Источники питания радиоустройств.
Реферат по теме : “Первичные источники питания”.
МТК , группа Р-234
Сиденко Евгений Владимирович .
1996 г.
ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Предисловие:
Мы привычно говорим о термоядерном синтезе, как о перспективном источнике энергии. Но вот вопрос: не слишком ли долго он останется всего лишь “перспективным”? Ведь сложилась парадоксальная ситуация: на энергии деления ядер урана уже давно работают атомные электростанции, тогда как управляемый синтез лёгких ядер не даёт положительного баланса энергии. Между тем последний процесс открыли на четыре года раньше, чем первый: в 1934 году в лаборатории Э. Резерфорда был проведён синтез ядер дейтерия с получением трития. А уже через несколько лет теоретики нашли подходящие ядерные процессы, объясняющие механизм “горения” звёзд, который так долго был неразрешимой загадкой. Значит, роль термоядерной реакции, как возможного источника огромных количеств энергии, была осознана давно. Какие же трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником?
Появление новой энергии.
Главная причина устойчивости звёздных термоядерных реакций — громадные размеры реакторов, да и времена циклов реакций исчисляются миллионами лет. Как же в наших ограниченных масштабах сотворить подобное?
В 1945 году на далёком Сахалине у учащегося вечерней средней школы Олега Лаврентьева блеснула дерзновенная идея, которая сулила создание искусственного земного солнца. Как писал сам Олег Александрович, он “сформулировал принцип тепловой изоляции электрическим полем полностью ионизированного газа с целью промышленной утилизации термоядерных реакций” и не долго думая направил предложение прямо в адрес И.В.Сталина. Письмо осталось без ответа, но повторное предложение в ЦК ВКП(б) сработало мгновенно. В 1954 году эта идея, оказавшаяся весьма плодотворной, была воплощена в Институте атомной энергии (ИЭА). Появилась первая исследовательская термоядерная установка токомак. Впоследствии А.Д.Сахаров, уже академик, засвидетельствовал: “Подтверждаю, что в июне или июле 1950 г. я рецензировал работу О.А.Лаврентьева... Ознакомление с работой Лаврентьева послужило толчком, способствующим ускорению моей совместной с И.Е.Таммом работы по магнитной термоизоляции высокотемпературной плазмы”.
Но действительность оказалась сложнее. Выяснилось, что в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут смещаться из области более сильной напряжённости (внутренний периметр тороида) в область слабой напряжённости (внешний периметр) и вся плазма “вывалится” на внешнюю стенку, не успев разогреться до термоядерных температур.
Правда, выход быстро нашли: для удержания плазмы в равновесии силовые линии её магнитного поля надо завить по спирали. Двадцать лет спустя эта работа сыграла историческую роль и стала оной из основ теории токамаков.
В 1969 году на международной конференции в Дубне было объявлено, что в плазме токамака Т-3 достигнута фантастическая для того времени температура- 7-10 млн. градусов. Началось всемирное “обращение в токамаки”.
Сейчас на токамаках, кроме России, работают в США, Великобритании, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, Австралии, Ливии, Венгрии и других странах.
Оказалось, что в замкнутых магнитных системах положения классической теории парных столкновений частиц плазмы, на которую тогда опирались учёные, не выполняются. А в 1965 году известные советские физики Р.З.Садеев, А.А.Галеев и Л.М.Коврижных создали новую теорию, за что впоследствии были удостоены Ленинской премии.
Условия управляемого ядерного синтеза.
В энергетически выгодных термоядерных реакциях участвуют прежде всего изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т). При этом из двух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установках пытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и трития образуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядро гелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ (то есть 20% и 80% общей энергии соответственно):
Д+Т® 4Не++ (3,5 МэВ)+n(14,1 МэВ).
Дело осложняется тем, что “готового” трития в природе почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реакторе из лития.
Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в токамаках, будет, по существу, “сжигаться” литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития на Земле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добывать литий сравнительно несложно.
Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий: “зажигания” реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного, самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего “подогрева”. Кроме того, необходима определённая плотность и время существования плазмы при данной температуре. В 1957 году английский физик Дж.Лоусон вывел соответствующий критерий: произведение плотности плазмы n (число частиц в кубическом метре её объёма) на время существования t (измеряемое в секундах) при температуре Т=108 К должно быть не менее 2*1020 с/м3. В этих условиях энергобаланс термоядерной реакции будет положительным, то есть общий выход энергии превысит энергозатраты на нагрев.
Но достижение первого порогового условия -зажигания- ещё не обеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Вся надежда лишь на заряженные ядра гелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должно иметь определённую напряженность В, а плазма- определённый объём V. Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который и характеризует степень самообеспеченности реакции.
Токамаки: что достигнуто?
В таблице даны основные параметры токомаков: R и r - большой и малые радиусы плазмы, V - её объём, B - напряжённость магнитного поля, BV - фактор удержания плазмы и W - общая мощность дополнительных источников её нагрева (который можно производить тремя способами: адиабатическим сжатием плазмы, инжекцией быстрых (“горячих”) нейтральных атомов и высокочастотными волнами).
| НАЗВАНИЕ | R , М | r , М | V , М3 | B , Тл | VB,М3Тл | W, МВТ |
| Т - 3 Россия | 1 | 0,15 | 0,5 | 3,5 | 1,8 | нет |
| Т - 4 Россия | 0,9 | 0,17 | 0,5 | 4,5 | 2,3 | нет |
| Т - 7 Россия | 1,2 | 0,35 | 3 | 2,5 | 7,5 | 1 |
| Т - 10 Россия | 1,5 | 0,37 | 4 | 4,5 | 19 | 4 |
| Т - 15 Россия | 2,4 | 0,7 | 24 | 3,5 | 85 | 14 |
| ТСП Россия | 1,06 | 0,29 | 1,8 | 2 | 3,6 | 2 |
| PLT США | 1,3 | 0,4 | 4 | 4,5 | 19 | 4 |
| Doublett США | 2,75 | 0,9 | 44 | 2,6 | 120 | 8 |
| JT - 60 Япония | 3 | 0,95 | 54 | 4,5 | 240 | 40 |
| TFTR США | 2,65 | 1,1 | 64 | 5,2 | 330 | 30 |
| JET ЕВРАТОМ | 2,95 | 1,7 | 170 | 3,4 | 580 | 52 |
Т - 4 — по сути, увеличенная модель Т-3.
Т - 7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова, охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т - 7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики. Чтобы подчеркнуть всю сложность этой задачи, отметим, что попытка наших коллег из ФРГ соорудить плазменную установку W - 7 со сверхпроводящей системой не удалась.
Т - 10 и PLT— следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз. Не надо удивляться этому как будто легкомысленному “всего”: на самом деле в те годы и такой результат был успехом.
JET (Joint Europeus Tor) — самый крупный в мире токомак, созданный организацией Евратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральная инжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге критерий Лоусона лишь в 4-5 раз ниже уровня зажигания.
Т - 15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряжённостью 3,5 Тл. К сожалению, столь важный для развития наших работ по термояду реактор является самым “младшим” в своём поколении, явно отставая от последних зарубежных. Такое отставание — расплата за негибкость нашей промышленности и проектных организаций, отчего каждая новая установка становиться “долгостроем”.
TFTR (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания.
Как видно из краткого обзора, нет сомнений, что в ближайшее время можно ожидать “зажигания” термоядерной реакции в земных условиях на смеси газов дейтерия и трития.
Ядерный синтез завтра.
“На завтра” планируется прежде всего создание следующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегося синтеза. С этой целью в ИАЭ имени И.В.Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Д.В.Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор (ОТР).
В ОТР ставится целью самоподдержание реакции на таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной (обозначается Q ) было больше или по крайней мере равно единице: Q=1. Это условие — серьёзный этап отработки всех элементов системы на пути создания коммерческого реактора с Q=5. По имеющимся оценкам, лишь при этом значении Q достигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаются затраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты. А пока что на американском TFTR достигнуто значение Q=0,2-0,4.
