Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Холодный ядерный синтез

Холодный ядерный синтез

Холо́дный я́дерный си́нтез (ХЯС) — предполагаемая возможность осуществления ядерной реакции синтеза в химических (атомно-молекулярных) системах без значительного нагрева рабочего вещества. Известные ядерные реакции синтеза — термоядерные реакции — проходят в плазме при температурах в миллионы кельвинов.

В зарубежной литературе ХЯС известен также под названиями:

  1. низкоэнергетические ядерные реакции (англ. LENR, low-energy nuclear reactions );
  2. химически ассистируемые (индуцируемые) ядерные реакции (англ. CANR ).

Множество сообщений об удачном осуществлении эксперимента впоследствии оказывались либо «газетными утками», либо результатом некорректно поставленных экспериментов. Ведущие лаборатории мира не смогли повторить ни один подобный эксперимент. При попытках воспроизвести результаты выяснялось, что авторы эксперимента, как узкие специалисты, неверно трактовали полученный результат или вообще неправильно ставили опыт (не проводили необходимых замеров и т. д.) [1] [2] [3] [4] . До сих пор нет убедительных доказательств существования этого явления.

Авторы сообщений о ХЯС обычно публикуют их в изданиях, представляющих собой скорее блоги, чем научные журналы [5] .

Содержание

  • 1 Теория
  • 2 История исследований возможности ХЯС
    • 2.1 ХЯС в клетках живого организма
    • 2.2 ХЯС в электролитической ячейке
  • 3 Экспериментальные подробности
  • 4 Другие эксперименты
    • 4.1 США, 2002
    • 4.2 Япония, 2008
    • 4.3 Генератор Росси
  • 5 Международные конференции по ХЯС
  • 6 См. также
  • 7 Примечания
  • 8 Литература
  • 9 Ссылки

Теория [ править | править код ]

Согласно современной научной картине мира, для того, чтобы произошла ядерная реакция, необходимо сблизить ядра на расстояние, на котором работает сильное взаимодействие. Этому препятствует более дальнодействующее кулоновское отталкивание. Чтобы сблизить ядра, нужно затратить энергию порядка 0,1 МэВ, которой соответствует температура порядка 11 миллионов градусов (это нижний теоретический предел). На Солнце реакция идёт при температуре

15 млн градусов и очень высоком давлении.

Для получения экономически эффективной установки ядерного синтеза в земных условиях нужна температура порядка 100 млн градусов. Поэтому большинство учёных относятся к заявлениям о ХЯС с большим скепсисом [6] .

История исследований возможности ХЯС [ править | править код ]

Предположение о возможности холодного ядерного синтеза (ХЯС) до сих пор не нашло подтверждения и является предметом постоянных спекуляций, однако эта область до сих пор активно изучается.

ХЯС в клетках живого организма [ править | править код ]

Луи Кервран ( фр. ) , опубликовал c 1960 по 1975 г. г. несколько статей и книг, в которых описывал « трансмутацию » углерода и кислорода в азот в живых организмах [7] [8] . За свои работы Кервран был удостоен Шнобелевской премии [9] . Некоторые специалисты высмеяли Луи Керврана, например, в журнале «Химия и жизнь» в № 2 за 1977 г. опубликована шуточная статья «Биологическая трансмутация: факты, фантастика, теория» [Комм. 1] [10]

«Члены-корреспонденты» ООО РАЕН В. И. Высоцкий (проф., зав. каф. математики и теоретической радиофизики Киевского национального университета [11] ) и А. А. Корнилова (к. ф. н., МГУ) опубликовали статью о «биологической трансмутации» в журнале, издаваемом РАЕН [12] , также они распространяют свои идеи в книгах, изданных в России и за рубежом [11] .

ХЯС в электролитической ячейке [ править | править код ]

Сообщение химиков Мартина Флейшмана и Стенли Понса об электрохимически индуцированном ядерном синтезе — превращении дейтерия в тритий или гелий в условиях электролиза на палладиевом электроде [13] , появившееся в марте 1989 года, наделало много шума. Журналисты назвали их опыты «холодным термоядом» [14] [15] [4] .

Эксперименты Флейшмана и Понса не смогли воспроизвести другие учёные, и научное сообщество считает, что их заявления неполны и неточны и предствляют собой либо проявление некомпетентности, либо мошенничество [4] [16] [17] [18] [19] [20] [21] .

Флейшман и Понс сделали вывод о ядерной реакции, обнаружив излучение нейтронов. Ак. РАН Эдуард Кругляков пояснил, что в экспериментах с пропусканием тока через палладиевый электрод возникает «искрение» на микротрещинах электрода, при этом ионы разгоняются до энергии порядка 1 кЭв, и этого может быть достаточно для получения небольшого количества нейтронов [22] и объяснения плохой воспроизводимости результатов. [23]

Экспериментальные подробности [ править | править код ]

Некоторые опыты по «холодному ядерному синтезу» включали в себя:

  • «катализатор», такой как никель или палладий, в виде тонких плёнок, порошка или губки;
  • «рабочее тело», содержащее изотопы водорода: тритий, дейтерий или протий;
  • систему «возбуждения» ядерных превращений изотопов водорода «накачкой» «рабочего тела» энергией — посредством нагревания, механического давления, воздействием лазерных лучей, акустических волн, электромагнитного поля или электрического тока.

