Когда будет термояд: 500-мегаваттный проект iter глазами участника

Тема недели: термоядерный реактор ITER

28 июля 2020 года в исследовательском центре Кадараш во Франции начали собирать экспериментальный термоядерный реактор типа токамак — сокращенно от «тороидальная камера с магнитными катушками». Строительство реактора планируют завершить в 2025 году. В проекте ITER участвуют ЕС, Индия, Китай, Южная Корея, Россия, США и Япония.

Термоядерный синтез — это реакция, в ходе которой легкие атомы объединяются в более тяжелые. В результате высвобождается энергия. Такой процесс постоянно происходит на Солнце и других звездах. Если ученые смогут построить работающий реактор, люди получат источник неограниченной и «зеленой» энергии.

Сам токамак по форме похож на полый бублик, из которого откачали воздух. В качестве топлива для реактора используют изотопы (подвиды) водорода дейтерий и тритий. Их помещают в токамак и с помощью электрического тока разогревают до температуры в несколько млн градусов. Тогда водород превращается в плазму — заряженный газ, в котором электроны оторваны от ядер атомов. Вся эта масса удерживается внутри реактора при помощи очень мощных магнитов. При температуре 150 млн °C (в десять раз жарче, чем на Солнце) начинается термоядерная реакция. Дейтерий и тритий сливаются и образуют атом гелия-4 и один нейтрон. Нейтроны вылетают за пределы магнитной ловушки и, сталкиваясь со стенками реактора, нагревают воду внутри них. В результате образуется пар, который вращает турбины.

Макет реактора ITER

(Фото: ITER)

Первую плазму на реакторе ITER планируют получить сразу после окончания строительства, в 2025 году. Однако эксперименты с термоядерной реакцией проведут только в 2035 году. Если они пройдут успешно, начнется выпуск термоядерных реакторов DEMO, которые можно будет использовать в коммерческих целях. ITER не единственный в мире проект, цель которого — получить термоядерную энергию. Токамаки есть в Китае, Великобритании и США.

Некоторые компании предлагают и другие типы реакторов. Основной конкурент токамака — стеллератор Wendelstein 7-X, который построили в Институте физики плазмы им. Макса Планка в немецком Грайфсвальде. Если токамак удерживает плазму в центре при помощи мощных магнитов, то стеллератор делает это благодаря своей сложной форме, напоминающей объемную ленту Мебиуса.

Макет стеллератора. Желтым показана плазма, синим — магнитное поле

(Фото: Max-Planck Institut für Plasmaphysik)

Американский стартап TAE Technologies (ранее Tri Alpha Energy) предложил реактор вытянутой формы. В качестве топлива компания использует водород и бор-11. При взаимодействии эти химические элементы не образуют нейтроны, а значит, не создают радиацию. Топливо на большой скорости подается в реактор с двух сторон. От столкновения оно нагревается и превращается в плазму. Минус такого устройства в том, что для его работы нужна очень высокая температура, примерно в 3 млрд °C.

Еще один вид реактора разрабатывает канадская компания General Fusion. Он представляет собой сферу, внутри которой находится расплавленный свинец. К устройству подключены паровые молотки, которые синхронно бьют по сплаву. В металле есть небольшой желобок, в который загружают горячую смесь дейтерия и трития. При каждом ударе молотков происходит микровзрыв, который провоцирует термоядерную реакцию.

Индустрия 4.0

Что такое индустрия 4.0 и что нужно о ней знать

Конструкции

Звездагораздо более тяжелые элементыТермоядерная (водородная) бомбаЛинейные ускорителиТокамакпроект ITER

