Реакции ядерного и термоядерного синтеза являются видами ядерных реакций, в ходе которых выделяется огромное количество энергии. Обычно в качестве ядерного топлива реакторов синтеза используется водород, два ядра которого сливаются в одно ядро гелия, выделяя при этом достаточно большое количество энергии. И в качестве примера, демонстрирующего понятие этого «достаточно большого количества», можно привести, что в водороде, содержащемся в одном стакане воды, заключена энергия, которая может быть получена при сжигании полумиллиона баррелей (159 литров) нефти. Реакторы ядерного синтеза более безопасны, нежели реакторы, работающие на расщеплении ядер тяжелых элементов, эти реакторы не могут расплавиться, взорваться, выбросив в окружающую среду массу радиоактивных веществ, и при их работе не образуется высокорадиоактивных токсичных отходов.

Понимая все преимущества реакторов ядерного синтеза, и принимая во внимание, что запасов водорода на нашей планете хватит на удовлетворение энергетических потребностей человечества на все обозримое и прогнозируемое будущее, множество групп ученых ведут разработки таких реакторов.

К одной из таких групп относится группа из Вашингтонского университета, которая уже создала и начала эксперименты с прототипом реактор ядерного синтеза, который в перспективе имеет возможность вырабатывать электрическую энергию по стоимости, существенно ниже стоимости энергии, вырабатываемой тепловыми электростанциями, работающими на ископаемом топливе.

Напомним нашим читателям, что первый прототип реактора ядерного синтеза был построен более 50 лет назад и представлен на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1964 году.

Согласно прогнозам ученых должно было пройти еще минимум 25 лет, прежде чем такие реакторы станут обыденной вещью. Но время шло, а реакторы ядерного синтеза так продолжали быть исключительно лабораторными установками и оставаться по прогнозам на 25-летней дистанции.

Основной неразрешимой задачей, с которой сталкиваются ученые и по сегодняшний день, является то, что для инициирования и поддержания реакции термоядерного синтеза требует воспроизвести условия, столь высокие температуры и давления, которые присутствуют в ядре естественно реактора – Солнца.

Но решение этой проблемы кое-как сдвинулось с мертвой точки в последние годы, оставив ученых ломать копья о другой камень преткновения – о проблему положительного энергетического баланса.

Эта проблема заключается в том, что количество энергии, выделяющейся в реакторе ядерного синтеза, должно значительно превышать количество энергии затраченной на инициацию и на самоподдержку ядерных реакций.

Ведь только при таких условиях термоядерный синтез можно рассматривать как жизнеспособный с экономической точки зрения источник энергии!

Рис. 1.

Главным претендентом на победу в области ядерного синтеза является реактор ITER, который строится на юге Франции в рамках международного проекта, в котором принимают участие Соединенные Штаты, Европейский Союз, Индия, Япония, Южная Корея, Китай и Россия. Реактор ITER имеет конструкцию Токамака, гигантского тора, окруженного не менее гигантскими сверхпроводящими электрическими магнитами. Сила магнитного поля сжимает водород до столь высокой температуры и давления, что ядра водорода начинают сливаться, выделяя при этом большое количество энергии. Реактор ITER является вместилищем всех самых современных технологий и достижений в области ядерного синтеза, но сумма, затрачиваемая на его строительство, выглядит не очень привлекательно в пересчете на киловатты энергии, которую будет когда-то вырабатывать этот реактор.

У ученых из Вашингтонского университета, работающих в области ядерного синтеза, имеется свой туз в рукаве. Этим тузом являются исследования группы профессора Томаса Джарбо (Thomas Jarboe) 2012 года, которой удалось разработать и создать опытный образец реактора ядерного синтеза совершенно нового типа, получившего наименование Dynomak.

Такие реакторы более просты по конструкции, нежели реакторы токамак, а сооружение полномасштабного варианта реактора Dynomak обойдется в десятую часть от той суммы, которая уже вложена в строительство реактора ITER.

Основой конструкции реактора Dynomak является технология системы криогенной накачки, разработанная учеными для использования в реакторе ITER.

С технической точки зрения реактор Dynomak является сферомаком, реактором, камера которого имеет не форму тора, а более простого геометрического тела – сферы. Такая форма не требует использования больших обмоток электромагнитов сложной формы, вместо этого необходимые магнитные поля формируются за счет прикладывания к центру плазменного сгустка сильных электрических полей, источниками которых являются ленты из высокотемпературных сверхпроводников, обернутые вокруг камеры реактора. Получается, что благодаря использованию такого необычного решения, плазма удерживает сама себя.

Согласно задумке ученых,

после того, как плазма будет разогрета до высокой температуры и в ней начнут идти самоподдерживающиеся реакции термоядерного синтеза, излишки энергии будут сниматься при помощи расплавленных солей, циркулирующих по охладительной рубашке, окружающей активную зону реактора. Тепло, перенесенное расплавленными солями, вскипятит воду, а полученный пар будет использоваться для вращения традиционной паровой турбины, связанной с электрическим генератором.

Имеющийся в распоряжении вашингтонских ученых опытный образец реактора Dynomak имеет размер, составляющий всего десятую часть от будущего полноразмерного реактора.

Конструкция этого реактора уже позволяет удержать плазму в магнитной ловушке, а в скором времени ученые собираются поднять температуру нагрева плазмы до такого значения, которое позволит увеличить количество выделяющейся энергии и перейти на сторону положительного энергетического баланса.

И лишь только после прохождения всех вышеуказанных этапов будет ясно, сколько средств и времени потребуется на разработку конструкции и сооружение первого полногабаритного реактора типа Dynomak.