Экспериментальная установка камеры холодного синтеза состоит из палладиевых электродов, погружённых в электролит, содержащий тяжёлую или сверхтяжёлую воду. Камеры для электролиза могут быть открытыми или закрытыми. В системах открытых камер газообразные продукты электролиза покидают рабочий объём, что затрудняет калькуляцию баланса между полученной и затраченной энергией. В экспериментах с закрытыми камерами продукты электролиза утилизируются, например, путём каталитической рекомбинации в специальных частях системы. Экспериментаторы, в основном, стремятся обеспечить устойчивое выделение тепла непрерывной подачей электролита. Проводятся также опыты типа «тепло после смерти», в которых избыточное (за счёт предполагаемого ядерного синтеза) выделение энергии контролируется после отключения тока.

Другие эксперименты [ править | править код ]

США, 2002 [ править | править код ]

8 марта 2002 года в солидном международном научном журнале «Сайенс» появилось сообщение о наблюдении «явлений, не противоречащих возможности» ХЯС. Русско-американская группа исследователей под руководством Руси Талеярхана в эксперименте с ультразвуковой кавитацией ацетона, в котором простой водород замещён дейтерием, наблюдала замену дейтерия тритием и излучение нейтронов во время сонолюминесценции. При этом установка не выделяла дополнительную энергию [24] . Сразу же после публикации физик Нэт Фиш (англ. Nat Fisch , занимается Физикой Плазмы в Принстонском университете) высказался: «То, что я видел, производит впечатление безграмотного и неряшливого отчёта» [25] .

Два других сотрудника Окриджской лаборатории повторили эксперимент на той же аппаратуре с другим детектором и не обнаружили поток нейтронов, который наблюдал Талеярхан [24] [25] .

Кроме того, критики указывают, что температура и энергия в центре схлопывающихся пузырьков на три порядка ниже, чем нужно для слияния ядер дейтерия [24] [26] [27] .

Япония, 2008 [ править | править код ]

В 2008 году отставной японский учёный Ёсиаки Арата ( англ. ) из Осакского университета совместно с китайским коллегой Юэчан Чжан из Шанхайского университета сообщили о выделении энергии в эксперименте с палладием, оксидом циркония и дейтерием под высоким давлением, и заявили, что они наблюдали реакцию холодного ядерного синтеза с выделением гелия. Авторы не сообщили никаких данных о деталях своих опытов, в том числе не предоставили для анализа методику измерений [6] . Арата ещё в 2004 г. запатентовал свою установку в Японии [28] и в 2006 г. — в США [29]

Генератор Росси [ править | править код ]

В январе 2011 года Андреа Росси ( англ. ) (Болонья, Италия), как он сам утверждает, испытал опытную установку «Катализатор энергии Росси» по превращению никеля в медь при участии водорода, а 28 октября 2011 года им была продемонстрирована для журналистов известных СМИ и заказчика из США промышленная установка на 1 МВт. История вызвала всплеск интереса СМИ.

По одному из заявлений Росси в январе 2011 года, он имеет чёткое понимание о задействованном механизме, но отказывается публично его раскрывать, пока не будет получен патент [30] .

Профессор Уго Барди (Ugo Bardi) из Флорентийского университета, отмечая противоречивые заявления Росси о наличии/отсутствии гамма-излучения, размещении производства (то во Флориде, то не в США), а также то, что часть сторонников и спонсоров уже вышла из проекта, в марте 2012 года высказался о нём:

…E-Cat достиг своего конца. Он ещё имеет нескольких уверенных сторонников, но, наиболее вероятно, вскоре канет во мрак патологической науки, к которому он и принадлежит [31] .

В 2014 году группа профессора физики Болонского университета Джузеппе Леви исследовала параметры процесса. Дж. Леви сообщил, что устройство, в котором один грамм топлива нагревали до температуры около 1400ºС с помощью электричества, производило аномальное количество тепла [32] [33] .

Международные конференции по ХЯС [ править | править код ]

Конференции International Conference on Cold Fusion ( англ. ) (ICCF) проводятся с 1990 года в США, Японии и России. С 2007 используют название «International Conference on Condensed Matter Nuclear Science». Ранние мероприятия часто критиковались за привлечение псевдоучёных [34] .

Самая грандиозная научная стройка современности. Как во Франции строят термоядерный реактор ITER

Управляемый термоядерный синтез — голубая мечта физиков и энергетических компаний, которую они лелеют не одно десятилетие. Заключить искусственное Солнце в клетку — прекрасная идея. «Но проблема в том, что мы не знаем, как создать такую коробку», — говорил нобелевский лауреат Пьер Жиль де Жен в 1991 году. Однако к середине 2018 года мы уже знаем как. И даже строим. Лучшие умы мира трудятся над проектом международного экспериментального термоядерного реактора ITER — самого амбициозного и дорогого эксперимента современной науки.

Такой реактор стоит в пять раз больше, чем Большой адронный коллайдер. Над проектом работают сотни ученых по всему миру. Его финансирование запросто может перевалить за 19 млрд евро, а первую плазму по реактору пустят только в декабре 2025 года. И несмотря на постоянные задержки, технологические трудности, недостаточное финансирование со стороны отдельных стран-участниц, самый большой в мире термоядерный «вечный двигатель» строится. Преимуществ у него куда больше, чем недостатков. Каких? Рассказ о самой грандиозной научной стройке современности начинаем с теории.

Что такое токамак?

Под действием огромных температур и гравитации в глубинах нашего Солнца и других звезд происходит термоядерный синтез. Ядра водорода сталкиваются, образуют более тяжелые атомы гелия, а заодно высвобождают нейтроны и огромное количество энергии.

Современная наука пришла к выводу, что при наименьшей исходной температуре наибольшее количество энергии производит реакция между изотопами водорода — дейтерием и тритием. Но для этого важны три условия: высокая температура (порядка 150 млн градусов по Цельсию), высокая плотность плазмы и высокое время ее удержания.