Существуют также и другие проблемы. Например, первая стенка — то есть оболочка тороидальной вакуумной камеры — самая напряжённая, буквально многострадальная часть всей конструкции. В ОТР её объём примерно 300 м3, а площадь поверхности около 400 м2. Стенка должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять атмосферному давлению и механическим силам, возникающим от магнитного поля, и достаточно тонкой, чтобы без померного перепада температур отводить тепловые потоки от плазмы к воде, циркулирующей на внешней стороне тороида. Её оптимальная толщина 2 мм. В качестве материалов выбраны аустенитные стали либо никелевые и титановые сплавы.
Планируется установка Евратомом NET (Next Europeus Tor), во многом схожим с ОТР, это следующее поколение токомаков после JET и Т-15.
NET предполагается соорудить в течении 1994-1999 годов. Первый этап исследований планируется провести за 3-4 года.
Говорят и о следующем поколении после NET — это уже “настоящий” термоядерный реактор, условно названный DEMO. Впрочем, не всё пока ясно даже и с NET, поскольку есть планы сооружения нескольких международных установок.
Мы проследили термояд “завтра” до конца XX и даже до начала XXI века. Здесь уже многое запланировано и предопределено. Такое предсказуемое “завтра”, видимо, кончится с пуском “настоящего” реактора. А что дальше — это уже во многом из области фантастики...
Вывод.
Жизнь идёт вперёд, открываются всё новые горизонты. Несомненно лишь одно: термоядерный синтез — реальность XXI века, но на его пути в большую энергетику ещё много перепутий.
nreferat.ru
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Источники питаниярадиоустройств.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Реферат по теме: “Первичные источникипитания”.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> МТК, группа Р-234
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> <img src="/cache/referats/2611/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
Сиденко Евгений Владимирович .<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
1996г.<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Предисловие:
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
Мыпривычно говорим о термоядерном синтезе, как о перспективном источнике энергии.Но вот вопрос: не слишком ли долго он останется всего лишь “перспективным”?Ведь сложилась парадоксальная ситуация: на энергии деления ядер урана уже давноработают атомные электростанции, тогда как управляемый синтез лёгких ядер не даётположительного баланса энергии. Между тем последний процесс открыли на четырегода раньше, чем первый: в 1934 году в лаборатории Э. Резерфорда был проведёнсинтез ядер дейтерия с получением трития. А уже через несколько лет теоретикинашли подходящие ядерные процессы, объясняющие механизм “горения” звёзд,который так долго был неразрешимой загадкой. Значит, роль термоядерной реакции,как возможного источника огромных количеств энергии, была осознана давно. Какиеже трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником?<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Появлениеновой энергии.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
Главная причина устойчивости звёздныхтермоядерных реакций — громадные размеры реакторов, да и времена циклов реакцийисчисляются миллионами лет. Как же в наших ограниченных масштабах сотворитьподобное?
В 1945 году на далёком Сахалине у учащегосявечерней средней школы Олега Лаврентьева блеснула дерзновенная идея, котораясулила создание искусственного земного солнца. Как писал сам Олег Александрович,он “сформулировал принцип тепловой изоляции электрическим полем полностьюионизированного газа с целью промышленной утилизации термоядерных реакций” и недолго думая направил предложение прямо в адрес И.В.Сталина. Письмо осталось безответа, но повторное предложение в ЦК ВКП(б) сработало мгновенно. В 1954 годуэта идея, оказавшаяся весьма плодотворной, была воплощена в Институте атомнойэнергии (ИЭА). Появилась первая исследовательская термоядерная установкатокомак. Впоследствии А.Д.Сахаров, уже академик, засвидетельствовал:“Подтверждаю, что в июне или июле 1950 г. я рецензировал работуО.А.Лаврентьева… Ознакомление с работой Лаврентьева послужило толчком,способствующим ускорению моей совместной с И.Е.Таммом работы по магнитной термоизоляциивысокотемпературной плазмы”.
Но действительность оказалась сложнее.Выяснилось, что в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут смещаться изобласти более сильной напряжённости (внутренний периметр тороида) в область слабойнапряжённости (внешний периметр) и вся плазма “вывалится” на внешнюю стенку, неуспев разогреться до термоядерных температур.
Правда, выход быстро нашли: для удержанияплазмы в равновесии силовые линии её магнитного поля надо завить по спирали.Двадцать лет спустя эта работа сыграла историческую роль и стала оной из основтеории токамаков.
В 1969 году на международной конференции вДубне было объявлено, что в плазме токамака Т-3 достигнута фантастическая длятого времени температура- 7-10 млн. градусов. Началось всемирное “обращение втокамаки”.
Сейчас на токамаках, кроме России, работают вСША, Великобритании, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, Австралии, Ливии,Венгрии и других странах.
Оказалось, что в замкнутых магнитных системахположения классической теории парных столкновений частиц плазмы, на которуютогда опирались учёные, не выполняются. А в 1965 году известные советскиефизики Р.З.Садеев, А.А.Галеев и Л.М.Коврижных создали новую теорию, за чтовпоследствии были удостоены Ленинской премии<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Условияуправляемого ядерного синтеза.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
В энергетически выгодных термоядерных реакцияхучаствуют прежде всего изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т). При этом издвух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современныхустановках пытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и тритияобразуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядрогелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ (то есть 20<span Times New Roman""><span Times New Roman"">%
и 80%общей энергии соответственно):Д+Т<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®
4Не++ (3,5 МэВ)+n(14,1МэВ).<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> <img src="/cache/referats/2611/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">
Дело осложняется тем, что “готового” трития вприроде почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реактореиз лития.
Таким образом, в термоядерных реакциях, в томчисле в токамаках, будет, по существу, “сжигаться” литий, один грамм которого вэтом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития наЗемле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добыватьлитий сравнительно несложно.
Для получения полезной энергии в реакцияхядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий:“зажигания” реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного,самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего “подогрева”. Крометого, необходима определённая плотность и время существования плазмы при даннойтемпературе. В 1957 году английский физик Дж.Лоусон вывел соответствующийкритерий: произведение плотности плазмы n (число частиц в кубическом метре еёобъёма) на время существования <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">t
(измеряемое в секундах) притемпературе Т=108 К должно быть не менее 2*1020 с/м3.В этих условиях энергобаланстермоядерной реакции будет положительным, то есть общий выход энергии превыситэнергозатраты на нагрев.Но достижение первого порогового условия-зажигания- ещё не обеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Всянадежда<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
лишь на заряженные ядрагелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должноиметь определённую напряженность В, а плазма- определённый объём V.Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который ихарактеризует степень самообеспеченности реакции.<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Токамаки:что достигнуто?
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
В таблице даны основные параметры токомаков: Rи r — большой и малые радиусы плазмы, V — её объём, B — напряжённостьмагнитного поля, BV — фактор удержания плазмы и W — общая мощностьдополнительных источников её нагрева (который можно производить тремяспособами: адиабатическим сжатием плазмы, инжекцией быстрых (“горячих”)нейтральных атомов и высокочастотными волнами).
НАЗВАНИЕ
R, М
r , М
V, М3
B, Тл
VB, М3Тл
W, МВТ
Т — 3 Россия
1
0,15
0,5
3,5
1,8
нет
Т — 4 Россия
0,9
0,17
0,5
4,5
2,3
нет
Т — 7 Россия
1,2
0,35
3
2,5
7,5
1
Т — 10 Россия
1,5
0,37
4
4,5
19
4
Т — 15 Россия
2,4
0,7
24
3,5
85
14
ТСП Россия
1,06
0,29
1,8
2
3,6
2
PLT США
1,3
0,4
4
4,5
19
4
Doublett США
2,75
0,9
44
2,6
120
8
JT — 60 Япония
3
0,95
54
4,5
240
40
TFTR США
2,65
1,1
64
5,2
330
30
JET ЕВРАТОМ
2,95
1,7
170
3,4
580
52
Т — 4 — по сути, увеличенная модель Т-3.
Т — 7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительнокрупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова,охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т — 7 была выполнена: подготовленаперспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядернойэнергетики. Чтобы подчеркнуть всю сложность этой задачи, отметим, что попытканаших коллег из ФРГ соорудить плазменную установку W — 7 со сверхпроводящей системойне удалась.
