Ядерний синтез

Після відкриття ділення ядер атомів був відкритий зворотний процес: ядерний синтез – коли легкі ядра з’єднуються в більш важкі.

Процеси ядерного синтезу йдуть на Сонце – чотири ізотопи водню (водень-1) з’єднуються в гелій-4 із звільненням колосальної кількості енергії.

На Землі в реакції синтезу використовуються ізотопи водню: дейтерій (водень-2) і тритій (водень-3):

31H + 21H → 42He + 10n

Ядерний синтез, як і поділ ядер, не став винятком. Перше практичне застосування ця реакція отримала у водневій бомбі, наслідки вибуху якої були описані раніше.

1. ТОКАМАК
Якщо вчені вже навчилися управляти ланцюговою реакцією поділу ядер, то управління вивільняється енергією ядерного синтезу поки що ще нездійсненна мрія.

Практичне застосування розщеплення ядерної енергії на АЕС має істотний недолік – це утилізація відпрацьованих ядерних відходів. Вони радіоактивні, – надають небезпеку живим організмам, а їх період напіврозпаду досить великий – кілька тисяч років (в період цього часу радіоактивні відходи будуть становити небезпеку).

Ядерний синтез не має шкідливих відходів – це одне з головних переваг його використання. Рішення проблеми управлінням ядерним синтезом дозволить отримати невичерпне джерело енергії.

В результаті практичного вирішення цієї проблеми була створена установка ТОКАМАК.

Слово “ТОКАМАК” – за різними версіями це або скорочення слів тороідальн, камери, магнітні котушки, або Пристосоване до легкого вимови скорочення від тороідальн Камера з Магнітним Полем, які описують основні елементи цієї магнітної пастки, винайденої А.Д. Сахаровим в 1950 р Схема токамака показана на малюнку:

ТОКАМАК
Більш детально:

Системи утримання плазми для синтезу
Термоядерна енергетика: Теорія, практика, проблеми, рішення

Перший ТОКАМАК був побудований в Росії в Інституті атомної енергії ім І.В. Курчатова в 1956 р

Для успішної роботи установки ТОКАМАК треба вирішити три завдання

.
Завдання 1. Температура. Процес ядерного синтезу вимагає надзвичайно високої енергії активації. Ізотопи водню необхідно нагріти до температури приблизно 40 млн.К – це температура, що перевищує температуру Сонця!

При такій температурі електрони “випаровуються” – залишається тільки позитивно заряджена плазма – ядра атомів, розігріті до високої температури.

Вчені намагаються розігрівати речовина до такої температури за допомогою магнітного поля і лазера, але, поки безуспішно.

Завдання 2. Час. Щоб почалася реакція ядерного синтезу, заряджені ядра повинні знаходитися на досить близькій відстані один від одного при Т = 40 млн.К досить тривалий час – близько однієї секунди.

Завдання 3. Плазма. Ви винайшли абсолютний розчинник? Чудово! Але, дозвольте запитати – а де ви його будете зберігати?

Під час ядерного синтезу речовина знаходиться в стані плазми при дуже високій температурі. Але в таких умовах будь-яка речовина буде перебувати в газоподібному стані. Так як же “зберігати” плазму?

Оскільки у плазми є заряд, то для її утримання можна використовувати магнітне поле. Але, на жаль, поки створити надійну “магнітну колбу” вченим так і не вдалося.

За найоптимістичнішими прогнозами вченим знадобиться 30-50 років, щоб створити працюючий джерело екологічно чистого джерела енергії – “надгробний камінь” для нафтових і газових магнатів. Втім, не факт, що на той час людство не витратить свої запаси нафти і газу.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Ферменти – хімія