Дело в том, что создать такую колоссальную плотность, как у Солнца, нам не удастся. Остается только нагревать газ до состояния плазмы посредством сверхвысоких температур. Но ни один материал не способен вынести соприкосновения со столь горячей плазмой. Для этого академик Андрей Сахаров (с подачи Олега Лаврентьева) в 1950-е годы предложил использовать тороидальные (в виде пустотелого бублика) камеры с магнитным полем, которое удерживало бы плазму. Позже и термин придумали — токамак.

Читать еще:  Что такое электронная система двигателя гольф 4

Современные электростанции, сжигая ископаемое топливо, конвертируют механическую мощность (кручения турбин, например) в электричество. Токамаки будут использовать энергию синтеза, абсорбируемую в виде тепла стенками устройства, для нагрева и производства пара, который и будет крутить турбины.

Небольшие экспериментальные токамаки строились по всему миру. И они успешно доказали, что человек может создать высокотемпературную плазму и удерживать ее некоторое время в стабильном состоянии. Но до промышленных образцов еще далеко.

Преимущества и недостатки термоядерных реакторов

Типичные ядерные реакторы работают на десятках тонн радиоактивного топлива (которые со временем превращаются в десятки тонн радиоактивных отходов), тогда как термоядерному реактору необходимы лишь сотни грамм трития и дейтерия. Первый можно вырабатывать на самом реакторе: высвобождающиеся во время синтеза нейтроны будут воздействовать на стенки реактора с примесями лития, из которого и появляется тритий. Запасов лития хватит на тысячи лет. В дейтерии тоже недостатка не будет — его в мире производят десятками тысяч тонн в год.

Термоядерный реактор не производит выбросов парниковых газов, что характерно для ископаемого топлива. А побочный продукт в виде гелия-4 — это безвредный инертный газ.

К тому же термоядерные реакторы безопасны. При любой катастрофе термоядерная реакция попросту прекратится без каких-либо серьезных последствий для окружающей среды или персонала, так как нечему будет поддерживать реакцию синтеза: уж слишком тепличные условия ей необходимы.

Однако есть у термоядерных реакторов и недостатки. Прежде всего это банальная сложность запуска самоподдерживающейся реакции. Ей нужен глубокий вакуум. Сложные системы магнитного удержания требуют огромных сверхпроводящих магнитных катушек.

И не стоит забывать о радиации. Несмотря на некоторые стереотипы о безвредности термоядерных реакторов, бомбардировку их окружения нейтронами, образующимися во время синтеза, не отменить. Эта бомбардировка приводит к радиации. А потому обслуживание реактора необходимо проводить удаленно. Забегая вперед, скажем, что после запуска непосредственным обслуживанием токамака ITER будут заниматься роботы.

К тому же радиоактивный тритий может быть опасен при попадании в организм. Правда, достаточно будет позаботиться о его правильном хранении и создать барьеры безопасности на всех возможных путях его распространения в случае аварии. К тому же период полураспада трития — 12 лет.

Когда необходимый минимальный фундамент теории заложен, можно перейти и к герою статьи.

Самый амбициозный проект современности

В 1985 году в Женеве состоялась первая за долгие годы личная встреча глав СССР и США. До этого холодная война достигла своего пика: сверхдержавы бойкотировали Олимпиады, наращивали ядерный потенциал и на какие-либо переговоры идти не собирались. Этот саммит двух стран на нейтральной территории примечателен и другим важным обстоятельством. Во время него генсек ЦК КПСС Михаил Горбачев предложил реализовать совместный международный проект по развитию термоядерной энергетики в мирных целях.

Спустя год между американскими, советскими, европейскими и японскими учеными было достигнуто соглашение по проекту, началась проработка концептуального дизайна крупного термоядерного комплекса ITER. Проработка инженерных деталей затянулась, США то выходили, то возвращались в проект, к нему со временем присоединились Китай, Южная Корея и Индия. Участники разделяли обязанности по финансированию и непосредственным работам, а в 2010 году наконец стартовала подготовка котлована под фундамент будущего комплекса. Его решили строить на юге Франции возле города Экс-ан-Прованс.

Так что же такое ITER? Это огромный научный эксперимент и амбициозный энергетический проект по строительству самого большого токамака в мире. Сооружение должно доказать возможность коммерческого использования термоядерного реактора, а также решить возникающие физические и технологические проблемы на этом пути.

Из чего состоит реактор ITER?

Токамак — это тороидальная вакуумная камера с магнитными катушками и криостатом массой в 23 тыс. тонн. Как уже понятно из определения, у нас есть камера. Глубокая вакуумная камера. В случае с ITER это будет 850 кубометров свободного объема камеры, в котором на старте будет всего 0,1 грамма смеси дейтерия и трития.

На внутренних стенках камеры расположены специальные модули, которые называют бланкетами. Внутри них циркулирует вода. Вырывающиеся из плазмы свободные нейтроны попадают в эти бланкеты и тормозятся водой. Из-за чего она нагревается. Сами бланкеты защищают всю остальную махину от теплового, рентгеновского и уже упомянутого нейтронного излучения плазмы.

Такая система необходима для того, чтобы продлить срок работы реактора. Каждый бланкет весит порядка 4,5 тонны, их будет менять роботизированная рука примерно раз в 5—10 лет, так как этот первый ряд обороны будет подвержен испарению и нейтронному излучению.