1. Нестабильность плазмы. Разряд норовит где-то становится тоньше, где-то — толще, вплоть до разрыва кольца (с прекращением тока) или касанием стенок. С проблемой боролись увеличением размеров камеры, добавлением полоидального магнитного поля (вокруг вертикальной оси камеры).
2. Тритий — дорог, и его нужно много для производства энергии. Если мы единственный нейтрон, образующийся в реакции D+T с помощью лития-6 конвертируем в 1 атом трития — за счет неизбежных потерь нейтронов трития будет все меньше и меньше. Необходимо использовать размножение нейтронов — используя например литий-7 или свинец, которыми нужно обложить внутреннюю стенку реактора (бланкет), и доставать оттуда как-то тритий.
3. Мощное нейтронное излучение : на ту же вырабатываемую мощность нейтронный поток в ~5-10 раз больше, чем у обычных ядерных реакторов, и сами нейтроны имеют намного большую энергию. Это значит, что если конструкцию реактора сделать из тех же материалов, то срок службы у нее будет 5 лет, а не 50 (как у обычных реакторов).
4. Поскольку плазма с огромной температурой теряет много энергии на излучение, а камера должна быть большой для обеспечения стабильности — минимальная мощность реактора получается большой, сотни мегаватт.

СтеллараторNIF — National Ignition Facilityпочти все готовоSandy Z-machineDense Plasma Focus — DPFLevitated Dipole«вывернутый» токамакFarnsworth–Hirsch fusorPolywellМюонный катализ«Холодный» термоядерный синтез

Физики и химики

Но вернёмся к «забракованному» открытию Флешмана и Понса. Все их коллеги заявляют, что всё-таки удалось создать условия, где атомы дейтерия подчиняются волновым эффектам, ядерная энергия высвобождается в виде тепла в соответствии с теорией квантовых полей. Последняя, кстати, прекрасно разработана, но адски сложна и к описанию каких-то конкретных явлений физики с трудом приложима. Именно поэтому, наверное, люди не хотят её доказывать. Флешман демонстрирует выемку в бетонном полу лаборатории от взрыва, случившегося, как он утверждает, от холодного термояда. Однако физики химикам не верят. Интересно, почему?

Ведь сколько возможностей для человечества закрываются с прекращением исследований в этом направлении! Проблемы же просто глобальные, и их много. И все они требуют решения. Это экологически чистый источник энергии, посредством которого можно было бы дезактивировать громадные объёмы радиоактивных отходов после работы атомных электростанций, опреснять морскую воду и много чего ещё. Если бы освоить выработку энергии способом превращения одних элементов таблицы Менделеева в совершенно другие без использования для этой цели потоков нейтронов, которые создают наведённую радиоактивность. Но наука официально и сейчас считает невозможным превращение каких-либо химических элементов в совершенно другие.

Разработка и первые испытания водородной бомбы

В результате тщательного теоретического анализа, специалисты из СССР и США пришли к выводу, что смесь дейтерия и трития позволяет легче всего запускать реакцию термоядерного синтеза. Вооружившись этими знаниями, учёные из США в 50-х годах прошлого века принялись за создание водородной бомбы. И уже весной 1951 года, на полигоне Эниветок (атолл в Тихом океане) было проведено тестовое испытание, однако тогда удалось добиться лишь частичного термоядерного синтеза.

Прошло ещё чуть более года, и в ноябре 1952 года было проведено второе испытание водородной бомбы мощностью порядка 10 Мт в тротиловом эквиваленте. Однако тот взрыв трудно назвать взрывом термоядерной бомбы в современном понимании: по сути, устройство представляло собой крупную ёмкость (размером с трёхэтажный дом), наполненную жидким дейтерием.

В России тоже взялись за усовершенствование атомного оружия, и первая водородная бомба проекта А.Д. Сахарова была испытана на Семипалатинском полигоне 12 августа 1953 года. РДС-6 (данный тип оружия массового поражения прозвали “слойкой” Сахарова, так как его схема подразумевала последовательное размещение слоёв дейтерия, окружающих заряд-инициатор) имела мощность 10 Мт. Однако в отличие от американского “трёхэтажного дома”, советская бомба была компактной, и её можно было оперативно доставить к месту выброски на территории противника на стратегическом бомбардировщике.