Т — 10 и PLT— следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почтиодинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученныерезультаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температуратермоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз.Не надо удивляться этому как будто легкомысленному “всего”: на самом деле в тегоды и такой результат был успехом.
JET(Joint Europeus Tor) — самый крупный в мире токомак, созданный организациейЕвратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральнаяинжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге критерий Лоусона лишь в4-5 раз ниже уровня зажигания.
<img src="/cache/referats/2611/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
Т — 15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поленапряжённостью 3,5 Тл. К сожалению, столь важный для развития наших работ потермояду реактор является самым “младшим” в своём поколении, явно отставая отпоследних зарубежных. Такое отставание — расплата за негибкость нашейпромышленности и проектных организаций, отчего каждая новая установка становиться“долгостроем”.
TFTR (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейшийтокамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыминейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона приистинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания.
<img src="/cache/referats/2611/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">
Как видно из краткого обзора, нет сомнений,что в ближайшее время можно ожидать “зажигания” термоядерной реакции в земныхусловиях на смеси газов дейтерия и трития.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
Ядерный синтез завтра.<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
“На завтра” планируется прежде всего созданиеследующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегосясинтеза. С этой целью в ИАЭ имени И.В.Курчатова и НИИ электрофизическойаппаратуры имени Д.В.Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор(ОТР).
В ОТР ставится целью самоподдержание реакциина таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной(обозначается Q ) было больше или по крайней мере равно единице: Q=1. Это условие— серьёзный этап отработки всех элементов системы на пути созданиякоммерческого реактора с Q=5. По имеющимся оценкам, лишь при этом значении Qдостигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаютсязатраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты. Апока что на американском TFTR достигнуто значение Q=0,2-0,4.
Существуют также и другие проблемы. Например,первая стенка — то есть оболочка тороидальной вакуумной камеры — самаянапряжённая, буквально многострадальная часть всей конструкции. В ОТР её объёмпримерно 300 м3, а площадь поверхности около 400 м2.Стенка должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять атмосферномудавлению и механическим силам, возникающим от магнитного поля, и достаточнотонкой, чтобы без померного перепада температур отводить тепловые потоки отплазмы к воде, циркулирующей на внешней стороне тороида. Её оптимальная толщина2 мм. В качестве материалов выбраны аустенитные стали либо никелевые ититановые сплавы.
Планируется установка Евратомом NET (NextEuropeus Tor), во многом схожим с ОТР, это следующее поколение токомаков послеJET и Т-15.
NET предполагается соорудить в течении1994-1999 годов. Первый этап исследований планируется провести за 3-4 года.
Говорят и о следующем поколении после NET — этоуже “настоящий” термоядерный реактор, условно названный DEMO. Впрочем, не всёпока ясно даже и с NET, поскольку есть планы сооружения несколькихмеждународных установок.
Мы проследили термояд “завтра” до конца XX идаже до начала XXI века. Здесь уже многое запланировано и предопределено. Такоепредсказуемое “завтра”, видимо, кончится с пуском “настоящего” реактора. А чтодальше — это уже во многом из области фантастики...
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Вывод.
Жизньидёт вперёд, открываются всё новые горизонты. Несомненно лишь одно:термоядерный синтез — реальность XXI века, но на его пути в большую энергетикуещё много перепутий.
www.ronl.ru
Источники питания радиоустройств.
Реферат по теме : “Первичные источники питания”.
МТК , группа Р-234
Сиденко Евгений Владимирович .
1996 г.
ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Предисловие:
Мы привычно говорим о термоядерном синтезе, как о перспективном источнике энергии. Но вот вопрос: не слишком ли долго он останется всего лишь “перспективным”? Ведь сложилась парадоксальная ситуация: на энергии деления ядер урана уже давно работают атомные электростанции, тогда как управляемый синтез лёгких ядер не даёт положительного баланса энергии. Между тем последний процесс открыли на четыре года раньше, чем первый: в 1934 году в лаборатории Э. Резерфорда был проведён синтез ядер дейтерия с получением трития. А уже через несколько лет теоретики нашли подходящие ядерные процессы, объясняющие механизм “горения” звёзд, который так долго был неразрешимой загадкой. Значит, роль термоядерной реакции, как возможного источника огромных количеств энергии, была осознана давно. Какие же трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником?
Появление новой энергии.
Главная причина устойчивости звёздных термоядерных реакций — громадные размеры реакторов, да и времена циклов реакций исчисляются миллионами лет. Как же в наших ограниченных масштабах сотворить подобное?
В 1945 году на далёком Сахалине у учащегося вечерней средней школы Олега Лаврентьева блеснула дерзновенная идея, которая сулила создание искусственного земного солнца. Как писал сам Олег Александрович, он “сформулировал принцип тепловой изоляции электрическим полем полностью ионизированного газа с целью промышленной утилизации термоядерных реакций” и не долго думая направил предложение прямо в адрес И.В.Сталина. Письмо осталось без ответа, но повторное предложение в ЦК ВКП(б) сработало мгновенно. В 1954 году эта идея, оказавшаяся весьма плодотворной, была воплощена в Институте атомной энергии (ИЭА). Появилась первая исследовательская термоядерная установка токомак. Впоследствии А.Д.Сахаров, уже академик, засвидетельствовал: “Подтверждаю, что в июне или июле 1950 г. я рецензировал работу О.А.Лаврентьева... Ознакомление с работой Лаврентьева послужило толчком, способствующим ускорению моей совместной с И.Е.Таммом работы по магнитной термоизоляции высокотемпературной плазмы”.
Но действительность оказалась сложнее. Выяснилось, что в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут смещаться из области более сильной напряжённости (внутренний периметр тороида) в область слабой напряжённости (внешний периметр) и вся плазма “вывалится” на внешнюю стенку, не успев разогреться до термоядерных температур.
Правда, выход быстро нашли: для удержания плазмы в равновесии силовые линии её магнитного поля надо завить по спирали. Двадцать лет спустя эта работа сыграла историческую роль и стала оной из основ теории токамаков.
В 1969 году на международной конференции в Дубне было объявлено, что в плазме токамака Т-3 достигнута фантастическая для того времени температура- 7-10 млн. градусов. Началось всемирное “обращение в токамаки”.
Сейчас на токамаках, кроме России, работают в США, Великобритании, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, Австралии, Ливии, Венгрии и других странах.
Оказалось, что в замкнутых магнитных системах положения классической теории парных столкновений частиц плазмы, на которую тогда опирались учёные, не выполняются. А в 1965 году известные советские физики Р.З.Садеев, А.А.Галеев и Л.М.Коврижных создали новую теорию, за что впоследствии были удостоены Ленинской премии.
Условия управляемого ядерного синтеза.
В энергетически выгодных термоядерных реакциях участвуют прежде всего изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т). При этом из двух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установках пытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и трития образуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядро гелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ (то есть 20% и 80% общей энергии соответственно):
Д+Т® 4Не++ (3,5 МэВ)+n(14,1 МэВ).
Дело осложняется тем, что “готового” трития в природе почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реакторе из лития.
Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в токамаках, будет, по существу, “сжигаться” литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития на Земле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добывать литий сравнительно несложно.
Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий: “зажигания” реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного, самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего “подогрева”. Кроме того, необходима определённая плотность и время существования плазмы при данной температуре. В 1957 году английский физик Дж.Лоусон вывел соответствующий критерий: произведение плотности плазмы n (число частиц в кубическом метре её объёма) на время существования t (измеряемое в секундах) при температуре Т=108 К должно быть не менее 2*1020 с/м3. В этих условиях энергобаланс термоядерной реакции будет положительным, то есть общий выход энергии превысит энергозатраты на нагрев.
Но достижение первого порогового условия -зажигания- ещё не обеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Вся надежда лишь на заряженные ядра гелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должно иметь определённую напряженность В, а плазма- определённый объём V. Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который и характеризует степень самообеспеченности реакции.
Токамаки: что достигнуто?
В таблице даны основные параметры токомаков: R и r - большой и малые радиусы плазмы, V - её объём, B - напряжённость магнитного поля, BV - фактор удержания плазмы и W - общая мощность дополнительных источников её нагрева (который можно производить тремя способами: адиабатическим сжатием плазмы, инжекцией быстрых (“горячих”) нейтральных атомов и высокочастотными волнами).