Но это далеко не все. К камере присоединяется внутрикамерное оборудование, термопары, акселерометры, уже упомянутые 440 блоков бланкетной системы, системы охлаждения, экранирующий блок, дивертор, магнитная система из 48 элементов, высокочастотные нагреватели плазмы, инжектор нейтральных атомов и т. д. И все это находится внутри огромного криостата высотой 30 метров, имеющего такой же диаметр и объем 16 тыс. кубометров. Криостат гарантирует глубокий вакуум и ультрахолодную температуру для камеры токамака и сверхпроводящих магнитов, которые охлаждаются жидким гелием до температуры –269 градусов по Цельсию.

Производство всего этого оборудования разделено между странами-участницами. Например, над частью бланкетов работают в России, над корпусом криостата — в Индии, над сегментами вакуумной камеры — в Европе и Корее.

Но это отнюдь не быстрый процесс. К тому же права на ошибку у конструкторов нет. Команда ITER сперва моделирует нагрузки и требования к элементам конструкции, их испытывают на стендах (например, под воздействием плазменных пушек, как дивертор), улучшают и дорабатывают, собирают прототипы и опять тестируют перед тем, как выдать финальный элемент.

Но одно дело собрать. И совсем другое — все это обслуживать. Из-за высокого уровня радиации доступ к реактору заказан. Для его обслуживания разработано целое семейство роботизированных систем. Часть будет менять бланкеты и кассеты дивертора (весом под 10 тонн), часть — управляться удаленно для устранения аварий, часть — базироваться в карманах вакуумной камеры с HD-камерами и лазерными сканерами для быстрой инспекции. И все это необходимо делать в вакууме, в узком пространстве, с высокой точностью и в четком взаимодействии со всеми системами. Задачка посложнее ремонта МКС.

Причем это только часть оборудования самого реактора. Добавьте сюда здание криокомбината, где будут вырабатывать жидкий азот и гелий, здание выпрямителей магнитной системы с трансформаторами, трубопроводы системы охлаждения (диаметром по 2 метра), систему сброса тепла с 10 вентиляторными градирнями и многое-многое другое. На все это и идут миллиарды.

Зачем нужен ITER и кто за него платит?

Токамак ITER станет первым термоядерным реактором, который будет вырабатывать больше энергии, чем необходимо для нагрева самой плазмы. К тому же он сможет поддерживать ее в стабильном состоянии намного дольше ныне существующих установок. Ученые утверждают, что именно для этого и нужен столь масштабный проект.

С помощью такого реактора специалисты собираются преодолеть разрыв между нынешними небольшими экспериментальными установками и термоядерными электростанциями будущего. Например, рекорд по термоядерной мощности был установлен в 1997 году на токамаке в Британии — 16 МВт при затраченных 24 МВт, тогда как ITER конструировали с прицелом на 500 МВт термоядерной мощности от 50 МВт вводимой тепловой энергии.

На токамаке будут испытаны технологии нагрева, контроля, диагностики, криогеники и дистанционного обслуживания, то есть все методики, необходимые для промышленного образца термоядерного реактора.

Объемов мирового производства трития будет недостаточно для электростанций будущего. А потому на ITER отработают также технологию размножающегося бланкета, содержащего литий. Из него под действием термоядерных нейтронов и будут синтезировать тритий.

Однако не стоит забывать, что это пускай и дорогой, но эксперимент. Токамак не будет оборудован турбинами или другими системами конвертации тепла в электричество. То есть коммерческого выхлопа в виде непосредственной генерации энергии не будет. Почему? Потому что это только усложнило бы проект с инженерной точки зрения и сделало бы его еще более дорогим.

Схема финансирования довольно запутанная. На стадии строительства, создания реактора и прочих систем комплекса примерно 45% расходов несут страны Евросоюза, остальные участники — по 9%. Однако бóльшая часть взносов — это «натура». Большинство компонентов поставляются в ITER напрямую от стран-участниц.

Они прибывают во Францию по морю, а из порта к стройплощадке доставляются по дороге, специально переделанной французским правительством. На 104 км «Пути ITER» страна потратила 110 млн евро и 4 года работы. Трасса была расширена и усилена. Дело в том, что до 2021 года по ней пройдут 250 конвоев с огромными грузами. Самые тяжелые детали достигают 900 тонн, самые высокие — 10 метров, самые длинные — 33 метра.

Пока ITER не ввели в эксплуатацию. Однако уже существует проект электростанции DEMO на термоядерном синтезе, задача которой как раз и продемонстрировать привлекательность коммерческого использования технологии. Этот комплекс должен будет непрерывно (а не импульсно, как ITER) генерировать 2 ГВт энергии.

Сроки реализации нового глобального проекта зависят от успехов ITER, но по плану 2012 года первый пуск DEMO произойдет не раньше 2044 года.

Читайте также:

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Термоядерный ракетный двигатель

Термоядерный ракетный двигатель (ТЯРД) — перспективный ракетный двигатель для космических полётов, в котором для создания тяги предполагается использовать истечение продуктов управляемой термоядерной реакции или рабочего тела, нагретого за счёт энергии термоядерной реакции.