Приняв вызов, США в марте 1954 произвели взрыв более мощной авиабомбы (15 Мт) на испытательном полигоне на атолле Бикини (Тихий океан). Испытание стало причиной выброса в атмосферу большого количества радиоактивных веществ, часть из которых выпало с осадками за сотни километров от эпицентра взрыва. Японское судно “Счастливый дракон” и приборы, установленные на острове Рогелап, зафиксировали резкое повышение радиации.

Так как в результате процессов, происходящих при детонации водородной бомбы, образуется стабильный, безопасный гелий, ожидалось, что радиоактивные выбросы не должны превышать уровень загрязнения от атомного детонатора термоядерного синтеза. Но расчёты и замеры реальных радиоактивных осадков сильно разнились, причём как по количеству, так и по составу. Поэтому в руководстве США было принято решение временно приостановить проектирование данного вооружения до полного изучения его влияния на окружающую среду и человека.

Термоядерный реактор на антинаучной фигне[править]

Ну, тут всё просто: это холодный термоядерный синтез. Почему это невозможно — см. выше. Если же до вас не доходят фразы «звездная температура», «высокая энергия» и «термоядерная бомба», или вы насмотрелись на красиво светящееся доказательство того, что у Тони Старка есть сердце (об этом ниже), физика тут бессильна, а вот медицина заинтересуется. А если не все готовы верить Визарду на его авторитетное, но не всегда достаточно убедительное слово — ну вы вот представьте себе мюонный катализ. Мюон на орбите — он вместо электрона, но он очень тяжёлый по сравнению с. В результате его орбита практически «скребёт по ядру» и заряд таки уравновешивается. Отталкивание ослабевает (соседний атом для вступления в химическую связь приближается на опасное расстояние) и реакция начинается! Вот это — да, работает (только мюонов не напасёшься, а то мы бы давно бы). А тут приходит какой-то гриб-весёлка с горы и начинает втирать, что подобным образом может работать растворение водорода в соответствующем металле. При размерах кристаллической решётки-то! Да там от любого ближайшего «компенсатора заряда» до ядра как кузнечику до Луны.

Внешне «реакторы холодного синтеза» могут быть похожи на фузоры, однако в отличие от них там нет обвеса, только провод, идущий в розетку. По сути дела все эти «реакторы» — это электронагреватели, что свидетельствует о том, что их авторы даже фузор собрать не в состоянии по причине дефицита мозгов. В особо чудовищных случаях в конструкции есть лампочка. Хотите посадить автора в лужу? Выньте штепсель из розетки, а также потребуйте полные чертежи устройства, потому что собранный без участия автора девайс работать не будет, что нарушает критерий научности и выдает мошенничество. Такие дела.

Да, о дуговом реакторе Тони Старка. Это никоим образом не термоядерный реактор, что бы там не говорил Тони Старк. Это — вы наверное удивитесь — топливный элемент, в пользу чего говорит наличие материалов платиновой группы (из которых делаются химические катализаторы), необходимость зарядки этой штуки (ох как просело напряжение после включения сердца Тони Старка) и не особо большая долговечность (по причине расходования палладия). Самым примечательным во всем этом являются слова Ивана Ванко про палладий у сердца. Извините мой французский, но кардиологи всего мира угорали над его словами очень долго (дело в том, что палладий активно используется в медицине). Но, эта фиговень красиво светится, а ещё благодаря ней костюм Железного Человека может летать, и для фанатов этого достаточно.

Кулоновский барьер

Атомные ядра имеют положительный электрический заряд. На больших расстояниях их заряды могут быть экранированы электронами. Однако для того, чтобы произошло слияние ядер, они должны сблизиться на расстояние, на котором действует сильное взаимодействие. Это расстояние — порядка размера самих ядер и во много раз меньше размера атома. На таких расстояниях электронные оболочки атомов (даже если бы они сохранились) уже не могут экранировать заряды ядер, поэтому они испытывают сильное электростатическое отталкивание. Сила этого отталкивания, в соответствии с законом Кулона, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. На расстояниях порядка размера ядер величина сильного взаимодействия, которое стремится их связать, начинает быстро возрастать и становится больше величины кулоновского отталкивания.

