Файл: Плазма и управляемые термоядерные реакции библиография..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 03.11.2024

Просмотров: 15

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

9

0,7 процента. В последние годы физики научились использовать в основную массу урана — уран-238. В тех же ядерных реакторах под. влиянием облучения нейтронами уран-238 превращается в новый хи­ мический элемент — плутоний, который по своим свойствам атомного горючего подобен урану-235. Но даже и это превращение урана це­ ликом в атомное горючее способно отодвинуть урановый голод на непродолжительное время.

А почему для добычи энергии не использовать ядра элементов,, находящиеся в начале таблицы Менделеева (водород, гелий и др.) и более распространенные в природе, чем уран?

Оказывается, чтобы использовать эти легкие элементы, необхо­ димо осуществить реакцию ядерного синтеза, применяя в качестве ядерного горючего дейтерий и тритий — ядра тяжелого и сверхтя­ желого водорода. Энергию, выделяющуюся при таком синтезе, уче­ ные назвали термоядерной.

Дейтерий — сырье будущего термоядерного реак­ тора — содержится как постоянная примесь в любой воде. Общее количество дейтерия в Мировом океане равно 5-1013т. Оно эквивалентно запасу энергии 1024 квт. ч. Чтобы получить это количество энергии обычным путем, миллиону таких гидроэлектростан­

ций, как Красноярская, нужно

непрерывно работать

в течение ста миллионов лет.

 

Представление о термоядерной энергии

можно получить из

книги:

 

Балабанов Е. М.

Термоядерные реакции. М., Воениздат, 1963. 87 с. с илл. (Науч.-попул. б-ка).

Реакция соединения дейтерия с тритием, в результате которой образуется обычный гелий, проходит лишь при очень высоких тем­ пературах. Для термоядерной плазменной смеси из дейтерия и три­

10

тия эта температура составляет около 30 миллионов градусов. Как получить такую температуру и подвести энергию к плазме, заставив ее воспринять эту энергию? Иначе, как нагреть сырье термоядерного реактора до температур, при которых начинается слияние легких ядер? На эти вопросы отвечает автор книги. О механике ядерных и термоядерных реакций, о возможности осуществления искусствен­ ной термоядерной реакции узнает читатель из этой книги.

Допустим, мы получили горячее звездное вещество. Стенки ■какого сосуда могли бы удержать его? И возможно ли это вооб­

ще?

Известен рассказ об изобретателе, работавшем над созданием такого универсального растворителя, в котором растворялось бы любое вещество. Эдисон, которому изобретатель поведал свои пла­ ны, спросил:

Интересно, в чем бы вы стали хранить такой растворитель?

Вконструировании сосуда для плазмы сверхвысокой темпера­ туры и заключается огромная трудность.

Принципы этого конструирования подробно изложены в книге;

Калинин В. Ф.

Термоядерный реактор будущего. Рассказ о том, как ученые стремятся овладеть термоядерным синтезом—• неисчерпаемым источником энергии. М., Атомиздат, 1966. 205 с. с илл. (Науч.-попул. б-ка).

Температура плазмы превосходит температуру плавления и ки­ пения любых веществ. Правда, количество тепла, выделяющегося в достаточно разреженной плазме даже при таких температурах, не расплавит стенок камеры: тепловой энергии, заключенной в литре плазмы, разреженной до давления в одну тысячную долю атмосфе­ ры при ее нагреве до нескольких сот миллионов градусов, едва хва­ тит, чтобы вскипятить стакан воды. Здесь важно не то, что плазма нагревает стенки, а то, что стенки охлаждают плазму. Изоляция плазмы от стенок должна существенно уменьшать число ударов ча-


11

стид плазмы в стенки камеры. А удерживать и «хранить» плазму некоторое минимальное время необходимо, чтобы повысить вероят­ ность возникновения реакций между частицами.

В пятидесятых годах ученые предложили использовать для удер­ жания плазмы магнитное поле. Они надеются довести плазму до термоядерных плотностей и температур тогда, когда потери плазмы и энергетические потери будут минимальными.

Чтобы читатель мог получить представление о том, чего доби­ лись, что делают и над чем думают ученые, автор приглашает со­ вершить воображаемую экскурсию по термоядерным лабораториям мира.

СССР занимает одно из первых мест в этих исследованиях. Очень значительны усилия и успехи американских ученых. Ученые Западной Европы, занимающиеся исследованиями на термоядерных установках Англии, Франции, ФРГ, Италии, составляют следующий ряд специалистов, о работе которых рассказывает автор.

Чтобы не запутаться в разнообразии лабораторий и географиче­ ских точек, «экскурсия» совершается по отдельным направлениям

наследования,

где

рассматриваются наиболее типичные

установ­

ки независимо

от

того, в каком городе или лаборатории

они на­

ходятся.