Содержание

  • 1 Принцип работы и устройство ТЯРД
    • 1.1 ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы
    • 1.2 ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор)
  • 2 Типы реакций и термоядерное топливо
    • 2.1 Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T)
    • 2.2 Реакция дейтерий + гелий-3
    • 2.3 Другие виды реакций
  • 3 История, современное состояние и перспективы разработок ТЯРД
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки

Принцип работы и устройство ТЯРД [ править | править код ]

В настоящее время предложены 2 варианта конструкции ТЯРД:

ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы [ править | править код ]

В первом случае принцип действия и устройство ТЯРД выглядят следующим образом: основной частью двигателя является реактор, в котором происходит управляемая реакция термоядерного синтеза. Реактор представляет собой полую «камеру» цилиндрической формы, открытую с одной стороны, т. н. установку термоядерного синтеза схемы «открытая ловушка» (также именуемую «магнитная бутылка» или пробкотрон). «Камера» реактора вовсе не обязательно (и даже нежелательно) должна быть цельно-герметичной, скорее всего она будет представлять собой легкую размеростабильную ферму, несущую катушки магнитной системы. В настоящее время наиболее перспективной считается схема т. н. «амбиполярного удержания» или «магнитных зеркал» (англ. tandem mirrors ), хотя возможны и другие схемы удержания: газодинамические ловушки, центробежное удержание, обращенное магнитное поле (FRC). По современным оценкам, длина реакционной «камеры» составит от 100 до 300 м при диаметре 1-3 м. В камере реактора создаются условия, достаточные для начала термоядерного слияния компонентов выбранной топливной пары (температуры порядка сотен миллионов градусов, факторы критерия Лоусона). Термоядерное топливо — предварительно нагретая плазма из смеси топливных компонентов — подаётся в камеру реактора, где и происходит постоянная реакция синтеза. Генераторы магнитных полей (магнитные катушки той или иной конструкции), окружающие активную зону, создают в камере реактора поля большой напряжённости и сложной конфигурации, которые удерживают высокотемпературную термоядерную плазму от соприкосновения с конструкцией реактора и стабилизируют происходящие в ней процессы. Зона термоядерного «горения» (плазменный факел) формируется по продольной оси реактора. Полученная плазма, направляемая магнитными управляющими системами, истекает из реактора через сопло, создавая реактивную тягу.

Читать еще:  Большой пробег двигателя какое масло нужно заливать

Следует отметить возможность многорежимности ТЯРД. Путём впрыска в струю плазменного факела относительно холодного вещества можно резко повысить общую тягу двигателя (за счет снижения удельного импульса), что позволит кораблю с ТЯРД эффективно маневрировать в гравитационных полях массивных небесных тел (например больших планет) где зачастую требуется большая общая тяга двигателя. По общим оценкам, ТЯРД такой схемы может развивать тягу от нескольких килограммов вплоть до десятков тонн при удельном импульсе от 10 тыс. сек до 4 млн. сек. Для сравнения, показатель удельного импульса наиболее совершенных химических ракетных двигателей — порядка 450 сек.

ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор) [ править | править код ]

Двигатель второго типа — инерционный импульсный термоядерный двигатель. В реакторе такого двигателя управляемая термоядерная реакция проходит в импульсном режиме (доли мкс с частотой 1-10Гц), при периодическом обжатии и разогреве микромишеней (топливных «таблеток»), содержащих термоядерное топливо. Первоначально предполагалось использовать лазерно-термоядерный двигатель (ЛТЯРД). Такой ЛТЯРД предлагался, в частности, для межзвёздного автоматического зонда в проекте «Дедал». Его основой и был реактор, работающий в импульсном режиме. В сферическую камеру реактора подаётся топливная таблетка с термоядерным топливом (например, дейтерий и тритий) — сложная конструкция сфер из смеси замороженных топливных компонентов в оболочке диаметром несколько миллиметров. На внешней части камеры находятся мощные — порядка сотен тераватт — лазеры, наносекундный импульс излучения которых через оптически прозрачные окна в стенах камеры попадает на топливную таблетку. При этом на поверхности топливной таблетки создается зона с температурой более 100 млн. градусов при давлении в миллионы атмосфер — условия, достаточные для начала термоядерной реакции. Происходит термоядерный микровзрыв мощностью в несколько сотен килограммов в тротиловом эквиваленте. Частота таких взрывов в камере в проекте «Дедал» — порядка 250 в секунду, что требовало подачи топливных мишеней со скоростью более 10 км/с при помощи электромагнитной пушки. Расширяющаяся плазма вытекает из открытой части камеры реактора через сопло соответствующей конструкции, создавая реактивную тягу. На сегодняшний день уже теоретически и практически доказано, что лазерный метод обжатия и разогрева топливных таблеток — тупиковый путь: невозможно построить лазеры такой мощности с достаточным ресурсом. Поэтому в настоящее время для инерциального синтеза рассматривается вариант с ионно-пучковым обжатием и нагревом топливных таблеток, как более эффективный, компактный и с гораздо большим физическим ресурсом. Тем не менее, в Ливерморской национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса с 2013 года более четырёх раз в процессе экспериментов на 192 лазерной установке National Ignition Facility получили энергии больше, чем было затрачено для инициации реакции [1].

Однако есть мнение, что инерционно-импульсный ТЯРД получится слишком громоздким из-за очень больших циркулирующих в нём мощностей при худших, чем у ТЯРД с магнитным удержанием, удельном импульсе и тяге, что вызвано импульсно-периодическим характером его действия. Идеологически к ТЯРД на инерционно-импульсном принципе примыкают взрыволёты на термоядерных зарядах типа проекта «Орион».

Типы реакций и термоядерное топливо [ править | править код ]

ТЯРД может использовать различные виды термоядерных реакций в зависимости от вида применяемого топлива. В частности, на настоящее время принципиально осуществимы следующие типы реакций:

Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T) [ править | править код ]

2 H + 3 H = 4 He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ

Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты относительно дёшевы. Недостаток её — весьма большой выход нежелательной (и бесполезной для прямого создания тяги) нейтронной радиации, уносящей большую часть выходной энергии реакции и, как следствие, резко снижающей КПД двигателя. Тритий радиоактивен, период его полураспада — около 12 лет. То есть долговременное хранение трития невозможно. В то же время, возможно окружить дейтериево-тритиевый реактор оболочкой, содержащей литий: последний, облучаясь нейтронным потоком, превращается в тритий, что в известной степени замыкает топливный цикл, поскольку реактор работает в режиме размножителя (бридера). Таким образом, топливом для D-T-реактора фактически служат дейтерий и литий.

