Управляемый термоядерный синтез

Пнд, 05/18/2009 - 16:27

Источник: журнал "Наука и техника"

Рис. 1 Термоядерная реакция синтеза ядер дейтерия (D) и трития (T):
кружочками с буквой p внутри условно обозначены протоны,с буквой n - нейтроны.

Проанализировав данные и учитывая то, что на нашей планете продолжается демографический взрыв (население увеличивается ежедневно примерно на 270 000 человек), очевидно, что темпы роста энергопотребления будут только возрастать. Даже для сохранения уже имеющейся ситуации с энергоснабжением необходимо ежедневно вводить в эксплуатацию электростанцию мощностью 500 МВт.

Однако мощности можно наращивать не безгранично, и естественным ограничением (кроме экологического фактора) является содержание энергоресурсов на нашей планете. Основными источниками энергии сейчас являются уголь, нефть, газ и тяжелые радиоактивные изотопы. Конечно, человек использует также энергию ветра, движущейся воды и излучения солнца, однако их суммарный вклад незначителен и, кроме того, они не могут удовлетворить потребности в энергии на сегодняшний день. Более того, так называемые альтернативные источники энергии также имеют естественные границы наращивания мощности, определяемые природоохранными нормами.


ТОКМАК
Основным отличительным свойством токамаков является наличие тока плазмы внутри тора. Ток в системе кольцевых проводников создает тороидальную составляющую магнитного поля (см. рис. 2 а). Так называют составляющую, которая направлена параллельно касательной к кольцевой оси тора в любом меридианном сечении. Тороидальный ток плазмы создает так называемую полоидальную составляющую магнитного поля, направленную параллельно касательной к контуру, который возникает в меридианном сечении тороидальной поверхности. Грубо говоря, тороидальная составляющая является продольной, а полоидальная охватывает кольцами ток в торе. Диаграмма сложения векторов (рис. 2 б) относится к одной выбранной точке и может быть распространена на другие точки наблюдения. В результате мы получим суммарную линию, объединяющую направления вектора магнитного поля и представляющую собой спираль. Таковой вкратце есть принципиальная схема удержания плазмы в токамаке. Более подробное рассмотрение необходимости наличия винтового магнитного поля в тороидальных установках является темой отдельного разговора и в данном изложении будет опущено.
Устройства типа токамак появились в Советском Союзе в Институте атомной энергетики имени Курчатова в 1950-х годах. В 1969 году Л.А. Арцимович продемонстрировал жизнеспособность таких установок, сообщив на Международной конференции в подмосковной Дубне результаты, достигнутые на токамаке Т - 3. На тот момент это были фантастические цифры (температура плазмы – 10 млн. градусов Кельвина). Такой успех обусловил фактически триумфальное движение идеи токамака по всему миру. Это направление подхватили в США, Великобритании, Франции, ФРГ, Японии и так далее.

Не для кого не секрет, что запасы угля, нефти и газа на нашей планете ограничены. Если еще несколько десятилетий назад их количество казалось огромным, а возможности их добычи практически неиссякаемыми, то сейчас их залежи оцениваются следующими цифрами: уголь - 1000 млрд. тонн; нефть – 950 млрд. баррелей; природный газ 120 000 млрд. куб. метров. В соответствии с прогнозируемыми темпами роста производства энергии запасы нефти будут израсходованы ориентировочно за 40-50 лет, газа – за 60-70 и угля примерно за 200 лет. При этом не следует забывать, что перечисленные ресурсы являются также сырьем для химической промышленности и используются не только для получения энергии. То есть из них получают современные конструкционные материалы, различные смазки, лекарства и многое другое. Причем человек уже не представляет себе жизнь без всего этого «набора» искусственных материалов. Хотя, конечно же, на такое производство уходит относительно малая (по сравнению со сжигаемой) доля энергоносителей.

Все более и более развивающаяся атомная энергетика также не сможет обеспечить долгосрочных потребностей человечества, по оценкам специалистов ядерного «топлива» хватит примерно на 300 лет.

Итак, мы выяснили, какие возможности имеет человечество для выработки энергии и почему производство последней так важно для него. Теперь естественно было бы задать вопрос по поводу того, что делать сейчас для того, чтобы обеспечить энергонезависимое будущее своим потомкам. Какие источники энергии смогут в относительно недалеком будущем обеспечить потребности растущего человечества. Оказалось, что такие источники существуют, и одним из самых перспективных среди них является утилизация энергии продуктов реакции термоядерного синтеза ядер легких элементов.

Другие материалы рубрики


  • Ситуация с термоядерной энергетикой сегодня довольно любопытна и имеет общие черты с начинавшейся некогда «космической гонкой». Открытие способа, открывающего доступ к неограниченному источнику энергии, казалось бы, уже «витает в воздухе». Уже всерьёз проектируются термоядерные электростанции. Уже почти видна финишная ленточка и вопрос лишь в том, кто успеет раньше. Руководители развитых государств ревностно следят за «успехами» конкурентов в этой области и боятся остаться «не солоно хлебавши». Эти страхи умело эксплуатируют крупные исследовательские центры, работающие по данной проблеме, добиваясь щедрого финансирования. Вот-вот и пресса возвестит об открытии века...



  • Недавно в новостях услышал информацию о том, что весной 2010 г. городское население планеты превысило сельское и составляет 51%. В 2020 г. городское население уже будет составлять 57%.
    Вроде бы ничего интересного. Сухая статистика.
    Но за этой статистикой просматривается очень настораживающая тенденция, если учесть, что за этот период население Земли вырастет с 6,8 до 8 миллиардов человек.
    Урбанизация растет огромными темпами.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Сначала приведем высказывание российского геофизика Е.П. Борисенкова о прошлом человечества:
    «Причины гибели или упадка некоторых цивилизаций, а также многие неблагоприятные социальные явления в период средневековья так же, как и в древней истории, были связаны с экологией.
    Если мышление человека античности в ряде случаев было настолько эгоистичным, что, несмотря на свои выдающиеся по тому времени научные и естественные познания, он не думал о связи между лесом, водой, почвой и последствиями своей деятельности, то и в период средневековья человечество ушло от этого уровня понимания не очень далеко».