Таким образом, чтобы вступить в реакцию, ядра должны преодолеть потенциальный барьер. Например, для реакции дейтерий-тритий величина этого барьера составляет примерно 0,1 МэВ. Для сравнения, энергия ионизации водорода — 13 эВ. Поэтому вещество, участвующее в термоядерной реакции, будет представлять собой практически полностью ионизированную плазму.

Температура, эквивалентная 0,1 МэВ, приблизительно равна 109К, однако есть два эффекта, которые снижают температуру, необходимую для термоядерной реакции:

Во-первых, температура характеризует лишь среднюю кинетическую энергию, есть частицы как с меньшей энергией, так и с большей. На самом деле в термоядерной реакции участвует небольшое количество ядер, имеющих энергию намного больше средней (так называемый «хвост максвелловского распределения»).

Во-вторых, благодаря квантовым эффектам, ядра не обязательно должны иметь энергию, превышающую кулоновский барьер. Если их энергия немного меньше барьера, они могут с большой вероятностью туннелировать сквозь него.

Термоядерные реакции

Еще один путь для освобождения ядерной энергии связан с реакциями синтеза. Слияние легких ядер и образование нового сопровождаются выделением большого количества энергии. На рисунке 6.6.1 показана зависимость удельной энергии от массового числа А в виде кривой. Даже ядра с массовым числом 60 характеризуются увеличением энергии нуклонов с ростом А. Отсюда получаем, что синтез любого ядра с A<60 из более легких ядер идет с выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза меньше массы первоначальных частиц.

Определение 7

Реакция слияния ядер получила название термоядерных, так как их протекание возможно только при высоких температурах.

Для вступления двух ядер в реакцию синтеза необходимо сблизить их на расстояние ядерных сил порядка 2·10-15 м, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Для выполнения этого условия нужно, чтобы средняя кинетическая энергия теплового движения молекул превосходила потенциальную энергию кулоновского взаимодействия. Получение необходимой температуры Т дает величину 108-109 К. Она слишком высокая.

Определение 8

Температура 108-109 К указывает на нахождение вещества в ионизированном состоянии, то есть плазмы.

Энергия, выделяемая при термоядерных реакциях, в расчете на 1 нуклон в несколько раз превышает удельную энергию, которая выходит при цепной реакции деления ядер, показанная на примере формулы. То есть при реакции слияния ядер дейтерия и трития

H12+H13→He24+n1+17,6 выдает 3,5 Мэвкулон. Полное выделение энергии составляет 17, 6 МэВ. Ее считают наиболее перспективной термоядерной реакцией.

Возможность осуществления управляемых термоядерных реакций дает человеку новый и экологически чистый источник практически неисчерпаемой энергии. Но для получения сверхвысоких температур и удержания плазмы, нагретой до миллиарда градусов, требуется решение труднейшей научно-технической задачи для осуществления термоядерного синтеза.

Данный этап развития науки характеризуется наличием неуправляемой реакции синтеза в водородной бомбе. Достижение высокой температуры, необходимой для ядерного синтеза, производится путем взрыва урановой или плутониевой бомбы.

Пример 1

Роль термоядерных реакций важна в эволюции Вселенной. Энергия изучения Солнца и звезд характеризуется термоядерным происхождением. Примером служит ядерная реакция горения гелия, изображенная ниже.

Рисунок 6.8.3. Возраст 107 лет.

Внутреннее строение звезды с массой 5M ⊙ как функция возраста. Заштрихованы области протекания ядерных реакций. Конвективные зоны отмечены точками.

Рисунок 6.8.4. Модель ядерного реактора.

Рисунок 6.8.5. Модель синтеза гелия.

Рисунок 6.8.6. Модель ядерных превращений.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Исследования ядерного синтеза

Первая наблюдаемая ядерная реакция была (эндотермической) реакцией синтеза. Он был открыт — задолго до ядерного деления — Эрнестом Резерфордом в 1917 году во время экспериментов с альфа-частицами . Были обнаружены протоны относительно высокой энергии, которые появлялись только тогда, когда облучаемый газ содержал азот. Эта ядерная реакция называется в сегодняшних обозначениях 14 N (α, p) 17 O или подробно записывается:

14-еN+4-йЧАСе→17-еО+1ЧАС-1,2М.еV{\ displaystyle {} ^ {14} \ mathrm {N} + {} ^ {4} \ mathrm {He} \, \ rightarrow \, {} ^ {17} \ mathrm {O} + {} ^ {1} \ mathrm {H} -1,2 \, \ mathrm {МэВ}}

Это превращение азота в кислород , как и сам альфа-распад , противоречило классической теории, согласно которой кулоновский барьер можно преодолеть только с достаточной энергией. Только в 1928 году Джордж Гамов смог объяснить такие процессы на основе новой квантовой механики с туннельным эффектом .

Еще в 1920 году Артур Эддингтон предложил реакции синтеза в качестве возможного источника энергии звезд на основе точных измерений масс изотопов Фрэнсисом Уильямом Астоном (1919) . Поскольку из спектроскопических наблюдений было известно, что звезды в основном состоят из водорода , здесь было рассмотрено его синтез с образованием гелия . В 1939 году Ганс Бете опубликовал различные механизмы того, как эта реакция могла происходить в звездах.

Первой реакцией синтеза, специально проведенной в лаборатории, была бомбардировка дейтерия ядрами дейтерия в 1934 году Марком Олифантом , помощником Резерфорда, и Полом Хартеком . Синтез этого изотопа водорода, который редко встречается в звездах, разветвляется на два канала продукта:

2ЧАС+2ЧАС→3ЧАСе+1п+3,3М.еV{\ displaystyle {} ^ {2} \ mathrm {H} + {} ^ {2} \ mathrm {H} \, \ rightarrow \, {} ^ {3} \ mathrm {He} + {} ^ {1} \ mathrm {n} +3 {,} 3 \, \ mathrm {МэВ}}

2ЧАС+2ЧАС→3ЧАС+1п+4-й,М.еV{\ displaystyle {} ^ {2} \ mathrm {H} + {} ^ {2} \ mathrm {H} \, \ rightarrow \, {} ^ {3} \ mathrm {H} + {} ^ {1} \ mathrm {p} +4 {,} 0 \, \ mathrm {МэВ}}

Техническое использование термоядерного ядерного синтеза сначала преследовалось с целью разработки военного оружия. Следовательно, это исследование проводилось тайно в течение первых десятилетий после Второй мировой войны . США владели атомной бомбой, основанной на делении, с 1945 года, а Советский Союз — с 1949 года . В последующие годы Эдвард Теллер и Станислав Улам разработали концепцию создания водородной бомбы в США , которая основана на ядерном синтезе и обещает значительно более высокую взрывную мощность. 1 ноября 1952 года первая водородная бомба под названием « Айви Майк» была взорвана на атолле Эниветок в Тихом океане. Это стало доказательством того, что большое количество энергии может также выделяться на Земле посредством ядерного синтеза.

Токамак

Для создаваемого устройства И. Н. Головин придумал название — токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками). Токамак-1 (Т-1) и Токамак-2 (Т-2) оказались неудачными — плазма разрушалась очень быстро. Наконец, в 1968 году на Т-3 был достигнут некоторый успех — плазма с температурой 10 миллионов градусов просуществовала почти секунду. При этом были зафиксированы нейтроны — продукты термоядерной реакции синтеза. Успех был повторен английскими физиками на их аналогичном устройстве. В мире начался настоящий бум сооружения подобных устройств — к 1986 году их общее число достигло 300. Этому способствовало полное рассекречивание работ по мирному использованию термоядерной энергии, которые велись в СССР.

