Мирнов Енергия из воды 2007

лет получили широкое развитие в России, а затем и в Италии. Их результаты выглядят оптимистически.

Заключение. Предвидимое будущее

Наше повествование о неограниченном источнике энергии будущего «из воды» подошло к концу. Автор полностью отдает себе отчет в том, что предложил читателю больше вопросов, чем хотелось бы. Таков закон жанра. Мы дожили до такого дня, когда Будущее бросает нам вызов. Термоядерная энергетика – один из возможных ответов на него. Когда-то, оценивая ее перспективы, академик Л.А. Арцимович писал: "Она (эта задача) обязательно будет решена, когда термоядерная энергия будет совершенно необходима человечеству" [8]. Сегодня энергия необходима. Но термоядерная ли? ИТЭР и ДЕМО должны дать ответ на этот вопрос. Говорят, что управляемый синтез опоздал. Согласится ли человечество ждать? Многополярное, может быть, и согласилось бы. Но сегодняшнее, однополярное, скорее всего, пойдет на передел мировых энергетических ресурсов. То есть, если не решить проблемы будущей энергетики, нас ждет эпоха энергетических войн, коалиций и глобального потепления. Не началось ли оно уже? Где граница допустимого энергопотребления? Раньше ее оценивали в 1% от солнечной энергии, падающей на Землю. Если бы это было так, даже самым продвинутым сегодняшним потребителям энергии не хватало бы до критического предела 20 –30 раз. Напомним, поток солнечной энергии на экваторе – 136 мВт/см2. Но парниковый эффект может существенно понизить планку. Перегрев поверхности океана способен вызвать и вызывает могучий восходящий поток водяных паров (напомним, водяной пар в 1,6 раза легче воздуха) и убийственные ураганы, превосходящие по энергии все имеющееся термоядерное оружие. Одни только экономические убытки от перерывов в подаче электроэнергии в США составляют по оценкам от $70 до $120 млрд в год. И оценки эти сделаны не бойким журналистом, путающим миллиарды с миллионами, а всемирно известным профессором электрического и компьютерного машиностроения университета Миннесоты [6].

101

А лесные пожары, видимые из Космоса! Это тот же СО2. Складывается впечатление, что экосистема Земли находится на грани локальной неустойчивости по отношению к энергетическим нагрузкам, и тогда ограничение выбросов СО2 становится вопросом уже сегодняшнего дня. Чем может помочь термоядерная DT-энергетика Земле?

Прежде всего, подчеркнем еще раз, она естественная часть атомной. Их роднит быстрый 14-МэВ нейтрон и неизбежная активация реакторных конструкций. В перспективе 14-МэВ нейтрон можно использовать для «дожигания» радиоактивных отходов реакторов деления. Для этого даже не потребуется токамак масштаба ИТЭР. Удивительно, но то, что технически необходимо, уже есть в разных странах и разных лабораториях. Когда экологически чистая энергетика деления станет «совершенно необходима», собрать все элементы воедино не составит большого труда.

Что касается «чистой» электроэнергетики, DT-энергетика по оценкам экспертов будет безопасней примерно на два порядка энергетики деления урана. Главным образом за счет того, что в ней должны отсутствовать газообразные и жидкие радиоактивные отходы. Твердые, по мнению экспертов, не представляют большой опасности. Термоядерная энергетика в отличие от деления практически безынерционна. Ситуации типа Чернобыльской исключены в ней по определению. И, наконец, она не требует урана. Соединение ее с урановой (гибридные реакторы) сулит последней большие перспективы в области реакторной безопасности. Другая потенциальная возможность – соединение ее с будущей ториевой энергетикой. Быстрый 14-МэВ нейтрон, облучая 232Тh, превращает его после нескольких внутриядерных переходов в 233U, способный уже делиться под действием тепловых нейтронов, т. е. быть использованным в традиционной атомной энергетике, подобно 235U. Интрига в том, что урана в России мало, а тория – много. Тем самым открывается возможность продлить существование уже промышленно освоенной атомной энергетики на медленных нейтронах.

102

Программа освоения термоядерной энергетики предполагает последовательное создание и освоение: ИТЭР, ДЕМО и коммерческих электростанций.

Строительство ИТЭР продлится до 2017 г. Основной объем исследований на нем предполагается провести до 2027 г. Можно надеяться, что к 2027 г. будет получена основная информация, необходимая для проектирования ДЕМО. После его сооружения и запуска где-то в районе 2040 г., начнутся его ресурсные и эксплуатационные испытания, так, чтобы к 2050 г. построить первые надежные в эксплуатации коммерческие электростанции.

