Управляемый термоядерный синтез – это физический процесс, в основе которого лежит синтез тяжелых ядер атома из легких. Этот процесс отличается от взрывного термоядерного синтеза, как традиционного источника ядерной энергетики, управляемостью процесса. Также в основе управляемого процесса – синтез атомных ядер, а в основе взрывного термоядерного синтеза – расщепление их же. В скором времени для проведения этого процесса будет использоваться дейтерий и тритий. Сейчас изучается использование для процесса синтеза — гелий—3 и бор—11.
Как же проходит управляемая термоядерная реакция? Под действием теплового движения два или несколько ядер атомов сближаются на столько близко, что взаимодействие между ними намного сильнее и преодолевает силу кулоновского отталкивания. После преодоления этой силы рождаются ядра других элементов с большими ядерными массами. Наиболее подходящие элементы для синтеза ядер, те элементы, у которых не высокий электрический заряд.
Опытным путем ученые пришли к выводу, что на сегодняшний день наиболее подходящие элементы для синтеза – это дейтерий и тритий. Это основано на том, что для синтеза энергии затрачивается намного меньше, чем выделяется во время процесса.
Однако ученые не останавливаются на достигнутом и выделяют как минимум четыре вида топлива:
1. Реакция на основе дейтерия и трития. Это реакция, которую проще всего провести, учитывая современные технологии, и в результате ее выделяется значительное количество энергии. В процессе слияния этих элементов, высвобождается до 17,6 МэВ энергии и ядро гелия—4. Но есть и недостатки использования этого топлива. В результате этой реакции образуется нейтронная радиация и к тому же один из компонентов топлива (тритий) достаточно дорог.
2. Реакция с использованием дейтерия и гелия—3. Это очень сложная реакция из—за того что изотоп гелий—3 очень дорогой и промышленно не производится. Его получают на атомных электростанциях из трития или методом добычи на Луне. В процессе этой реакции высвобождается энергия в размере 18,4 МэВ.
3. Реакция на основе монотоплива. В качестве монотоплива выступают два атома дейтерия. Но процесс слияния этих ядер происходит труднее, чем слияние дейтерия и гелия—3. Это медленно протекающие реакции. Высвобождаемая энергия варьируется от 3,268 МэВ до 4,032 МэВ в зависимости от того что получается в результате реакции.
4. Другие реакции. Под понятием других реакций, понимаются реакции, с использованием топлива учитывая дороговизну и доступность составляющих компонентов, величину высвобождаемой энергии и легкость протекания самого процесса. Исходя из этого, можно выделить безнейтронные реакции и процесс на легком водороде.
Безнейтронные реакции не порождают в результате процесса синтеза радиоактивность. Они являются наиболее перспективными, так как мощность энергетического потока, который высвобождается, не уменьшается.
Реакции с использованием легкого водорода. Они только теоретически возможны. На практике реализовать этот процесс не возможен, потому что нужно иметь реактор бесконечно больших размеров.
По состоянию на 2013 год промышленный управляемый термоядерный синтез не запущен, а экспериментальный международный реактор еще только в стадии строительства.
Существует два вида реакторов:
— в которых магнитное поле в режиме высокой температуры и низком давлении, удерживает и нагревает плазму. Такие системы называются квазистационарными;
— процесс синтеза происходит при нагреве мишени за короткий промежуток времени сверхмощными лазерами. Эти системы называются импульсными.
Не утихают споры о финансовой целесообразности производства электроэнергии при помощи управляемого термоядерного синтеза. По расчетам специалистов стоимость электроэнергии с использованием термоядерного синтеза сопоставима с самыми дорогим производством электроэнергии традиционными источниками. Дальнейшее развитие этого направления полностью зависит от того насколько эффективно его будут использовать, от доступности топлива для синтеза, а также от стоимости утилизации реактора.