НАЗВАНИЕ
R , М
r , М
V , М3
B , Тл
VB,М3Тл
W, МВТ
Т - 3 Россия
1
0,15
0,5
3,5
1,8
нет
Т - 4 Россия
0,9
0,17
0,5
4,5
2,3
нет
Т - 7 Россия
1,2
0,35
3
2,5
7,5
1
Т - 10 Россия
1,5
0,37
4
4,5
19
4
Т - 15 Россия
2,4
0,7
24
3,5
85
14
ТСП Россия
1,06
0,29
1,8
2
3,6
2
PLT США
1,3
0,4
4
4,5
19
4
Doublett США
2,75
0,9
44
2,6
120
8
JT - 60 Япония
3
0,95
54
4,5
240
40
TFTR США
2,65
1,1
64
5,2
330
30
^ JET ЕВРАТОМ
2,95
1,7
170
3,4
580
52
Т - 4 — по сути, увеличенная модель Т-3.
Т - 7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова, охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т - 7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики. Чтобы подчеркнуть всю сложность этой задачи, отметим, что попытка наших коллег из ФРГ соорудить плазменную установку W - 7 со сверхпроводящей системой не удалась.
Т - 10 и PLT— следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз. Не надо удивляться этому как будто легкомысленному “всего”: на самом деле в те годы и такой результат был успехом.
JET (Joint Europeus Tor) — самый крупный в мире токомак, созданный организацией Евратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральная инжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге критерий Лоусона лишь в 4-5 раз ниже уровня зажигания.
Т - 15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряжённостью 3,5 Тл. К сожалению, столь важный для развития наших работ по термояду реактор является самым “младшим” в своём поколении, явно отставая от последних зарубежных. Такое отставание — расплата за негибкость нашей промышленности и проектных организаций, отчего каждая новая установка становиться “долгостроем”.
TFTR (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания.
Как видно из краткого обзора, нет сомнений, что в ближайшее время можно ожидать “зажигания” термоядерной реакции в земных условиях на смеси газов дейтерия и трития.
Ядерный синтез завтра.
“На завтра” планируется прежде всего создание следующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегося синтеза. С этой целью в ИАЭ имени И.В.Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Д.В.Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор (ОТР).
В ОТР ставится целью самоподдержание реакции на таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной (обозначается Q ) было больше или по крайней мере равно единице: Q=1. Это условие — серьёзный этап отработки всех элементов системы на пути создания коммерческого реактора с Q=5. По имеющимся оценкам, лишь при этом значении Q достигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаются затраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты. А пока что на американском TFTR достигнуто значение Q=0,2-0,4.
Существуют также и другие проблемы. Например, первая стенка — то есть оболочка тороидальной вакуумной камеры — самая напряжённая, буквально многострадальная часть всей конструкции. В ОТР её объём примерно 300 м3, а площадь поверхности около 400 м2. Стенка должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять атмосферному давлению и механическим силам, возникающим от магнитного поля, и достаточно тонкой, чтобы без померного перепада температур отводить тепловые потоки от плазмы к воде, циркулирующей на внешней стороне тороида. Её оптимальная толщина 2 мм. В качестве материалов выбраны аустенитные стали либо никелевые и титановые сплавы.
Планируется установка Евратомом NET (Next Europeus Tor), во многом схожим с ОТР, это следующее поколение токомаков после JET и Т-15.
NET предполагается соорудить в течении 1994-1999 годов. Первый этап исследований планируется провести за 3-4 года.
Говорят и о следующем поколении после NET — это уже “настоящий” термоядерный реактор, условно названный DEMO. Впрочем, не всё пока ясно даже и с NET, поскольку есть планы сооружения нескольких международных установок.
Мы проследили термояд “завтра” до конца XX и даже до начала XXI века. Здесь уже многое запланировано и предопределено. Такое предсказуемое “завтра”, видимо, кончится с пуском “настоящего” реактора. А что дальше — это уже во многом из области фантастики...
Вывод.
Жизнь идёт вперёд, открываются всё новые горизонты. Несомненно лишь одно: термоядерный синтез — реальность XXI века, но на его пути в большую энергетику ещё много перепутий.
www.ronl.ru
Первичные источники питания
ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Предисловие: Мы привычно говорим о термоядерном синтезе, как о перспективном источнике энергии. Но вот вопрос: не слишком ли долго он останется всего лишь “перспективным” ? Ведь сложилась парадоксальная ситуация: на энергии деления ядер урана уже давно работают атомные электростанции, тогда как управляемый синтез лёгких ядер не даёт положительного баланса энергии. Между тем последний процесс открыли на четыре года раньше, чем первый: в 1934 году в лаборатории Э. Резерфорда был проведён синтез ядер дейтерия с получением трития. А уже через несколько лет теоретики нашли подходящие ядерные процессы, объясняющие механизм “горения” звёзд, который так долго был неразрешимой загадкой. Значит, роль термоядерной реакции, как возможного источника огромных количеств энергии, была осознана давно. Какие же трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником?
Появление новой энергии
Главная причина устойчивости звёздных термоядерных реакций — громадные размеры реакторов, да и времена циклов реакций исчисляются миллионами лет. Как же в наших ограниченных масштабах сотворить подобное?
В 1945 году на далёком Сахалине у учащегося вечерней средней школы Олега Лаврентьева блеснула дерзновенная идея, которая сулила создание искусственного земного солнца. Как писал сам Олег Александрович, он “сформулировал принцип тепловой изоляции электрическим полем полностью ионизированного газа с целью промышленной утилизации термоядерных реакций” и не долго думая направил предложение прямо в адрес И. В. Сталина. Письмо осталось без ответа, но повторное предложение в ЦК ВКП(б) сработало мгновенно. В 1954 году эта идея, оказавшаяся весьма плодотворной, была воплощена в Институте атомной энергии (ИЭА) . Появилась первая исследовательская термоядерная установка токомак. Впоследствии А. Д. Сахаров, уже академик, засвидетельствовал: “Подтверждаю, что в июне или июле 1950 г. я рецензировал работу О. А. Лаврентьева... Ознакомление с работой Лаврентьева послужило толчком, способствующим ускорению моей совместной с И. Е. Таммом работы по магнитной термоизоляции высокотемпературной плазмы” .
Но действительность оказалась сложнее. Выяснилось, что в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут смещаться из области более сильной напряжённости (внутренний периметр тороида) в область слабой напряжённости (внешний периметр) и вся плазма “вывалится” на внешнюю стенку, не успев разогреться до термоядерных температур.
Правда, выход быстро нашли: для удержания плазмы в равновесии силовые линии её магнитного поля надо завить по спирали. Двадцать лет спустя эта работа сыграла историческую роль и стала оной из основ теории токамаков.
В 1969 году на международной конференции в Дубне было объявлено, что в плазме токамака Т-3 достигнута фантастическая для того времени температура7-10 млн. градусов. Началось всемирное “обращение в токамаки” .
Сейчас на токамаках, кроме России, работают в США, Великобритании, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, Австралии, Ливии, Венгрии и других странах.
Оказалось, что в замкнутых магнитных системах положения классической теории парных столкновений частиц плазмы, на которую тогда опирались учёные, не выполняются. А в 1965 году известные советские физики Р. З. Садеев, А. А. Галеев и Л. М. Коврижных создали новую теорию, за что впоследствии были удостоены Ленинской премии.
Условия управляемого ядерного синтеза
В энергетически выгодных термоядерных реакциях участвуют прежде всего изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т) . При этом из двух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установках пытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и трития образуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядро гелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ (то есть 20% и 80% общей энергии соответственно) : Д+Т® 4Не++ (3,5 МэВ) +n(14,1 МэВ) .
Дело осложняется тем, что “готового” трития в природе почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реакторе из лития.
Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в токамаках, будет, по существу, “сжигаться” литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития на Земле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добывать литий сравнительно несложно.
Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий: “зажигания” реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного, самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего “подогрева” . Кроме того, необходима определённая плотность и время существования плазмы при данной температуре. В 1957 году английский физик Дж. Лоусон вывел соответствующий критерий: произведение плотности плазмы n (число частиц в кубическом метре её объёма) на время существования t (измеряемое в секундах) при температуре Т=108 К должно быть не менее 2*1020 с/м3. В этих условиях энергобаланс термоядерной реакции будет положительным, то есть общий выход энергии превысит энергозатраты на нагрев.
Но достижение первого порогового условия -зажигания- ещё не обеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Вся надежда лишь на заряженные ядра гелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должно иметь определённую напряженность В, а плазма- определённый объём V. Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который и характеризует степень самообеспеченности реакции.
Токамаки: что достигнуто?
В таблице даны основные параметры токомаков: R и r - большой и малые радиусы плазмы, V - её объём, B - напряжённость магнитного поля, BV - фактор удержания плазмы и W - общая мощность дополнительных источников её нагрева (который можно производить тремя способами: адиабатическим сжатием плазмы, инжекцией быстрых (“горячих” ) нейтральных атомов и высокочастотными волнами) .
| НАЗВАНИЕ | R, М | r, М | V, М3 | B, Тл | VB, М3Тл | W, МВТ |
| Т - 3 Россия | 1 | 0,15 | 0,5 | 3,5 | 1,8 | нет |
| Т - 4 Россия | 0,9 | 0,17 | 0,5 | 4,5 | 2,3 | нет |
| Т - 7 Россия | 1,2 | 0,35 | 3 | 2,5 | 7,5 | 1 |
| Т - 10 Россия | 1,5 | 0,37 | 4 | 4,5 | 19 | 4 |
| Т - 15 Россия | 2,4 | 0,7 | 24 | 3,5 | 85 | 14 |
| ТСП Россия | 1,06 | 0,29 | 1,8 | 2 | 3,6 | 2 |
| PLT США | 1,3 | 0,4 | 4 | 4,5 | 19 | 4 |
| Doublett США | 2,75 | 0,9 | 44 | 2,6 | 120 | 8 |
| JT - 60 Япония | 3 | 0,95 | 54 | 4,5 | 240 | 40 |
| TFTR США | 2,65 | 1,1 | 64 | 5,2 | 330 | 30 |
| JET ЕВРАТОМ | 2,95 | 1,7 | 170 | 3,4 | 580 | 52 |
Т - 4 — по сути, увеличенная модель Т-3.
Т - 7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова, охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т - 7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики. Чтобы подчеркнуть всю сложность этой задачи, отметим, что попытка наших коллег из ФРГ соорудить плазменную установку W - 7 со сверхпроводящей системой не удалась.
Т - 10 и PLT— следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз. Не надо удивляться этому как будто легкомысленному “всего” : на самом деле в те годы и такой результат был успехом.
JET (Joint Europeus Tor) — самый крупный в мире токомак, созданный организацией Евратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральная инжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге критерий Лоусона лишь в 4-5 раз ниже уровня зажигания.
Т - 15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряжённостью 3,5 Тл. К сожалению, столь важный для развития наших работ по термояду реактор является самым “младшим” в своём поколении, явно отставая от последних зарубежных. Такое отставание — расплата за негибкость нашей промышленности и проектных организаций, отчего каждая новая установка становиться “долгостроем” .
TFTR (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания.
Как видно из краткого обзора, нет сомнений, что в ближайшее время можно ожидать “зажигания” термоядерной реакции в земных условиях на смеси газов дейтерия и трития.
Ядерный синтез завтра
“На завтра” планируется прежде всего создание следующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегося синтеза. С этой целью в ИАЭ имени И. В. Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Д. В. Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор (ОТР) .
В ОТР ставится целью самоподдержание реакции на таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной (обозначается Q) было больше или по крайней мере равно единице: Q=1. Это условие — серьёзный этап отработки всех элементов системы на пути создания коммерческого реактора с Q=5. По имеющимся оценкам, лишь при этом значении Q достигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаются затраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты. А пока что на американском TFTR достигнуто значение Q=0,2-0,4.
Существуют также и другие проблемы. Например, первая стенка — то есть оболочка тороидальной вакуумной камеры — самая напряжённая, буквально многострадальная часть всей конструкции. В ОТР её объём примерно 300 м3, а площадь поверхности около 400 м2. Стенка должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять атмосферному давлению и механическим силам, возникающим от магнитного поля, и достаточно тонкой, чтобы без померного перепада температур отводить тепловые потоки от плазмы к воде, циркулирующей на внешней стороне тороида. Её оптимальная толщина 2 мм. В качестве материалов выбраны аустенитные стали либо никелевые и титановые сплавы.
Планируется установка Евратомом NET (Next Europeus Tor) , во многом схожим с ОТР, это следующее поколение токомаков после JET и Т-15.
NET предполагается соорудить в течении 1994-1999 годов. Первый этап исследований планируется провести за 3-4 года.
Говорят и о следующем поколении после NET — это уже “настоящий” термоядерный реактор, условно названный DEMO. Впрочем, не всё пока ясно даже и с NET, поскольку есть планы сооружения нескольких международных установок.
Мы проследили термояд “завтра” до конца XX и даже до начала XXI века. Здесь уже многое запланировано и предопределено. Такое предсказуемое “завтра” , видимо, кончится с пуском “настоящего” реактора. А что дальше — это уже во многом из области фантастики...
Вывод
Жизнь идёт вперёд, открываются всё новые горизонты. Несомненно лишь одно: термоядерный синтез — реальность XXI века, но на его пути в большую энергетику ещё много перепутий.
studfiles.net
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Источники питаниярадиоустройств.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Реферат по теме: “Первичные источникипитания”.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> МТК, группа Р-234
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> <img src="/cache/referats/2611/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
Сиденко Евгений Владимирович .<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
1996г.<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Предисловие:
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
Мыпривычно говорим о термоядерном синтезе, как о перспективном источнике энергии.Но вот вопрос: не слишком ли долго он останется всего лишь “перспективным”?Ведь сложилась парадоксальная ситуация: на энергии деления ядер урана уже давноработают атомные электростанции, тогда как управляемый синтез лёгких ядер не даётположительного баланса энергии. Между тем последний процесс открыли на четырегода раньше, чем первый: в 1934 году в лаборатории Э. Резерфорда был проведёнсинтез ядер дейтерия с получением трития. А уже через несколько лет теоретикинашли подходящие ядерные процессы, объясняющие механизм “горения” звёзд,который так долго был неразрешимой загадкой. Значит, роль термоядерной реакции,как возможного источника огромных количеств энергии, была осознана давно. Какиеже трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником?<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Появлениеновой энергии.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
Главная причина устойчивости звёздныхтермоядерных реакций — громадные размеры реакторов, да и времена циклов реакцийисчисляются миллионами лет. Как же в наших ограниченных масштабах сотворитьподобное?
В 1945 году на далёком Сахалине у учащегосявечерней средней школы Олега Лаврентьева блеснула дерзновенная идея, котораясулила создание искусственного земного солнца. Как писал сам Олег Александрович,он “сформулировал принцип тепловой изоляции электрическим полем полностьюионизированного газа с целью промышленной утилизации термоядерных реакций” и недолго думая направил предложение прямо в адрес И.В.Сталина. Письмо осталось безответа, но повторное предложение в ЦК ВКП(б) сработало мгновенно. В 1954 годуэта идея, оказавшаяся весьма плодотворной, была воплощена в Институте атомнойэнергии (ИЭА). Появилась первая исследовательская термоядерная установкатокомак. Впоследствии А.Д.Сахаров, уже академик, засвидетельствовал:“Подтверждаю, что в июне или июле 1950 г. я рецензировал работуО.А.Лаврентьева… Ознакомление с работой Лаврентьева послужило толчком,способствующим ускорению моей совместной с И.Е.Таммом работы по магнитной термоизоляциивысокотемпературной плазмы”.
Но действительность оказалась сложнее.Выяснилось, что в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут смещаться изобласти более сильной напряжённости (внутренний периметр тороида) в область слабойнапряжённости (внешний периметр) и вся плазма “вывалится” на внешнюю стенку, неуспев разогреться до термоядерных температур.
Правда, выход быстро нашли: для удержанияплазмы в равновесии силовые линии её магнитного поля надо завить по спирали.Двадцать лет спустя эта работа сыграла историческую роль и стала оной из основтеории токамаков.