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Солнце — основной источник энергии на планете. В полдень на низких широтах плотность потока энергии солнечного излучения близка к 1 кВт/м²,, в среднем по освещенной части земного шара — 350 Вт/м². Потенциальный ресурс энергии огромен. Ей соответствует мощность 6,7∙1016 Вт. Теоретически КПД преобразования энергии может достигать 93%. Сейчас он составляет 10…30%. КПД определяет технический ресурс, равный произведению КПД на потенциальный ресурс.
    В настоящее время энергия солнечного излучения используется мало из-за относительно низких значений плотности потока энергии (100 — 1000 Вт/м²).
    Разрабатываются проекты создания солнечных энергосистем на геостационарной орбите с мощностью 1…10 ГВт. Передачу энергии на Землю планируется осуществлять при помощи мощных электромагнитных пучков на длине волны около 5…10 см.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Непредельные углеводороды в небольшом количестве (около 5%) являются практически единственным не содержащимся в природной нефти классом соединений, образующимся в заметных количествах при проведении процесса на кобальтовых катализаторах. Их содержание в нефти не нормируется, а их получение является одной из основных целей нефтехимической переработки природной нефти.
    Таким образом, по всем показателям, определяемым стандартом, СЖУ (синтетические жидкие углеводороды) могут быть отнесены к наиболее ценным сортам нефти. С экономической точки зрения наиболее рациональным использованием СЖУ была бы их раздельная транспортировка с промыслов как более ценного и дорогостоящего продукта, особенно с точки зрения отсутствия серосодержащих соединений и высокой концентрации легких (светлых) фракций.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Еще с незапамятных времен люди использовали энергию ветра.
    Первоначально человек научился преобразовывать кинетическую энергию воздушного потока (ветра) в механическую. Появилось огромное разнообразие ветряных мельниц, значительно облегчивших жизнь людей того времени.
    Идея ветрогенератора для выработки электрической энергии с использованием энергии ветра появилась чуть более 100 лет назад.
    Пытливая мысль изобретателей создала огромное разнообразие конструкций ветроустановок:
    — по расположению оси вращения лопастей (горизонтальная, вертикальная, наклоненная);
    — по количеству лопастей (одна, две, три и более);
    — по мощности (от десятков Ватт до нескольких МВатт);
    — по форме лопастей, по конструкции генераторов и т.д.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В начале нового тысячелетия почти весь мир столкнулся с новой, весьма болезненной проблемой — истощением топливных запасов планеты. Ученые с каждого угла кричали, что через 30 лет на земле не останется ни капли нефти. Но прошло уже 10 лет, и эти крики понемногу улеглись. Были найдены новые месторождения в Саудовской Аравии, в России разведали новые, огромные запасы сибирской и заполярной нефти. Единственная проблема — добраться до них, но учитывая сегодняшнюю стоимость «черного золота» на мировом рынке, это не будет составлять особого труда.
    Но беда, как известно, не приходит одна. С топливной проблемой пришла проблема загрязнения окружающей среды обитания человека. Продукты сгорания бензина и дизтоплива стали настолько насыщать атмосферу Земли, что экологи забили тревогу. Их главный девиз — «Парниковый эффект!» К сожалению, они до сих пор не могут определиться, чем он грозит нашей планете — глобальным потеплением или новым ледниковым периодом. Впрочем, одно не исключает другое. Сначала довольно сильно потеплеет, арктические льды растают, опять понизят температуру, но настолько сильно, что 2/3 суши (по самым пессимистическим прогнозам) покроется снегом и льдом.
    Что же делать? Отказаться от автомобильного транспорта и вообще от использования нефти и нефтепродуктов? В данный исторический отрезок времени это даже не теория, а какая-то фантазия Гринписа, если не сказать больше. Но нам надо как-то сберечь природу и при этом не нанести вреда экономике, как в мировом масштабе, так и в масштабе отдельной страны. И тут, к огромной радости почти всех экологов (почему почти — будет сказано ниже) на мировую топливную арену семимильными шагами выходит новое горючее — биодизель.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Многие ученые считают, что единственным масштабным и долговременным решением надвигающейся энергетической проблемы, одновременно удовлетворяющей условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на базе использования лунного изотопа элемента гелия.
    Страна, которая опередит другие в освоении Луны и добычи гелия-3, станет лидером в мировой экономике, считает академик Эрик Галимов.



  • Нефте- и газодобыча уже в течение многих лет — ведущие отрасли российской экономики. В иные периоды они давали до 50% поступлений в федеральный бюджет. Это стало возможным только после введения в эксплуатацию крупнейших месторождений Западной Сибири. Поиск месторождений, ставших открытием века, стоил огромного труда. Основной вклад в него внесли сибирские геологи.
    Чтобы понять, где и как искать нефть, — а ее считают самым труднодоступным богатством планеты, — надо знать, как она образуется. В 1932 году была опубликована классическая работа основоположника советской нефтяной геологии Ивана Михайловича Губкина (1871-1939) «Учение о нефти», которая сыграла огромную роль в развитии представлений о происхождении нефти и формировании ее залежей. Он сформулировал четыре этапа образования нефтяных запасов, которые и сегодня лежат в основе научных воззрений о процессах нефтеобразования.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4