Термоядерной энергетики

2.7. Том Р., Тарр Дж. Магнитные системы МГД-генераюров и термоядерных установок. М.: Энергоатомиздат. 1985.

2.26. Экспериментальное изучение импульсных источников энергии на основе многосекционных индуктивных накопителей с умножением тока/Э. А. Азизов, Ю. Г. Гендель, И. В. Кочуров и др. Доклад № 19 на семинаре СССР — США «Индуктивные накопители энергии и коммутационная аппаратура для термоядерных установок». Л.: НИИЭФА, 1974.

2.28. Импульсные источники питания на основе трансформаторных индуктивных накопителей с нелинейными элементами / М. Н. Быстрое, Б. А. Ларионов, В. П. Силин и др. Доклад № 2 на семинаре СССР—США «Индуктивные накопители энергии и коммутационная аппаратура для термоядерных установок». Л.: НИИЭФА, 1974.

2.32. Особенности построения индуктивных накопителей для генерирования коротких импульсов/М. Н. Быстрое, Ф. 3. Гальчук, Б. А. Ларионов, А. М. Столов. Доклад № 3 на семинаре СССР — США «Индуктивные накопители энергии и коммутационная аппаратура для термоядерных установок». Л.: НИИЭФА, 1974.

2.41. Егоров С. А., Костенко А. И. Расчет, сравнение и оптимизация магнитных систем сверхпроводящих индуктивных накопителей энергии с различными геометрическими формами. Доклад № 1 на семинаре СССР — США «Индуктивные накопители энергии и коммутационная аппаратура для термоядерных установок». Л.: НИИЭФА, 1974.

Продолжительность удержания плазмы в реакторе возрастает с увеличением объема плазмы, а следовательно, увеличиваются габариты и стоимости термоядерных установок.

АЭС непрерывно совершенствуются. Кроме того, напряженно ведутся работы по созданию термоядерных установок. Так, в июне 1975 г. в .институте атомной энергии им. И. В. Курчатова Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР введена в строй крупнейшая в мире опытная термоядерная установка «Токамак-10». Эта установка предназначена для нагрева водорода до температуры в десятки миллионов градусов и удержания нагретого вещества в течение продолжительного времени. В «агретом до таких температур газе, состоящем из изотопов водорода, начинается так называемая термоядерная реакция, т. е. слияние ядер изотопов водорода в более тяжелые ядра гелия. Этот процесс сопровождается выделением колоссальной энергии. Достаточно сказать, что при ядерном сжигании 1 кг изотопов водорода выделяется в 10 млн. раз больше энергии, чем при сжигании 1 кг угля.

гут быть израсходованы в течение 30—100 лет, если их сжигание не прекратят и не начнут применять только как ценнейшее сырье. Правда, по последним прогнозам угля может хватить еще на несколько сот лет. И из-за трудностей в быстром развертывании ядерной энергетики теперь надежды возлагаются на доведение к 2000 г. доли угля в топливно-энергетическом балансе до 50%. Предполагалось же, что к 2000 г. выработка энергии ядерными электростанциями на реакторах деления тепловыми нейтронами должна сравняться с таковой на обычных тепловых электростанциях. Затем должна начаться эра реакторов-размножителей на быстрых нейтронах и за ней, или одновременно с ней, — термоядерной и солнечной энергии. При этом не следует забывать о труднейшей проблеме «захоронения» радиоактивных отходов реакторов деления (отсутствующих у термоядерных установок) и заражения ими окружающей среды.

В сфере фундаментальных исследований они отмечены высоким уровнем теоретических работ, расширением и совершенствованием крупной экспериментальной базы (от первого физического реактора мощностью в несколько десятков ватт до исследовательских реакторов мощностью 50—100 тыс. кет, в том числе с нейтронным потоком 3-Ю16 нейтр/см2-сек, и от первого ускорителя заряженных частиц на энергию 6 Мэв до крупнейшего в мире ускорителя на энергию 70 Гэв), развитием физики реакторов на быстрых нейтронах, синтезированием новых искусственных элементов и изучением их свойств, осуществлением энергетических установок с прямым преобразованием ядерной энергии в электрическую, введением в исследовательскую практику мощных термоядерных установок и т. д.

Сверхпроводящий магнит для термоядерных установок типа Токамак будет создан в ближайшие годы.

создание демонстрационных энергетических термоядерных установок.

§ 18. Проблемы термоядерной энергетики

§ 18. Проблемы термоядерной энергетики................ 42

запасов энергоресурсов без учета возможностей ядерной и термоядерной энергетики, видимо, хватит еще на 100— 250 лет. Эти данные, конечно, ориентировочны, однако все же они дают некоторую картину будущего. На 1.5 приведены данные о мировом потреблении важнейших энергоносителей.