 

 

 

Для термоядерной реакции нужна плотная плазма, содержащая много миллиардов частиц в кубическом сантиметре. Движение та­ кого множества заряженных частиц создает электрические токи, воз­ мущающие магнитное поле. Такое поле, в свою очередь, возмущает плазму, а плазма еще сильнее возмущает поле. Возникает механизм, который в физике называется неустойчивостью. До недавнего вре­ мени удавалось удержать плазму в магнитных ловушках в течение около десяти тысячной доли секунды. Борьба с неустойчивостью была основной задачей физики плазмы. О том, как советским уче­ ным удалось преодолеть эту неустойчивость и впервые в истории термоядерных исследований получить спокойную устойчивую плаз­ му, рассказывается в статье:

12

Франк-Каменецкий Д. А.

Устойчивая плазма.— В сб.:- В глубь атома. М., «Нау­ ка», 1964, с. 350—352.

«Трудно сейчас оценить все практическое значение этого Откры­ тия. Та устойчивая плазма, которая уже получена на опыте, имеет еще слишком малую плотность для заметного выхода термоядер­ ной реакции. Но задача, которая до сих пор казалась наиболее труд­ ной, успешно разрешена. Теперь уже не вопрос о неустойчивости становится центральным в термоядерной проблеме, а такие техниче­ ские задачи, как повышение плотности плазмы, очистка ее от загряз­ нений и т. д.».

В Советском Союзе идея использования магнитной ловушки в виде прямого цилиндра с продольным магнитным полем, усиливаю­ щимся к концам, была высказана и обоснована в 1953 г. Большая магнитная ловушка этого типа, известная под названием «Огра», бы­ ла построена в Институте атомной энергии им. И. Н. Курчатова. Описание ее шы найдете в статье:

Панов Д. А., Семашко Н. Н.

Термоядерные магнитные ловушки.— В сб.: В глубь атома. М., «Наука», 1964, с. 353—363.

В наши дни уже зарождается плазменная энергетика. Проводимость плазмы значительно превышает проводимость ме­

таллов, даже меди, поэтому плазма может заменить в электриче­ ских машинах медные проводники.

В самом простейшем виде такой генератор представляет собой прямоугольную трубу, по которой движется плазма. Скорость ее очень велика, она значительно превышает скорости современных ис­ требителей. Труба с движущейся плазмой помещается в сильное магнитное поле. При пересечении плазмой силовых линий магнит­ ного поля в ней возникает электродвижущая сила. Плазменные ге­ нераторы служат для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.

*


13

Преимущества подобного генератора очевидны — отпадают

вра­

щающиеся части, доставляющие столько хлопот энергетикам.

 

Плазма и магнит — основные

рабочие элементы

МГД-генерато-

ра. Известно, что газ

практически

не

проводит электрический

ток,

так как представляет

собой изолятор.

А для того

чтобы газ

стал

проводником и перешел в состояние плазмы, необходимо нагреть его до температуры порядка 2500—3000 градусов. Как достигается это в МГД-генераторе? В камеру генератора подается газ, нагретый до 2000 градусов, и впрыскивается топливо. При сгорании топлива тем­ пература в камере поднимается до 2500 градусов. А при такой тем­ пературе газ не только ионизируется, превращаясь в плазму, но и получает запас энергии для истечения с большой скоростью.

Об МГД-установках написана статья:

Латышев В.

Плазма, магнит и фантазия.— «Техника — молоде­ жи», 1967, № 3, с. 2—4.

Познакомив с тем, что представляют собой плазма и магнит, ис­ пользуемые в МГД-генераторах, автор рассматривает физические ус­ ловия и величины, от которых зависит производительность и мощ­ ность установки. Раздел «Немного фантазии» знакомит со смелыми проектами МГД-генераторов, использующих магнитное поле Земли и плазменные ветры, обнаруженные над Землей на очень большой высоте. Но для этого нужны электроды, которые могли бы отводить энергию с такой высоты.

Более подробные сведения об удивительных устройствах совре­

менной

электроэнергетики — МГД-генераторах

вы найдете

в книге:

Урусов

И, Д,

 

 

 

МГД-генераторы. М., «Наука»,

1966. 175

с. с илл.

(Акад. наук СССР. Науч.-попул. серия).

Эта книга написана сложнее, чем предыдущая статья. Автор из­ лагает элементарную теорию магнитогазодинамического метода пре­ образования тепловой энергии в электрическую. Можно прочитать о


14

физических свойствах плазмы, о проблеме создания магнитного по­ ля, познакомиться с характеристиками различных типов МГД-гене- раторов и их применением.

Есть все основания полагать, что атомные элект­ ростанции с МГД-генераторами будут иметь коэффи­ циент полезного действия до 60%. В то же время са-< мые экономичные современные паросиловые установ­ ки дают коэффициент, не превышающий 40%.