Реакция дейтерий + гелий-3 [ править | править код ]

2 H + 3 He = 4 He + p. при энергетическом выходе 18,3 МэВ

Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3, кроме того, редкий и чрезвычайно дорогой изотоп. В промышленных масштабах на настоящее время не производится. Кроме того, что энергетический выход этой реакции выше, чем у D-T-реакции, она имеет следующие дополнительные преимущества:

  • Сниженный нейтронный поток (реакцию можно отнести к «безнейтронным»),
  • Меньшая масса радиационной защиты,
  • Меньшая масса магнитных катушек реактора.

При реакции D- 3 He в форме нейтронов выделяется всего около 5% мощности (против 80% для D-T). Около 20% выделяется в форме рентгеновского излучения. Вся остальная энергия может быть непосредственно использована для создания реактивной тяги. Таким образом, реакция D-3He намного более перспективна для применения в реакторе ТЯРД.

Другие виды реакций [ править | править код ]

Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо) D + D —> 3 He + n при энергетическом выходе 3,3 МэВ, и

D + D —> T + p+ при энергетическом выходе 4 МэВ. Нейтронный выход в этой реакции весьма значителен.

Возможны и некоторые другие типы реакций:

p + 6 Li → 4 He (1,7 MeV) + 3 He (2,3 MeV) 3 He + 6 Li → 2 4 He + p + 16,9 MeV p + 11 B → 3 4 He + 8,7 MeV

Нейтронный выход в указанных выше реакциях отсутствует.

Выбор топлива зависит от многих факторов — его доступность и дешевизна, энергетический выход, лёгкость достижения потребных для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и прочее. Наиболее перспективны для осуществления ТЯРД так называемые «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и не может быть использован для создания тяги. Кроме того, нейтронная радиация порождает наведённую радиоактивность в конструкции реактора и корабля, создавая ещё одну опасность для экипажа. Реакция дейтерий-гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода.
В настоящее время предложена ещё одна концепция ТЯРД — с использованием малых количеств антиматерии в качестве катализатора термоядерной реакции.

История, современное состояние и перспективы разработок ТЯРД [ править | править код ]

Идея создания ТЯРД появилась практически сразу после осуществления первых термоядерных реакций (испытаний термоядерных зарядов). Одной из первых публикаций по теме разработки ТЯРД явилась изданная в 1958 году статья Дж. Росса. В настоящее время ведутся теоретические разработки таких видов двигателей (в частности, на основе лазерного термоядерного синтеза) и в целом — широкие практические исследования в области управляемого термоядерного синтеза. Существуют твёрдые теоретические и инженерные предпосылки для осуществления такого типа двигателя в обозримом будущем. Исходя из расчетных характеристик ТЯРД, такие двигатели смогут обеспечить создание скоростного и эффективного межпланетного транспорта для освоения Солнечной системы. Однако реальные образцы ТЯРД на момент 2020 года ещё не созданы.

VestiUral

  • Республика Башкортостан
  • Курганская область
  • Оренбургская область
  • Пермский край
  • Свердловская область
  • Тюменская область
  • Удмуртская Республика
  • Ханты-Мансийский автономный округ
  • Челябинская область
  • Ямало-Ненецкий автономный округ
  • Уральский федеральный округ
  • Россия
  • В мире

Последние новости

Ваше мнение

Как Вы оцениваете деятельность Губернатора Челябинской области Алексея Текслера?

Холодный ядерный синтез — будущее атомной энергетики

30 октября /ИП Вести Урала/. В настоящее время, когда исчерпаны возможности существующего технологического уклада и экономика промышленно развитых государств погружается в рецессию, а высвобождающиеся из устаревших производств капиталы накапливаются в финансовом секторе, что провоцирует финансовые пузыри и дальнейшее развитее кризиса, особенно остро встает вопрос о предмете вложения денег, о наиболее перспективных технологиях, сообщает ООН.рф.

Анализ предыдущих (с начала промышленной революции 18 века) пяти технологических укладов показывает, что, как правило, в комплекс базовых технически сопряженных производств, образущих ядро технологического уклада, в обязательном порядке входят источники энергии. Так, в ходе развития текстильной промышленности получили развитие водяные двигатели разных систем, появление парового двигателя привело к бурному развитию пароходостроения, железных дорог, черной металлургии и угольной промышленности. Изобретение электродвигателя вызвало к жизни все отрасли электроэнергетики и тяжелое машиностроение. Создание же двигателя внутреннего сгорания дало старт развитию автомобиле-, тракторо- и самолётостроеню, всем отраслям нефтегазового комплекса и космонавтики. Проникновение в энергию ядра вызвало к жизни ядерную энергетику, электронную промышленность и современные информационные технологии.

Осознавая, что в XXI веке запасы полезных ископаемых и возможности энергозатратных технологий исчерпаются, человечество уже с конца прошлого века приступило к поиску новых альтернативных источников энергии.

Одним из перспективных направлений, способных дать стартовый импульс шестому технологическому укладу, принципиально изменить систему производства и потребления энергоресурсов и, самое важное, — избавить человечество от страха перед радиоактивным заражением планеты, может стать процесс холодной трансмутации ядер, способный осуществить давнюю мечту людей — научиться одни вещества преобразовывать в другие.