В 1969 году на международной конференции вДубне было объявлено, что в плазме токамака Т-3 достигнута фантастическая длятого времени температура- 7-10 млн. градусов. Началось всемирное “обращение втокамаки”.
Сейчас на токамаках, кроме России, работают вСША, Великобритании, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, Австралии, Ливии,Венгрии и других странах.
Оказалось, что в замкнутых магнитных системахположения классической теории парных столкновений частиц плазмы, на которуютогда опирались учёные, не выполняются. А в 1965 году известные советскиефизики Р.З.Садеев, А.А.Галеев и Л.М.Коврижных создали новую теорию, за чтовпоследствии были удостоены Ленинской премии<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">.
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Условияуправляемого ядерного синтеза.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
В энергетически выгодных термоядерных реакцияхучаствуют прежде всего изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т). При этом издвух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современныхустановках пытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и тритияобразуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядрогелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ (то есть 20<span Times New Roman""><span Times New Roman"">%
и 80%общей энергии соответственно):Д+Т<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®
4Не++ (3,5 МэВ)+n(14,1МэВ).<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> <img src="/cache/referats/2611/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">
Дело осложняется тем, что “готового” трития вприроде почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реактореиз лития.
Таким образом, в термоядерных реакциях, в томчисле в токамаках, будет, по существу, “сжигаться” литий, один грамм которого вэтом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития наЗемле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добыватьлитий сравнительно несложно.
Для получения полезной энергии в реакцияхядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий:“зажигания” реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного,самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего “подогрева”. Крометого, необходима определённая плотность и время существования плазмы при даннойтемпературе. В 1957 году английский физик Дж.Лоусон вывел соответствующийкритерий: произведение плотности плазмы n (число частиц в кубическом метре еёобъёма) на время существования <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">t
(измеряемое в секундах) притемпературе Т=108 К должно быть не менее 2*1020 с/м3.В этих условиях энергобаланстермоядерной реакции будет положительным, то есть общий выход энергии превыситэнергозатраты на нагрев.Но достижение первого порогового условия-зажигания- ещё не обеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Всянадежда<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
лишь на заряженные ядрагелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должноиметь определённую напряженность В, а плазма- определённый объём V.Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который ихарактеризует степень самообеспеченности реакции.<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Токамаки:что достигнуто?
<span Courier New";mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
В таблице даны основные параметры токомаков: Rи r — большой и малые радиусы плазмы, V — её объём, B — напряжённостьмагнитного поля, BV — фактор удержания плазмы и W — общая мощностьдополнительных источников её нагрева (который можно производить тремяспособами: адиабатическим сжатием плазмы, инжекцией быстрых (“горячих”)нейтральных атомов и высокочастотными волнами).
НАЗВАНИЕ
R, М
r , М
V, М3
B, Тл
VB, М3Тл
W, МВТ
Т — 3 Россия
1
0,15
0,5
3,5
1,8
нет
Т — 4 Россия
0,9
0,17
0,5
4,5
2,3
нет
Т — 7 Россия
1,2
0,35
3
2,5
7,5
1
Т — 10 Россия
1,5
0,37
4
4,5
19
4
Т — 15 Россия
2,4
0,7
24
3,5
85
14
ТСП Россия
1,06
0,29
1,8
2
3,6
2
PLT США
1,3
0,4
4
4,5
19
4
Doublett США
2,75
0,9
44
2,6
120
8
JT — 60 Япония
3
0,95
54
4,5
240
40
TFTR США
2,65
1,1
64
5,2
330
30
JET ЕВРАТОМ
2,95
1,7
170
3,4
580
52
Т — 4 — по сути, увеличенная модель Т-3.
Т — 7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительнокрупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова,охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т — 7 была выполнена: подготовленаперспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядернойэнергетики. Чтобы подчеркнуть всю сложность этой задачи, отметим, что попытканаших коллег из ФРГ соорудить плазменную установку W — 7 со сверхпроводящей системойне удалась.
Т — 10 и PLT— следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почтиодинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученныерезультаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температуратермоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз.Не надо удивляться этому как будто легкомысленному “всего”: на самом деле в тегоды и такой результат был успехом.
JET(Joint Europeus Tor) — самый крупный в мире токомак, созданный организациейЕвратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральнаяинжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге критерий Лоусона лишь в4-5 раз ниже уровня зажигания.
<img src="/cache/referats/2611/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
Т — 15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поленапряжённостью 3,5 Тл. К сожалению, столь важный для развития наших работ потермояду реактор является самым “младшим” в своём поколении, явно отставая отпоследних зарубежных. Такое отставание — расплата за негибкость нашейпромышленности и проектных организаций, отчего каждая новая установка становиться“долгостроем”.
TFTR (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейшийтокамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыминейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона приистинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания.
<img src="/cache/referats/2611/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">
Как видно из краткого обзора, нет сомнений,что в ближайшее время можно ожидать “зажигания” термоядерной реакции в земныхусловиях на смеси газов дейтерия и трития.
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
Ядерный синтез завтра.<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">
“На завтра” планируется прежде всего созданиеследующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегосясинтеза. С этой целью в ИАЭ имени И.В.Курчатова и НИИ электрофизическойаппаратуры имени Д.В.Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор(ОТР).
В ОТР ставится целью самоподдержание реакциина таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной(обозначается Q ) было больше или по крайней мере равно единице: Q=1. Это условие— серьёзный этап отработки всех элементов системы на пути созданиякоммерческого реактора с Q=5. По имеющимся оценкам, лишь при этом значении Qдостигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаютсязатраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты. Апока что на американском TFTR достигнуто значение Q=0,2-0,4.
Существуют также и другие проблемы. Например,первая стенка — то есть оболочка тороидальной вакуумной камеры — самаянапряжённая, буквально многострадальная часть всей конструкции. В ОТР её объёмпримерно 300 м3, а площадь поверхности около 400 м2.Стенка должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять атмосферномудавлению и механическим силам, возникающим от магнитного поля, и достаточнотонкой, чтобы без померного перепада температур отводить тепловые потоки отплазмы к воде, циркулирующей на внешней стороне тороида. Её оптимальная толщина2 мм. В качестве материалов выбраны аустенитные стали либо никелевые ититановые сплавы.
Планируется установка Евратомом NET (NextEuropeus Tor), во многом схожим с ОТР, это следующее поколение токомаков послеJET и Т-15.
NET предполагается соорудить в течении1994-1999 годов. Первый этап исследований планируется провести за 3-4 года.
Говорят и о следующем поколении после NET — этоуже “настоящий” термоядерный реактор, условно названный DEMO. Впрочем, не всёпока ясно даже и с NET, поскольку есть планы сооружения несколькихмеждународных установок.
Мы проследили термояд “завтра” до конца XX идаже до начала XXI века. Здесь уже многое запланировано и предопределено. Такоепредсказуемое “завтра”, видимо, кончится с пуском “настоящего” реактора. А чтодальше — это уже во многом из области фантастики...
<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Вывод.
Жизньидёт вперёд, открываются всё новые горизонты. Несомненно лишь одно:термоядерный синтез — реальность XXI века, но на его пути в большую энергетикуещё много перепутий.
www.ronl.ru
ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Предисловие: Мы привычно говорим о термоядерном синтезе, как о перспективном источнике энергии. Но вот вопрос: не слишком ли долго он останется всего лишь “перспективным” ? Ведь сложилась парадоксальная ситуация: на энергии деления ядер урана уже давно работают атомные электростанции, тогда как управляемый синтез лёгких ядер не даёт положительного баланса энергии. Между тем последний процесс открыли на четыре года раньше, чем первый: в 1934 году в лаборатории Э. Резерфорда был проведён синтез ядер дейтерия с получением трития. А уже через несколько лет теоретики нашли подходящие ядерные процессы, объясняющие механизм “горения” звёзд, который так долго был неразрешимой загадкой. Значит, роль термоядерной реакции, как возможного источника огромных количеств энергии, была осознана давно. Какие же трудности стояли и стоят на пути к овладению этим источником?
