Термоядерный синтез. Вчера. Сегодня. Завтра

Термоядерный синтез.

Вчера.Сегодня.Завтра.

Энергия

Энергия - основа основ существования Вселенной.С каждым годом человечеству ее требуется все больше и больше. 

По подсчету ученых к концу 21 века потребление энергии увеличится в 6 раз. Но энергии уже сейчас катастрофически не хватает, ее запасы иссякают.

Полезные ископаемые подходят к концу их хватит на 50-100 лет. Нефть, газ, уголь, древесина – исчерпаемые источники энергии! 

У нас есть в распоряжении атомная энергетика, но после Чернобыля, Фукусимы и скопления большого количества атомных отходов ее использование весьма малопривлекательно.

Альтернативные источники (гидроэнергетика, ветряки и солнечные панели) – это явно не выход. С их помощью мы не сможем развивать всё усложняющиеся производства, двигать вперёд науку, осваивать океанские глубины и космос.

Что же нам остается? Где взять неисчерпаемый источник энергии? ……..

На пути к Солнцу!

Солнце - ему около 5 млрд лет! Каждую секунду оно производит энергию в 100 000 раз больше, чем все человечество смогло добыть за всю свою историю существования на Земле.

Откуда берётся такая колоссальна энергия?

Наша звезда на 75 процентов состоит из водорода и его изотопов.

На Солнце происходит термоядерная реакция,  при которой легкие атомные ядра изотопов водорода объединяются в более тяжелые ядра гелия с высвобождением нейтронов, несущих в себе громадную кинетическую энергию, служащую источником тепла, благодаря которому мы существуем. Каждую секунду оно перерабатывает около 600 миллионов тонн водорода.

Возможно ли повторить в земных условиях то, что происходит на Солнце?

Условия, при которых происходит слияние ядер.

Чтобы протоны и нейтроны могли сблизиться, преодолев кулоновский барьер необходимо:

1. Высокая температура,

2. Большая плотность вещества.

Запасы Водорода на Земле практически не исчерпаем.

–Дейтерии – это воды мирового океана.

–Тритий – его в природе нет, но есть механизмы его получения (из лития).

Сравним ТЕРМОЯДЕРНЫЙ и АТОМНЫЙ реакторы, по количеству производимой энергии.

Из 1 кг исходной смеси в термоядерном реакторе может производится в 3 раза больше энергии, чем в атомном.

1 литр воды позволит заменить 8 тонн нефти!!!!!

Этот способ позволит человечеству перестать зависеть от возобновляемых источников энергии (нефть, газ, уголь, древесина).

На реализацию идеи термоядерного синтеза подтолкнула война.

Атомная и Термоядерная бомбы

После взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки началась гонка создания оружия массового поражения.

Первую в мире термоядерную (водородную) бомбу, пригодную к практическому применению создали советские ученые,самую мощную за всю историю человечества.

В водородной бомбе условия для запуска термоядерной реакции, высокие температура и плотность, создаются благодаря первоначальному взрыву дополнительного ядерного заряда, который составляет основу обычной атомной бомбы.

В процессе работы лаборатории учащиеся 11 «А» класса создали точный макет одной из первых атомных бомб в масштабе 1:10. Полностью спроектировали и распечатали на 3D принтере. На данном макете мы предметно рассмотрели и изучили про атомы, радиоактивность, деление, принципы запуска неуправляемой ядерной реакции, которая является основой создания условия для запуска неуправляемой термоядерной реакции.

В ходе работы над ядерным потом термоядерным оружием у учёных возникли идеи по мирному использованию энергий, скрытых в атомном ядре.

Атомные реакторы, использующих управляемую цепную реакцию деления, были созданы и запущены в середине прошлого века.

Однако дела с обузданием термоядерной энергии обстояли куда сложнее.

Во-первых, термоядерное топливо надо поджечь и сделать это с помощью ядерного запала как в атомной бомбе просто невозможно.

Во-вторых, в результате синтеза ядер образуется плазма.

Плазма

Любое вещество может существовать в трех состояниях твердом, жидком и газообразном. Есть и четвертое состояние, его физики и называют плазмой. Плазма – это когда атомные ядра теряют оболочку из электронов превращаясь в положительно заряженные ионы и остаются

как бы сами по себе в газообразном состоянии.

Температура термоядерной плазмы высока настолько, что ни одно из существующих в мире веществ выдержать такую температуру просто не в состоянии. Моментально испаряется всё.

На солнце удержание создания необходимой плотности термоядерного топлива происходит благодаря силам гравитации, что воспроизвести на земле никак не получится.

Возникла идея удержания плазмы при помощи магнитного поля. Принадлежит она советским ученым.

Токамак

Токама́к представляет собой тороидальную, то есть виде бублика вакуумную камеру, на которую намотаны катушки для создания тороидального магнитного поля. Оно задает траектории, по которым движутся ионизированные частицы плазмы. Из вакуумной камеры сначала откачивают воздух, а затем заполняют ее смесью дейтерия и трития. Затем с помощью индуктора в камере создают вихревое электрическое поле, которое вызывает протекание тока и зажигания самой плазмы.

С этого всё и началось уже в 1958 году в Курчатовском институте была построена первая в мире экспериментальная термоядерная установка, где удалось получить первую в истории искусственно созданную термоядерную плазму.

Оказалось, что это плазма очень неустойчива, создать ее можно, но нагреть и удержать с высокой плотностью и с высокой температурой, которая нужна для интенсивного протекания термоядерных реакций очень не просто. Причём удерживать её необходимо долго, стационарный реактор нужен не на одну секунду.

Все надежды на скорое освоение термоядерного синтеза не осуществились пока и по сей день из-за того, что учёные и инженеры столкнулись громадным количеством технических сложностей, связанных с решением основной задачи: нагреть и удерживать достаточно долгое время высокотемпературную плазму.

Помимо революционной конструкции самого токамака нашими учеными впервые в мире были разработаны технологии, без которых работа современных термоядерных реакторов просто невозможно. Людям удалось создать на земле то чего не существует в бесконечной вселенной и подавляющее количество реакторов построенных в разных странах используют принцип создания магнитного поля разработанной советскими учеными и все они называются токамаками. В настоящее время их в мире больше 300!

Сегодня плазму разогревают до 200 миллионов градусов, однако температурные рекорды уже давно не основное достижение ученых. Главное здесь время идет борьба за каждую секунду что светит земное солнце. Только при длительном горении плазмы в реакторе возможна его эффективная промышленная эксплуатация.

ИТЭР

Грандиозный проект по строительству международного экспериментального термоядерного реактора. Название проекта и самого реактора ITER (ИТЭР; изначально англ. International Thermonuclear Experimental Reactor; в настоящее время название связывается с латинским словом iter — путь) — проект международного экспериментального термоядерного реактора.

Задача ИТЭР заключается в демонстрации возможности использования термоядерной реакции синтеза и решении физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути.

Самый масштабный научный эксперимент в истории человечества. Его задача заключается в демонстрации возможности использования термоядерного реактора и решение физических и технологических проблем, которые могут встретиться на этом пути.

Когда же будут запущены термоядерные промышленные реакторы по всему миру можно только гадать. Но большинство ученых считают, что это должно произойти еще в 21 веке. Другого пути по долгосрочному обеспечению человечества энергией попросту нет.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/450659-termojadernyj-sintez-vchera-segodnja-zavtra