Иван Степанович Филимоненко, создатель энергоустановок «Топаз-1» и «Топаз-2», которые были установлены на спутниках «Космос- 1818» и «Космос-1819», в 1957 году предложил новый способ получения энергии за счет реакции ядерного синтеза гелия из дейтерия. Поддержанный Игорем Васильевичем Курчатовым, Сергеем Павловичем Королевым и Георгием Константиновичем Жуковым, он в том же году создал реактор, который производил энергию в виде пара высокого давления, давал на выходе водород и кислород, а также подавлял радиацию. После смерти И. Курчатова разработку И. Филимоненко начали «ужимать», а после смерти С. Королёва вообще закрыли. Все работы по «теплому синтезу» были остановлены в 1968 году. Вскоре И. Филимоненко был посажен в тюрьму на 6 лет за деятельность против ядерных программ.

Читать еще:  Что с двигателями ракеты сатурн 5

Тем не менее, эта область науки продолжала развиваться учеными многих стран мира, в том числе Советского Союза и России.

Долгое время исследования учёных в области низкоэнергетических ядерных реакций (НЭЯР) не приводили ни к каким достойным результатам. И только в марте 1989 г. американцы Мартин Флейшман и Стэнли Понс объявили, что их электрохимические эксперименты привели к выделению дополнительной энергии при стандартных температуре и давлении. Открытие стало известным как «холодный ядерный синтез» (ХЯС), поскольку, по их словам, она выделяет энергию ядерного синтеза, как, скажем солнце, но при этом без выделения смертельной радиации. Это открытие вскоре было отвергнуто правительством США как ошибочное. Прнимечательно, что физикохимик С. Понс, будучи гражданином УССР, состоял экспертом по новейшим советским термоэмиссионным ядерным установкам и по долгу службы знал о работах И. Филимоненко. Именно его результаты, по всей видимости, С. Понс, по всей видимости, украл, и опубликовал в соавторстве с М. Флейшманом.

В 2009 году в экспериментах итальянского изобретателя Андреа Росси при поддержке его научного консультанта — физика и эмерита Серджо Фокарди — было получено почти десятикратное увеличение тепловой энергии по сравнению с потребленной. Главным выводом после завершения цикла испытаний стала возможность создания электронно-протонного реактора и освоения процессов так называемого «холодного термоядерного синтеза (ХТС)». В течение 2011-12 г.г. авторами открытия было проведено 7 публичных испытаний и демонстраций изобретения в Болонье (Италия) и одна в США. Несмотря на отрицание мировой научной мыслью возможности холодного термоядерного синтеза, ученые, присутствовавшие на испытаниях и демонстрациях аппарата, созданного Росси, сделали примерно один и тот же вывод: «Это работает, но еще есть основания для дальнейших измерений».

Академик Евгений Александров, член комиссии РАН по борьбе с лженаукой, в статье «Холодный ядерный синтез» от 24.06.2012 г. заявил по этому поводу: «Проект управляемого термоядерного реактора, выдвинутый Курчатовым 60 лет назад, сегодня представляется, пожалуй, ещё более отдаленной перспективой, чем это виделось в начале этих исследований. … Поиски условий протекания «холодного синтеза» сдвинулись… к сухим экспериментам, в которых осуществляется проникновение ядер дейтерия в кристаллическую структуру металлов переходных элементов – палладия, никеля, платины…. Я не связываю идею холодного синтеза с лженаукой. Этот процесс возможен».

Попытку теоретического объяснения процесса «холодного термоядерного синтеза» сделал преподаватель физики из американского университета Пердью Yeong E. Kim. Он заявил, что при условии, если катализатор энергии работает при температуре большей, чем температура Кюри никеля (3580С), и при давлении водорода 22 bar, слабое магнитное поле поверхности никеля может позволить двум соседним протонам объединить свои спины, чтобы сформировать коррелированное (синглетное) состояние с антипараллельными спинами, что предполагает различные ядерные трансформации.

Одним из первых, добившимся практических результатов в проведении холодного ядерного синтеза, был уроженец поселка Глотовка Инзенского района Ульяновской области, ныне гражданин Украины Борис Васильевич Болотов, советский ученый, изобретатель, кандидат, технических наук и ученик академика Андрея Сахарова.

Еще в начале 70-х годов прошлого века Б. Болотов заявил о возможности синтеза и деления ядер за счет электрических токов и магнитных полей, проходящих между ядрами и действующих одновременно, а так же разработал технологию практического применения этого открытия. В середине 80-х годов, отбывая срок в колонии строгого режима в г. Горловка Донецкой области он на основе обычного сварочного аппарата создал атомный реактор холодного синтеза и деления, используя который произвол отапливание зданий колонии и создание новых химических элементов.

В мае 1990 г. на учредительном собрании Русской академии и Всемирного фонда помощи ученым, новаторам, изобретателям и деятелям культуры Б.Болотов сделал доклад о главном открытии своей жизни – таблице, в которой содержится более 10 000 химических элементов. Таблица Болотовых (так она названа в честь соавторов – членов его семьи) экспонируется в музее имени Зелинского в Москве рядом с таблицей Дмитрия Менделеева.

Используя один из принципов антиэнтропийной физики (возможность изъятия энергии из окружающей среды с последующим ее фокусированием в точке и дальнейшим использованием), Б. Болотов разработал новый тип двигателя внутреннего сгорания весом 8 кг, который способен развивать мощность в 300 лошадиных сил.

К сожалению, ввиду ряда обстоятельств, открытия и изобретения Б. Болотова официальной наукой замалчиваются. Сегодня он ничего и никому не желает доказывать и предпочитает иметь дело с практиками – отечественными и зарубежными предпринимателями.

