Привет! Не так давно я начал изучение ядерного синтеза и мне бы хотелось поделиться кое-чем интересным. Начнём с азов.
Что такое ядерный синтез?
Ядерный синтез - это процесс, при котором ядра атомов объединяются или распадаются, образуя новые ядра и освобождая или поглощая энергию. Одной из наиболее известных форм ядерного синтеза является процесс преобразования водорода в гелий, который осуществляется внутри звезд.
Если кратко, то ядерный синтез - это создание звёзд на земле.
Принцип работы
Принцип ядерного синтеза состоит в том, что при определенных условиях ядра атомов могут объединяться или распадаться, образуя новые ядра и высвобождая энергию. Этот процесс основан на принципах сохранения энергии и сохранения заряда.
Что это значит?
Изучая ядерную физику, было ясно, что ядерный синтез очень сложная вещь, которая толком ещё не изучена. Ведь получить большое количество энергии от реакции ядерного синтеза ещё не удалось.
На чём реактор стоит?
Термоядерный реактор использует огромное количество энергии, так как ему нужно создавать много-миллионные температуры, чем же он питается?
Тритий и Дейтерий
Именно эти два элемента и являются основными источниками питания термоядерного реактора. Но вернёмся к сути статьи.
Почему ядерный синтез бесполезен?
На самом деле, всё немного труднее. Да, получить энергию от ядерного синтеза в промышленных масштабах пока не удалось, однако, проводились исследования в не самых больших масштабах, где это всё таки удалось.
Поговорим про причины.
Причина тут только одна - термоядерный реактор очень сложная вещь и энергия, которую он поглощает от ранее названных элементов недостаточна для получения хороших результатов. И раз ему не хватает энергии, которую он получает, но он выделяет большое количество тепла, почему бы не использовать это тепло обратно. Как оказалось, такое уже практикуют:
Тепло, выделяющееся в термоядерном синтезе, может быть использовано для генерации пара и водяного пара, который затем приводит турбину для производства электричества. Таким образом, энергия, полученная из ядерного синтеза, может быть направлена обратно в процесс, чтобы обеспечить дальнейшую поддержку и усиление реакции.
С этим понятно, тогда Я подумал "А что, если полученную с помощью термоядерного реактора энергию, отправлять обратно?" Но тут меня ждало разочарование. Как оказалось, это очень сложная и крайне нестабильная технология. Пока ещё, люди не научились контролировать её должным образом, а в этой сфере, любая ошибка может стать фатальной. Теперь, поговорим про сам принцип работы этой технологии:
Принцип, когда выделяемая энергия ядерного синтеза направляется обратно в реактор для обеспечения его работы, называется принципом самообогрева или самоподдержания (self-sustaining).
Применение этого принципа является одной из главных целей в исследованиях контролируемого термоядерного синтеза. При достижении самоподдерживающейся реакции тепло, выделяемое в процессе ядерного сжигания, может использоваться для нагрева плазмы и поддержания оптимальных условий для продолжения реакции.
В настоящее время основные исследовательские установки, такие как токамаки, применяют различные методы для обратной передачи энергии обратно в реактор. Одним из примеров является использование системы магнитного поля, которая направляет часть выделяющегося тепла обратно в плазму для ее поддержания и нагрева. Это обеспечивает эффективный контроль над реакцией и увеличивает выход энергии от ядерного синтеза.
Замена топлива
Что если, вместо трития и дейтерия взять что-нибудь другое? Как уже говорилось ранее, тритий и дейтерий это водород. У трития 3 нейтрона и 1 протон, а у дейтерия 1 протон и 1 нейтрон. Если пропустить большое количество информации про них, то можно просто сказать, что тритий мощнее.
Но, что если заменить тритий на что-то более мощное? Тогда я и задумался над водородом с 4 нейтронами. Почти все источники говорили, что это невозможно, а информация о нём отсутствовала, но вот, совсем случайно, я нахожу про него информацию. Водород - 5. Он существует, моей радости не было предела. Не смотря на его существование, Водород - 5 не используется как топливо для термо-ядерного реактора, так как является крайне нестабильным и быстро распадается. Однако, вот теория о том, что было бы, если бы мы использовали его для термо-ядерной реакции:
Большая энергетическая плотность: Водород-5 является более тяжелым изотопом водорода по сравнению с дейтерием и тритием. Если удалось бы разработать устойчивый и эффективный процесс использования водорода-5 в ядерном синтезе, это могло бы привести к более высокой энергетической плотности и более эффективному производству энергии.
- Уменьшение радиоактивных отходов: Использование водорода-5 в ядерном синтезе может потенциально снизить количество радиоактивных отходов по сравнению с другими изотопами, такими как тритий. Уменьшение радиоактивных отходов является одной из главных проблем в ядерных энергетических технологиях, поэтому разработка методов снижения радиоактивности важна для безопасности и устойчивости.
- Улучшение устойчивости реакции: Если удалось бы разработать процессы для стабилизации и продления времени жизни водорода-5, это могло бы улучшить устойчивость реакции ядерного синтеза. Такие разработки могли бы создать новые возможности для более длительных и эффективных ядерных реакций.
- Улучшение устойчивости реакции: Если удалось бы разработать процессы для стабилизации и продления времени жизни водорода-5, это могло бы улучшить устойчивость реакции ядерного синтеза. Такие разработки могли бы создать новые возможности для более длительных и эффективных ядерных реакций. Однако, пока это всего лишь теория.
Как уже говорилось ранее, водород - 5 крайняя не стабильность, крайне редок и тяжек в производстве. Поэтому, пока нам стоит только мечтать.
Вот он и итог.
Эта тема крайне мало изучена, конечно, мы добились определённых успехов, но впереди ещё много всего неизведанного. Надеюсь, что вам было интересно прочитать эту статью.