В 1956 году И. В. Курчатов на конференции физиков-ядерщиков в английском ядерном центре Харуэлл сделал доклад, в котором рассказал об идее токамака и ее осуществлении в СССР. А в это время еще существовала во всех странах полная секретность работ по ядерной энергетике (о запуске в СССР ядерной электростанции в 1954 году было объявлено, но детали ее конструкции оставались строго секретными). Поэтому доклад Курчатова стал сенсацией. Мировое сообщество физиков-ядерщиков было поражено успехами советской физики и размахом работ по термоядерному синтезу. Сам термин «токамак» стал международным словом, не требующим перевода (несколько ранее так было со словом «спутник»).

В разных проектах использовались различные термоядерные реакции. Вот только некоторые из них (с указанием кинетической энергии продуктов реакции):

2H + 2H → 1H + 3H + 4,0 МэВ,2H + 2H → 3He + 1n + 3,3 МэВ,2H + 3H → 4He + 1n + 17,6 МэВ,3He + 3He → 4He + 21p + 12,8 МэВ,2H + 3He → 1p + 4He + 18,5 МэВ,2H+ 7Li → 24He + 1p + 16,9 МэВ.

Внутри звезд, где кроме водорода, гелия и лития присутствуют и ядра других легких элементов, возможны и иные ядерные реакции синтеза. Но основное энерговыделение определяется превращением водорода в гелий. Кинетическая энергия продуктов этих реакций синтеза в расчете на одну частицу оказалась в несколько раз больше, чем в реакциях деления тяжелых ядер.

Токамаки все больше увеличивались в размерах, создавались все более сильные магнитные поля, возрастала сила тока в плазме. При токах в тысячи ампер воздействующие на них магнитные поля должны иметь индукцию не менее 10 тесла — это в сотни тысяч раз больше магнитного поля Земли и в тысячи раз больше магнитных полей в электромагнитах подъемных кранах. Существование магнитного поля в катушке электромагнита определяется током в его обмотке. Для создания магнитных полей в десятки тесла сила тока в обмотке должна составлять десятки тысяч ампер. А это возможно только тогда, когда обмотки не будут иметь электрического сопротивления, т.е. будут сделаны из сверхпроводящего материала, и их температура не будет превышать 4 кельвинов. Единственным охладителем до таких температур может быть только жидкий гелий.

Технология создания сверхсильных магнитных полей создавалась для различных целей — для ускорителей заряженных частиц, для медицинских томографов. Но в этих случаях магнитное поле имело обычную соленоидальную форму. А в токамаке создание необычного тороидального поля требовало и необычных сердечников, и необычных их обмоток. Важнейшим вопросом становилась и защита внутренних стенок реакционной камеры от случайных выбросов плазмы с ее многомиллионной температурой, и защита этих стенок от разрушающего действия быстрых нейтронов, и десятки других трудностей, которые нужно было преодолевать. Мечта о 5–10 годах для решения проблемы «приручения» термоядерной реакции так и осталась мечтой.

В 1985 году были построены Токамак-15 и Токамак-16. Это были совместные разработки СССР — Китай и СССР — Япония, поскольку в Советском Союзе уже не было возможности затратить на эти работы миллионы долларов. Зато научными руководителями проектов были российские ученые — академики Б. Б. Кадомцев и Е. П. Велихов (Е. П. даже был награжден японским «Орденом восходящего солнца»). Длительность устойчивого состояния плазмы в этих реакторах уже превышала секунду. Но главное, стало ясно, что для длительного устойчивого состояния плазмы необходимы реакторы значительно больших размеров — примерно в 10 раз больших, чем Токамак-16. Стоимость сооружения такого реактора оценивалась уже в несколько миллиардов долларов. И ни одна страна в мире (включая и США) не могла себе позволить такой научный эксперимент. Тем более, что предполагаемый реактор мог и не дать ожидаемого результата.

Последовательность термоядерного взрыва

Когда первичная атомная бомба детонирует, то в первые мгновения этого процесса генерируется мощное рентгеновское излучение (поток нейтронов), которое частично блокируется щитом нейтронной защиты, и отражается от внутренней облицовки корпуса, окружающего вторичный заряд, так что рентгеновские лучи симметрично падают на него по всей его длине.