О том, как ученые и инженеры различных стран трудятся над разработкой устройств, позволяющих преобразовать тепловую, хи­ мическую, ядерную и термоядерную энергию в самую удобную для передачи и использования форму энергии — электрическую, об МГД-генераторах, их настоящем и будущем рассказывается в кни­ гах, рекомендованных в библиографическом пособии:

Самохвалова Л. С.

МГД-генераторы. Рек. обзор литературы. М., «Кни­ га», 1969. 14 с. (Гос. б-ка СССР им. В. И. Ленина. Центральная политехи, б-ка. Новое в науке и техни­ ке. Вып. 26).

С недавнего времени плазма попала и в сферу интересов хими­ ческой науки. Если физикам нужны температуры во многие миллио­ ны градусов, то химики довольствуются несколькими десятками ты­ сяч. В литературе такую плазму называют низкотемпературной, а в обиходе — «холодной».

В своем стремлении всячески активизировать промышленные процессы химики издавна пользуются испытанным средством — вы­ сокими температурами. С этой точки зрения плазма открывает почти неисчерпаемые возможности. Еще недавно считалось, что за опреде­ ленным порогом высоких температур вещество ждет только разруше­ ние. Однако действительная картина оказалась значительно сложнее: наряду с разрушением в плазме шли процессы образования новых химических соединений. Более того: подчас эти процессы рождали

»

15

«экзотические» вещества, не существующие при обычных температур рах, соединения, для которых в химической терминологии даже не было общепринятых наименований. Так возникла новая отрасль науки — плазмохимия, одним из ведущих центров которой стала ла­ боратория Института нефтехимического синтеза Академии наук

СССР.

Об этом новом направлении в химии рассказывается в статьях;

Полак Л. С., Гуляев Г. В. и Щипачев В. С, Химия плазмы. — «Природа», 1967, № 7, с. 24<—31.

Плазмохимические процессы происходят в атмосферах звезд, в- верхних слоях земной атмосферы; они имели большое значение при формировании Земли. Поэтому изучение закономерностей плазмохи-

мии существенно для познания Вселенной

и решения многочислен­

ных технических задач на Земле.

,

Из этой статьи читатель узнает о том,

в чем особенность плаз-

мохимии, как получают низкотемпературную плазму, как ее изуча­ ют и используют.

Луначарская И., Щипачев В.

«Холодная» плазма.— «Наука и жизнь», 1967, № 7, с. 33—39.

Устройства, с помощью которых плазма образует новые химиче­ ские соединения, называются плазмотронами. С их различными ти­ пами знакомит настоящая статья.

В ней, в частности, говорится, что первые технические победы, первые принципиальные теоретические решения, первые методы плаз­ мохимических превращений свидетельствуют о том, что «на рубеже ближайших десятилетий «холодная» плазма способна произвести ре­ волюцию во многих областях химической индустрии».

Несколько лет назад советская геофизическая ракета доставила

на большую высоту автоматическую лабораторию «Янтарь-1», кото­ рая позволила исследовать условия работы газового электрореак-

тивного (плазменно-ионного) двигателя в ионосфере.


16

Особенности этого двигателя заключаются в том, что в качестве рабочего тела он может потреблять любое газообразное вещество. Атомы газа просто разгоняются в сильном электрическом поле, по­ добно заряженным частицам в современном ускорителе. Не в столь уж отдаленном будущем, вероятно, потребуются гиперзвуковые и ор­ битальные лайнеры с плазменными двигателями, способные совер­ шать сверхдальние высотные рейсы между материками.

Алфавитный указатель книг и статей, включенных в обзор 1

Арцимович Л. А. Элементарная физика плазмы

5

 

Балабанов Е. М. Солнце на Земле

6

 

 

 

 

Балабанов Е. М. Термоядерные реакции

9

 

 

 

Калинин В. Ф. Термоядерный реактор будущего

10

 

*

Латышев В. Плазма, магнит и фантазия

13

 

 

Лободенко В. И. Лазерные методы диагностики плазмы 7

 

*

Луначарская И., Щипачев В. «Холодная»

плазма 15

 

Остапченко Е. Чудесные лучи

8

 

 

 

 

 

*

Панов Д. А., Семашко Н. Н.

Термоядерные

магнитные

ло­

вушки. 12

 

 

 

 

 

 

*

Полак Л. С., Гуляев Г. В. и Щипачев В. С. Химия плазмы

15

Рыдник В. И. Четвертое состояние вещества

3

 

Самохвалова Л. С. МГД-генараторы 14

 

 

 

 

Урусов И. Д. МГД-генераторы

13

 

 

 

 

Фомин Б. В. От искры до лазера

7

 

 

 

 

Франк-Каменецкий Д. А. Плазма — четвертое состояние веще­

ства.

5

 

 

 

 

 

 

*

Франк-Каменецкий Д. А. Устойчивая плазма

12

 

1

Статьи отмечены звездочкой..

 

 

 

 

 

 

I