотонн по одному в час, то мощность установки составит 30 миллионов киловатт.
Если разработчики установки не ошибаются в своих расчетах, то данная установка вполне безопасна и экономична. Если камера выдержит ударную волну, то лишней энергии просто неоткуда взяться. В заряд помещено строго определенное количество дейтерия. При горении дейтерия выделяется много нейтронов, которые можно применить для наработки плутония или урана-233. Такие котлы могут снабжать горючим обычные ядерные реакторы. Основной недостаток установки в том, она не масштабируется. Маленькой её не сделаешь. И дешевой тоже.
Взрывная дейтериевая энергетика. Предотвращение ресурсной катастрофы.