Появление новой энергии
Главная причина устойчивости звёздных термоядерных реакций — громадные размеры реакторов, да и времена циклов реакций исчисляются миллионами лет. Как же в наших ограниченных масштабах сотворить подобное?
В 1945 году на далёком Сахалине у учащегося вечерней средней школы Олега Лаврентьева блеснула дерзновенная идея, которая сулила создание искусственного земного солнца. Как писал сам Олег Александрович, он “сформулировал принцип тепловой изоляции электрическим полем полностью ионизированного газа с целью промышленной утилизации термоядерных реакций” и не долго думая направил предложение прямо в адрес И. В. Сталина. Письмо осталось без ответа, но повторное предложение в ЦК ВКП(б) сработало мгновенно. В 1954 году эта идея, оказавшаяся весьма плодотворной, была воплощена в Институте атомной энергии (ИЭА) . Появилась первая исследовательская термоядерная установка токомак. Впоследствии А. Д. Сахаров, уже академик, засвидетельствовал: “Подтверждаю, что в июне или июле 1950 г. я рецензировал работу О. А. Лаврентьева... Ознакомление с работой Лаврентьева послужило толчком, способствующим ускорению моей совместной с И. Е. Таммом работы по магнитной термоизоляции высокотемпературной плазмы” .
Но действительность оказалась сложнее. Выяснилось, что в тороидальном поле частицы за каждый оборот будут смещаться из области более сильной напряжённости (внутренний периметр тороида) в область слабой напряжённости (внешний периметр) и вся плазма “вывалится” на внешнюю стенку, не успев разогреться до термоядерных температур.
Правда, выход быстро нашли: для удержания плазмы в равновесии силовые линии её магнитного поля надо завить по спирали. Двадцать лет спустя эта работа сыграла историческую роль и стала оной из основ теории токамаков.
В 1969 году на международной конференции в Дубне было объявлено, что в плазме токамака Т-3 достигнута фантастическая для того времени температура7-10 млн. градусов. Началось всемирное “обращение в токамаки” .
Сейчас на токамаках, кроме России, работают в США, Великобритании, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, Австралии, Ливии, Венгрии и других странах.
Оказалось, что в замкнутых магнитных системах положения классической теории парных столкновений частиц плазмы, на которую тогда опирались учёные, не выполняются. А в 1965 году известные советские физики Р. З. Садеев, А. А. Галеев и Л. М. Коврижных создали новую теорию, за что впоследствии были удостоены Ленинской премии.
Условия управляемого ядерного синтеза
В энергетически выгодных термоядерных реакциях участвуют прежде всего изотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т) . При этом из двух реакций Д+Д и Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установках пытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и трития образуется нестабильное ядро, которое быстро распадается на альфа-частицу (ядро гелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ (то есть 20% и 80% общей энергии соответственно) : Д+Т® 4 Не ++ (3,5 МэВ) +n(14,1 МэВ) .
Дело осложняется тем, что “готового” трития в природе почти нет. Но выход найден: этот изотоп производится в самом реакторе из лития.
Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в токамаках, будет, по существу, “сжигаться” литий, один грамм которого в этом случае соответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития на Земле на три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добывать литий сравнительно несложно.
Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надо последовательно достичь двух пороговых условий: “зажигания” реакции, то есть положительного энергобаланса, и самостоятельного, самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего “подогрева” . Кроме того, необходима определённая плотность и время существования плазмы при данной температуре. В 1957 году английский физик Дж. Лоусон вывел соответствующий критерий: произведение плотности плазмы n (число частиц в кубическом метре её объёма) на время существования t (измеряемое в секундах) при температуре Т=10 8 К должно быть не менее 2*10 20 с/м 3 . В этих условиях энергобаланс термоядерной реакции будет положительным, то есть общий выход энергии превысит энергозатраты на нагрев.
Но достижение первого порогового условия -зажигания- ещё не обеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Вся надежда лишь на заряженные ядра гелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а их энергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должно иметь определённую напряженность В, а плазма- определённый объём V. Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, который и характеризует степень самообеспеченности реакции.
Токамаки: что достигнуто?
В таблице даны основные параметры токомаков: R и r - большой и малые радиусы плазмы, V - её объём, B - напряжённость магнитного поля, BV - фактор удержания плазмы и W - общая мощность дополнительных источников её нагрева (который можно производить тремя способами: адиабатическим сжатием плазмы, инжекцией быстрых (“горячих” ) нейтральных атомов и высокочастотными волнами) .
|
НАЗВАНИЕ |
R, М |
r, М |
V, М 3 |
B, Тл |
VB, М 3 Тл |
W, МВТ |
|
Т - 3 Россия |
1 |
0,15 |
0,5 |
3,5 |
1,8 |
нет |
|
Т - 4 Россия |
0,9 |
0,17 |
0,5 |
4,5 |
2,3 |
нет |
|
Т - 7 Россия |
1,2 |
0,35 |
3 |
2,5 |
7,5 |
1 |
|
Т - 10 Россия |
1,5 |
0,37 |
4 |
4,5 |
19 |
4 |
|
Т - 15 Россия |
2,4 |
0,7 |
24 |
3,5 |
85 |
14 |
|
ТСП Россия |
1,06 |
0,29 |
1,8 |
2 |
3,6 |
2 |
|
PLT США |
1,3 |
0,4 |
4 |
4,5 |
19 |
4 |
|
Doublett США |
2,75 |
0,9 |
44 |
2,6 |
120 |
8 |
|
JT - 60 Япония |
3 |
0,95 |
54 |
4,5 |
240 |
40 |
|
TFTR США |
2,65 |
1,1 |
64 |
5,2 |
330 |
30 |
|
JET ЕВРАТОМ |
2,95 |
1,7 |
170 |
3,4 |
580 |
52 |
Т - 4 — по сути, увеличенная модель Т-3.
Т - 7 — уникальная установка, в которой впервые в мире реализована относительно крупная магнитная система со сверхпроводящим соленоидом на базе ниобата олова, охлаждаемого жидким гелием. Главная задача Т - 7 была выполнена: подготовлена перспектива для следующего поколения сверхпроводящих соленоидов термоядерной энергетики. Чтобы подчеркнуть всю сложность этой задачи, отметим, что попытка наших коллег из ФРГ соорудить плазменную установку W - 7 со сверхпроводящей системой не удалась.
Т - 10 и PLT— следующий шаг в мировых термоядерных исследованиях, они почти одинакового размера, равной мощности, с одинаковым фактором удержания. И полученные результаты идентичны: на обоих реакторах достигнута заветная температура термоядерного синтеза, а отставание по критерию Лоусона — всего в двести раз. Не надо удивляться этому как будто легкомысленному “всего” : на самом деле в те годы и такой результат был успехом.
JET (Joint Europeus Tor) — самый крупный в мире токомак, созданный организацией Евратом в Великобритании. В нём использован комбинированный нагрев: 20 МВт — нейтральная инжекция, 32 МВт — ионно-циклотронный резонанс. В итоге критерий Лоусона лишь в 4-5 раз ниже уровня зажигания.
Т - 15 — реактор сегодняшнего дня со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле напряжённостью 3,5 Тл. К сожалению, столь важный для развития наших работ по термояду реактор является самым “младшим” в своём поколении, явно отставая от последних зарубежных. Такое отставание — расплата за негибкость нашей промышленности и проектных организаций, отчего каждая новая установка становиться “долгостроем” .
TFTR (Test Fusion Tokamak Reactor) — крупнейший токамак США (в Принстонском университете) с дополнительным нагревом быстрыми нейтральными частицами. Достигнут высокий результат: критерий Лоусона при истинно термоядерной температуре всего в 5,5 раза ниже порога зажигания.
Как видно из краткого обзора, нет сомнений, что в ближайшее время можно ожидать “зажигания” термоядерной реакции в земных условиях на смеси газов дейтерия и трития.
Ядерный синтез завтра
“На завтра” планируется прежде всего создание следующего поколения токамаков, в которых можно достичь самоподдерживающегося синтеза. С этой целью в ИАЭ имени И. В. Курчатова и НИИ электрофизической аппаратуры имени Д. В. Ефремова разрабатывается Опытный термоядерный реактор (ОТР) .