В настоящее время разрабатывается также проект опытного термоядерного реактора (ОТР). Его реализация преследует ряд целей: продемонстрировать возможность надежного и безопасного производства электроэнергии и ядерного топлива; получить необходимый опыт разработки, строительства и эксплуатации реактора-то-камака в режимах, близких по длительности работы и удельным нагрузкам к режиму энергетического реактора; создать экспериментальную базу для научных и инженерных работ в области термоядерной энергетики; испытать конструкционные материалы и проверить принципиальные технические решения создания термоядерных электростанций.

Разработка ОТР в настоящее время находится на стадии концептуального проектирования. Предполагается, что большой радиус плазменного «бублика» в ОТР составит 5,5 м, а малый—1,1 м. Плазма будет иметь плотность 1,4-1014 см"3 при температуре около 120 млн. °С. Общая тепловая мощность реактора составит 1000 МВт, электрическая — 300 МВт. Первый советский термоядерный реактор будет представлять собой гибридную систему, в которую заложена идея своеобразного симбиоза атомной и термоядерной энергетики.

Потребление энергоресурсов быстро растет, что вызывается непрерывным увеличением мирового промышленного производства. Предполагается, что к 2000 г. потребление энергоресурсов составит 160—240 тыс. ТВт-ч (20—30 млрд. т у. т.). Оставшихся после 2000 г. мировых запасов энергоресурсов без учета возможностей ядерной и термоядерной энергетики, видимо, хватит еще на 100— 250 лет. Эти данные, конечно, ориентировочны, однако все же они дают некоторую картину будущего. Ниже в табл. 1.2 приведены данные о мировом потреблении важнейших энергоносителей, а на 1.3, а — один из вариантов экспертной оценки топливного баланса.

Обсуждая будущее термоядерной энергетики, следует иметь в виду ее воздействие на окружающую среду. Хотя термоядерные реакторы одни из самых «чистых» ЭУ, количество производимой ими энергии на Земле будет ограничено из-за недопустимости перегрева атмосферы. Так, по подсчетам академика Н. Н. Семенова, производство термоядерной энергии можно будет довести лишь до 5% поступающей на Землю солнечной энергии, а это позволит превзойти современное (около 4,7-1013 кВт-ч) производство только в 600 раз. В противном случае при повышении температуры на Земле на 1—2 градуса могут наступить глобальные катастрофы.

3. В перспективе значительно усиливаются взаимосвязи между энергетикой и производством сырьевых материалов. Это можно видеть на примере термоядерной энергетики. Ее развитие потребует резкого увеличения производства ряда ограниченных по нынешним представлениям цветных и редких металлов: молибдена, ванадия, бериллия, лития, ниобия и т. д. Возможность значительного увеличения производства этих и других сырьевых ресурсов для крупномасштабного развития новых источников энергии, в свою очередьг во многом зависит от допустимости и стоимости энергии.

Иными словами, главной функцией НТП в переходный период будет не столько удешевление энергии, сколько расширение энергетической базы общества, т. е. предотвращение сдерживания энергетикой темпов развития народного хозяйства. Поскольку же иных путей кардинального решения этой проблемы, по-видимому, не существует, актуальность основных направлений НТП в этот период становится безусловной. К ним относится прежде всего комплекс мероприятий по развитию ядерной энергетики — освоение реакторов на быстрых нейтронах, регенерация ядерного горючего и в последующем создание термоядерной энергетики. Важное направление научно-технического прогресса — демонтаж устаревшего оборудования и создание новых энергосберегающих технологий и оборудования, соответствующих изменившимся условиям развития энергетики.

Наряду с рассмотрением конкретных прс блем развития энергетики, энергосбережени и охраны биосферы в книге излагаются многи фундаментальные аспекты энергетики, как-т важнейшие положения первого и второго на чал термодинамики, теоретические OCHOBI ядерной и термоядерной энергетики, рассмот рены вопросы работы двигателей внутренней сгорания, паровых и газовых турбин, холодиль ных машин, тепловых насосов и многие дру гие вопросы теории, имеющие прямое отноше ние к процессам преобразования и использо вания энергии в различных ее формах, к влия нию энергетики на климат и условия жизни. глобальном, региональном и местном масштабах.

В течение последних двух с половиной десятилетий продолжаются работы по освоенищдщ^^^^шг^^^^щд^^а^ютеза^В 1956г. академик И. В.Кур-чатов сделчсзГ^тТкр^таё^сЬобщение о термоядерных исследованиях в Советском Союзе. С тех пор был снят покров секретности вокруг термоядерной энергетики и началось международное сотрудничество ученых для разрешения этой про- . блемы.