На начальных этапах термоядерной реакции нейтроны от атомного взрыва поглощаются пластиковым заполнителем, чтобы не допустить чересчур быстрого разогрева топлива.

Рентгеновские лучи вызвают появление вначале плотной пластиковой пены, заполняющей пространство между корпусом и вторичным зарядом, которая быстро переходит в состояние плазмы, нагревающей и сжимающей вторичный заряд.

Кроме того, рентгеновские лучи испаряют поверхность контейнера, окружающего вторичный заряд. Симметрично испаряющееся относительно этого заряда вещество контейнера приобретает некоторый импульс, направленный от его оси, а слои вторичного заряда согласно закону сохранения количества движения получают импульс, направленный к оси устройства. Принцип здесь тот же, что и в ракете, только если представить, что ракетное топливо разлетается симметрично от ее оси, а корпус сжимается внутрь.

В результате такого сжатия термоядерного топлива, его объем уменьшается в тысячи раз, а температура достигает уровня начала реакции слияния ядер. Происходит взрыв термоядерной бомбы. Реакция сопровождается образованием ядер трития, которые сливаются с ядрами дейтерия, изначально имеющимися в составе вторичного заряда.

Первые вторичные заряды были построены вокруг стержневого сердечника из плутония, неофициально называемого «свечой», который вступал в реакцию ядерного деления, т. е. осуществлялся еще один, дополнительный атомный взрыв с целью еще большего поднятия температуры для гарантированного начала реакции слияния ядер. В настоящее время считается, что более эффективные системы сжатия устранили «свечу», позволяя дальнейшую миниатюризацию конструкции бомбы.

Концептуальный проект

Термоядерный синтез, та же реакция, которая происходит в центре Солнца, соединяются атомные ядра, чтобы сформировать более тяжелые ядра. Термоядерный синтез генерирует гораздо больше поток энергии, чем сжигание ископаемого топлива.

Например, в количестве атомов водорода размером с ананас находится столько же энергии, сколько в 10 000 тонн угля, в соответствии с заявлением по проекту международного термоядерного реактора.

В отличие от ядерного деления которое разбивает большие атомы на более мелкие этот термоядерный реактор не будет производить высокий уровень радиоактивных отходов. И в отличие от установок по производству ископаемого топлива, термоядерная энергия слияния не генерирует парниковых газов, углекислого газа или других загрязнителей.

Ядерное деление

В термоядерном реакторе выделяется энергия при синтезе лёгких ядер (водорода, гелия и лития). Чтоб два ядра водорода (на практике – дейтерия и/или трития, то есть изотопов водорода) сошлись на достаточно близкое расстояние, чтобы преодолеть кулоновское отталкивание одноименно заряженных ядер, необходимо создать либо огромное давление, либо крайне высокую температуру.

В термоядерном реакторе нет ничего самопроизвольного, поэтому он безопаснее.  Любое неконтролируемое повреждение и исчезают условия, необходимые для термоядерного синтеза.

Термоядерный синтез

Атомный термоядерный реактор использует сверхпроводящие магниты для плавления атомов водорода и получения большого количества тепла. Будущие атомные термоядерные электростанции могут затем использовать эту теплоту для привода турбин и выработки электроэнергии.

Экспериментальный реактор не будет использовать обычные атомы водорода, ядра которых состоят из одного протона. Вместо этого он будет взрывать дейтерий, ядра которого имеют один протон и один нейтрон, с тритием, ядра которых имеют один протон и два нейтрона. Дейтерий легко извлекается из морской воды, а тритий будет сгенерирован внутри термоядерного реактора. Поставки этих видов топлива достаточно велики, достаточно на миллионы лет при нынешнем глобальном потреблении энергии.

И в отличие от реакторов деления, термоядерное синтезирование является очень безопасным: если реакции термоядерного синтеза нарушаются в пределах завода по термоядерному синтезу, термоядерные реакторы просто отключаются безопасно и без необходимости внешней помощи, отметил проект ITER. Теоретически, плавильные установки также используют только несколько граммов топлива одновременно, поэтому нет возможности аварии расплава.