В ОТР ставится целью самоподдержание реакции на таком уровне, чтобы отношение полезного выхода энергии к затраченной (обозначается Q) было больше или по крайней мере равно единице: Q=1. Это условие — серьёзный этап отработки всех элементов системы на пути создания коммерческого реактора с Q=5. По имеющимся оценкам, лишь при этом значении Q достигается самоокупаемость термоядерного энергоисточника, когда окупаются затраты на все обслуживающие процессы, включая и социально-бытовые затраты. А пока что на американском TFTR достигнуто значение Q=0,2-0,4.
Существуют также и другие проблемы. Например, первая стенка — то есть оболочка тороидальной вакуумной камеры — самая напряжённая, буквально многострадальная часть всей конструкции. В ОТР её объём примерно 300 м 3 , а площадь поверхности около 400 м 2 . Стенка должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять атмосферному давлению и механическим силам, возникающим от магнитного поля, и достаточно тонкой, чтобы без померного перепада температур отводить тепловые потоки от плазмы к воде, циркулирующей на внешней стороне тороида. Её оптимальная толщина 2 мм. В качестве материалов выбраны аустенитные стали либо никелевые и титановые сплавы.
Планируется установка Евратомом NET (Next Europeus Tor) , во многом схожим с ОТР, это следующее поколение токомаков после JET и Т-15.
NET предполагается соорудить в течении 1994-1999 годов. Первый этап исследований планируется провести за 3-4 года.
Говорят и о следующем поколении после NET — это уже “настоящий” термоядерный реактор, условно названный DEMO. Впрочем, не всё пока ясно даже и с NET, поскольку есть планы сооружения нескольких международных установок.
Мы проследили термояд “завтра” до конца XX и даже до начала XXI века. Здесь уже многое запланировано и предопределено. Такое предсказуемое “завтра” , видимо, кончится с пуском “настоящего” реактора. А что дальше — это уже во многом из области фантастики...
Вывод
Жизнь идёт вперёд, открываются всё новые горизонты. Несомненно лишь одно: термоядерный синтез — реальность XXI века, но на его пути в большую энергетику ещё много перепутий.
referat.store
Реферат по теме : “Первичные источники питания”.
МТК , группа Р-234
Сиденко Евгений Владимирович.
1996 г.
ТЕРМОЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Предисловие:
Мы привычно говорим о термоядерном синтезе, как о перспективномисточнике энергии. Но вот вопрос: не слишком ли долго он останется всеголишь “перспективным”? Ведь сложилась парадоксальная ситуация: на энергииделения ядер урана уже давно работают атомные электростанции, тогда какуправляемый синтез лёгких ядер не даёт положительного баланса энергии.Между тем последний процесс открыли на четыре года раньше, чем первый: в1934 году в лаборатории Э. Резерфорда был проведён синтез ядер дейтерияс получением трития. А уже через несколько лет теоретики нашлиподходящие ядерные процессы, объясняющие механизм “горения” звёзд,который так долго был неразрешимой загадкой. Значит, роль термоядернойреакции, как возможного источника огромных количеств энергии, былаосознана давно. Какие же трудности стояли и стоят на пути к овладениюэтим источником?
Появление новой энергии.
Главная причина устойчивости звёздных термоядерных реакций-громадныеразмеры реакторов, да и времена циклов реакций исчисляются миллионамилет. Как же в наших ограниченных масштабах сотворить подобное?
В 1945 году на далёком Сахалине у учащегося вечерней средней школыОлега Лаврентьева блестнула дерзновенная идея, которая сулила созданиеискусственного земного солнца. Как писал сам Олег Александрович, он“сформулировал принцип тепловой изоляции электрическим полем полностьюионизированного газа с целью промышленной утилизации термоядерныхреакций” и не долго думая направил предложение прямо в адресИ.В.Сталина. Письмо осталось без ответа, но повторное предложение в ЦКВКП(б) сработало мгновенно. В 1954 году эта идея, оказавшаяся весьмаплодотворной, была воплощена в Институте атомной энергии (ИЭА).Появилась первая исследовательская термоядерная установка токомак.Впоследствии А.Д.Сахаров, уже академик, засвидетельствовал:“Подтверждаю, что в июне или июле 1950 г. я рецензировал работуО.А.Лаврентьева... Ознакомление с работой Лаврентьева послужило толчком,способствующим ускорению моей совместной с И.Е.Таммом работы помагнитной термоизаляции высокотемпературной плазмы”.
Но действительность оказалась сложнее. Выяснилось, что в тороидальномполе частицы за каждый оборот будут смещаться из области более сильнойнапряжённости (внутренний периметр тороида) в область слабойнапряжённости (внешний периметр) и вся плазма “вывалится” на внешнююстенку, не успев разогреться до термоядерных температур.
Правда, выход быстро нашли: для удержания плазмы в равновесии силовыелинии её магнитного поля надо завить по спирали. Двадцать лет спустя этаработа сыграла историческую роль и стала оной из основ теории токамаков.
В 1969 году на международной конференции в Дубне было объявлено, что вплазме токамака Т-3 достигнута фантастическая для того временитемпература- 7-10 млн. градусов. Началось всемирное “обращение втокамаки”.
Сейчас на токамаках, кроме России, работают в США, Великобритании,Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, Австралии, Ливии, Венгрии и другихстранах.
Оказалось, что в замкнутых магнитных системах положения классическойтеории парных столкновений частиц плазмы, на которую тогда опиралисьучёные, не выполняются. А в 1965 году известные советские физикиР.З.Садеев, А.А.Галеев и Л.М.Коврижных создали новую теорию, за чтовпоследствии были удостоены Ленинской премии.
Условия управляемого ядерного синтеза
В энергетически выгодных термоядерных реакциях участвуют прежде всегоизотопы водорода-дейтерий (Д) и тритий (Т). При этом из двух реакций Д+Ди Д+Т последняя в сто раз эффективнее, и во всех современных установкахпытаются осуществить именно её. При слиянии ядер дейтерия и тритияобразуется нестабильное ядро, котороебыстро распадается на альфа-частицу(ядро гелия-4) с энергией 3,5 МэВ и нейрон с энергией 14,1 МэВ (то есть20( и 80( общей энергии соответственно):
Д+Т( 4Не++ (3,5 МэВ)+n(14,1 МэВ).
Дело осложняется тем, что “готового” трития в природе почти нет. Новыход найден: этот изотоп производится в самом реакторе из лития.
Таким образом, в термоядерных реакциях, в том числе в токамаках, будет,по существу, “сжигаться” литий, один грамм которого в этом случаесоответствует тонне условного топлива. А доступные запасы лития на Землена три порядка превосходят запасы органического топлива, причём добыватьлитий сравнительно несложно.
Для получения полезной энергии в реакциях ядерного синтеза надопоследовательно достичь двух пороговых условий: “зажигания” реакции, тоесть положительного энергобаланса, и самостоятельного,самоподдерживающегося синтеза, уже не требующего внешнего “подогрева”.Кроме того, необходима определённая плотность и время существованияплазмы при данной температуре. В 1957 году английский физик Дж.Лоусонвывел соответствующий критерий: произведение плотности плазмы n (числочастиц в кубическом метре её объёма) на время существования ((измеряемое в секундах) при температуре Т=108 К должно быть не менее2*1020 с/м3. В этих условиях энергобаланс термоядерной реакции будетположительным, то есть общий выход энергии превысит энергозатраты нанагрев.
Но достижение первого порогового условия -зажигания- ещё необеспечивает второго, то есть самоподдержания реакции. Вся надежда лишьна заряженные ядра гелия. Чтобы они удержались в зоне реакции, а ихэнергии хватило на её самоподдержание, магнитное поле должно иметьопределённую напряженность В, а плазма- определённый объём V.Произведение этих двух величин BV называется фактором удержания, которыйи характеризует степень самообеспеченности реакции.
Токамаки: что достигнуто?
В таблице даны основные параметры токомаков: R и r - большой и малыерадиусы плазмы, V - её объём, B - напряжённость магнитного поля, BV -фактор удержания плазмы и W - общая мощность дополнительных источниковеё нагрева (который можно производить тремя способами: адиабатическимсжатием плазмы, инжекцией быстрых (“горячих”) нейтральных атомов ивысокочастотными волнами).
geum.ru