То, что исследования в области холодного термоядерного синтеза во всем мире тормозятся, а их результаты замалчиваются, является естественным и закономерным процессом. Компании, добывающие, транспортирующие и перерабатывающие нефть и газ, производящие двигатели внутреннего сгорания, научные коллективы, работающие в области плазменного термоядерного синтеза, да и руководители большинства государств, всеми правдами и неправдами стремятся на начальном этапе не допустить технологию ХЯС на рынок энергетики. Успешное освоение этой реакции, безусловно, повлечет за собой переворот не только в энергетике и технологиях, но и приведет к геополитическим изменениям в мире.

Однако брешь в круговой «обороне» энергетиков и их покровителей уже пробита. Так, США идею Росси после ее испытаний горячо поддержали и быстро свернули свою собственную программу. По состоянию на начало сентября 2013 г. в Массачусетском технологическом институте (МИТ), который в 1989 г. сыграл решающую роль в дискредитации холодного ядерного синтеза, уже 4 месяца демонстрируется прибор, работающий на ХЯС под аббревиатурой NANOR, который производит энергию на выходе в 14 раз превышающую энергию на входе.

С 1987 г. Италия, а с 2012 г Германия, ЮАР отказалась от дальнейшего разви¬тия ядерной энергетики, Швейцария, Бельгия, Венесуэла заявили о готовности в ближайшие 30 лет закрыть все свои АЭС. Причина здесь, вероятно, кроется не в авариях на АЭС в Чернобыле и на «Фукусима-1». Руководители этих государств, при принятии решений, прекрасно понимали, что возобновляемые источники не обеспечат их страны электроэнергией в нужном количестве, расчет делался на что-то другое.

В прошлом году А. Росси заявил, что открывает завод во Флориде, и американцы стали активно его поддерживать. Он получил уже и американский патент второй после итальянского. К нему выстроилась очередь из желающих приобрести такой генератор. Стоить он будет всего 500 долларов, гарантия дается на полгода. Через полгода приезжают с фирмы и за 10 долларов меняют картридж.

Как сообщил А. Росси, уже один генератор мощностью 1 МВт работает на американском военном объекте. Установка состоит из 52 параллельных модулей, помещенных в стандартный транспортный контейнер (5 м*2,6 м*2,6 м). Генератор Росси (E-CAT) потребляет небольшое количество порошка никеля и водорода (под давлением около 15 бар). Стоимость этой установки составляет 1,5 млн долларов, срок ее службы — 30 лет. Инженеры НАСА планируют в ближайшем будущем создать компактные реакторы ХТС, которые можно будет разместить в каждом доме, автомобиле и самолете. По заявлениям СМИ еще 3 зарубежные компании заявили о своей готовности с конца 2013 года начать выпуск продукции основанной на технологии ХЯС. Никель и водород, кстати, более энергоэффективные, дешевые и экологически чистые виды топлива, чем продукты нефти и газа при сжигании.

Переход большинства автомобильных гигантов к производству автомобилей с гибридными двигателями свидетельствует лишь только о том, что подготовка к переходу на новые источники энергии началась, а руководство США потребовало от своих корпораций выпуска не менее 50% автомобилей с такими двигателями.

Освоение реакции ХЯС, безусловно, приведет к изменению в технологиях:

— произойдет замена полупроводников сверхпроводниками и сверхизоляторами. Электронная промышленность перейдет на производство новой элементной базы и создание «цветной электроники»;

— начнется изготовление новых сверхъёмких, «вечных» и малогабаритных источников питания для РЭА, средств связи, телевидения и бытовой техники;

— будет развернуто изготовление малогабаритных сверхмощных сверхпроводящих электродвигателей и источников питания для автомобильного и железнодорожного транспорта;

— начнется создание термоядерных установок, альтернативных безопасных источников энергии на основе LENR;

— найдет применение в медицинских проектах по созданию медицинских томографов и диагностических приборов;

— ускорит решение проблемы создания левитирующих установок и устройств для космического транспорта;

— обеспечит создание молекулярных конструкторов и роботов для производства новых наноматериалов с заданными свойствами;

— произойдет значительное увеличение потребления в мире никеля и его сплавов.

В статье «Глобальная война или мировая революция?» опубликованной в газете «Завтра», Шамиль Султанов утверждает: «Мы вступили в пограничную зону, которая связывает настоящее с приближающимся будущим — шестым технологическим укладом, контуры которого начинают угрожающе кое-где просвечивать. «

В период с 1770 г. и до начала ХХ века мировым лидером была Великобритания, которая раньше других государств, освоив ключевой фактор, своевременно перестраивала свой технологический уклад. С начала ХХ века мировое лидерство перешло к США, перехватившим лидерство в использовании электричества, двигателя внутреннего сгорания и освоении ядерных технологий.

Обращает на себя внимание, что 22 сентября 2014 года, как в зарубежных так и в российских СМИ появилась информация о том, что представители Фонда «Братьев Рокфеллеров» заявили о намерении наследников Джона Д.Рокфеллера отказаться от активов, связанных с добычей нефти и других видов ископаемого топлива.

Руководителям всех рангов было бы неплохо помнить и понимать опыт фирмы “Kodak”, которая в 1967 г. разработала первый цифровой фотоаппарат, но задержалась с его производством. В 2004 г. акции компании исключили из состава индекса Dow Jonts. В 2006 г. производство цифровых фотоаппаратов было передано сингапурской компании, а в 2009 г. “Kodak” и вовсе прекратила выпуск своей знаменитой пленки Kodakchrome.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector