Керований термоядерний синтез – це фізичний процес, в основі якого лежить синтез важких ядер атома з легких. Цей процес відрізняється від вибухового термоядерного синтезу, як традиційного джерела ядерної енергетики, керованістю процесу. Також в основі керованого процесу – синтез атомних ядер, а в основі вибухового термоядерного синтезу – розщеплення їх же. Незабаром для проведення цього процесу буде використовуватися дейтерій і тритій. Зараз вивчається використання для процесу синтезу – гелій-3 і бор-11.
Як же проходить керована термоядерна реакція? Під дією теплового руху два або кілька ядер атомів зближуються на стільки близько, що взаємодія між ними набагато сильніша і вона долає силу кулонівського відштовхування. Після подолання цієї сили народжуються ядра інших елементів з великими ядерними масами. Найбільш підходящі елементи для синтезу ядер, ті елементи, у яких не високий електричний заряд.
Дослідним шляхом вчені прийшли до висновку, що на сьогоднішній день найбільш підходящі елементи для синтезу – це дейтерій і тритій. Це пояснюється тим, що для синтезу енергії витрачається набагато менше, ніж виділяється під час процесу.
Однак вчені не зупиняються на досягнутому і виділяють як мінімум чотири види палива:
1. Реакція на основі дейтерію і тритію. Це реакція, яку найпростіше провести, з огляду на сучасні технології, і в результаті її виділяється значна кількість енергії. У процесі злиття цих елементів, вивільняється до 17,6 МеВ енергії і ядро гелію-4. Але є і недоліки використання цього палива. В результаті цієї реакції утворюється нейтронна радіація і до того ж один з компонентів палива (тритій) досить дорогий.
2. Реакція з використанням дейтерію і гелію-3. Це дуже складна реакція через те що ізотоп гелій-3 дуже дорогий і промислово не проводиться. Його отримують на атомних електростанціях з тритію або методом видобутку на Місяці. У процесі цієї реакції вивільняється енергія в розмірі 18,4 МеВ.
3. Реакція на основі монопалива. В якості монопалива виступають два атома дейтерію. Але процес злиття цих ядер відбувається важче, ніж злиття дейтерію і гелію-3. Це повільно протікаюча реакція. Енергія що вивільняється варіюється від 3,268 МеВ до 4,032 МеВ в залежності від того, що вивільняється в результаті реакції.
4. Інші реакції. Під поняттям інших реакцій, розуміються реакції, з використанням палива з огляду на дорожнечу і доступність складових компонентів, величину енергії, що вивільняється і легкість протікання самого процесу. Виходячи з цього, можна виділити безнейтронні реакції і процес на легкому водні.
Безнейтронні реакції не породжують в результаті процесу синтезу радіоактивність. Вони є найбільш перспективними, оскільки потужність енергетичного потоку, який вивільняється, не зменшується.
Реакції з використанням легкого водню. Вони тільки теоретично можливі. На практиці реалізувати цей процес неможливий, тому що потрібно мати реактор нескінченно великих розмірів.
Станом на 2013 рік промислово керований термоядерний синтез не запущено, а експериментальний міжнародний реактор ще тільки в стадії будівництва.
Існує два види реакторів:
– в яких магнітне поле в режимі високої температури і низькому тиску, утримує і нагріває плазму. Такі системи називаються квазістаціонарними;
– процес синтезу відбувається при нагріванні мішені за короткий проміжок часу надпотужними лазерами. Ці системи називаються імпульсними.
Не вщухають суперечки про фінансову доцільність виробництва електроенергії за допомогою керованого термоядерного синтезу. За розрахунками фахівців вартість електроенергії з використанням термоядерного синтезу порівнянна з найдорожчим виробництвом електроенергії за допомогою традиційних джерел. Подальший розвиток цього напрямку повністю залежить від того, наскільки ефективно його використовуватимуть, від доступності палива для синтезу, а також від вартості утилізації реактора.