Долго? Вспомним, однако, как проста идея бензинового двигателя! Но как сложна схема охлаждения и смазки современного автомобиля! А смазочные масла! За всем этим стоит многолетний труд тысяч инженеров и изобретателей – подводная часть видимого айсберга. Не исключено, однако, что весь этот процесс освоения окажется технически проще, чем представляется сегодня. Надежды связаны с новыми технологиями и методами, которые еще только осваиваются. Очевидно, что всем им предстоит «проверка ИТЭР».

Может ли DT-энергетика быть использована для производства оружия? В принципе, может. Как любая, где фигурируют нейтроны. Потребуется международный контроль.

Сегодня ни для кого не секрет, что окружающий нас мир разделен на две разные технологические цивилизации – высокую (создающую новую технику) и низкую (по существу, копирующую бытовые достижения первой). Граница между ними проведена более чем резко: по уровню суммарного энергопотребления на душу населения. Эти уровни, как легко видеть из рис.2, различаются в десятки раз. Высокая цивилизация позволяет себе без потерь и оглядок на ООН наносить точечные удары, если вторая не ведет себя правильно. Роль второй – содействовать первой, в частности, обеспечивать ее ресурсами. Поэтому-то сложившаяся ситуация и получила название “энергетический империализм”. Стремление развивающихся стран перейти в первую группу очевидно – атомные амбиции, запуски баллистических ракет салютуют об этих стремлениях и успехах. Но возможно и другое движение – из первых во вторые.

103

Оно будет только приветствоваться окружающими. Наше сегодняшнее активное участие в такой высокотехнологичной программе как ИТЭР - один из эпизодов борьбы за сохранение места России в первой группе.

В заключение автор выражает признательность старшим товарищам и товарищам по работе, с которыми неоднократно обсуждались затронутые в книжке вопросы: И.Б. Семенову, В.С. Муховатову, В.В. Орлову, М.И. Пергаменту, Н.Г. Ковальскому и С.Л. Недосееву.

104

Цитируемая литература:

1.Голубчиков Л.Г. ИТЭР-решающий шаг. М.: МИФИ. 2004

2.Воронов Г.С. Штурм термоядерной крепости. М.: Изд-во

«Квант», 1985 г.

3.Велихов Е.П., Гагаринский А.Ю. и др. Россия в мировой энергетике XXI века. М.: ИздАТ 2006.

4.Путвинский С.В., Возможна ли будущая мировая энергетическая система без ядерного синтеза? // Усп. физ. Наук.

Т.168 №11. 1998.

5.Тельковский В.Г., Храбров В.А. Термоядерные установки с инерциальным удержанием плазмы. М.: МИФИ, 1990.

6.Амин М., Шьюи Ф. Умная энергосистема // В мире науки, №7. 2007. С. 68.

7.Свифт Дж. «Путешествие Гулливера в Лапуту». М.: ОГИЗ, 1947. С. 363.

8.Будущее науки // Знание. 1973. C.53.

Сайты мировых центров термоядерных исследований, которые могли бы заинтересовать пытливого читателя:

Центры проектирования ИТЭР:

США: http://www.iterus.org// Евросоюз: http://www.itereu.de

Япония: http://www.jaeri.go.jp/~intro/H8/FUSION/fusion.html

Крупнейшие исследовательские центры:

Россия

ИЯС (Институт Ядерного Синтеза, РНЦ «Курчатовский институт») http://www. kiae.ru

ГНЦ ТРИНИТИ (Троицкий институт Инновационных и Термоядерных Исследований) http://www.triniti.ru

ФТИАН им А.Ф.Иоффе: http://www.ioffe.rssi.ru/pti_ppap.html

США

US Fusion Energy Science Programs: wwwofe.er.doe.gov MIT (Plasma Science & Fusion Center):http://lost.pfc.mit.edu PPPL (Princeton Plasma Physics Laboratory): www.pppl.gov

105

GA (General Atomics): http://FusionEd.gat.com

ОRNL (Oak Ridge National Laboratory): http://www.ornl.gov

Япония

JAERI (Japan Atomic Energy Research Institute): http://wwwjt60.naka.jaeri.go.jp

NIFS (National Institute for Fusion Science): http://www.nifs.ac.jp

Евросоюз

АНГЛИЯ (JET): http:/www.fusion.org.uk

ГЕРМАНИЯ: Институт Макса Планка: http:/www.ipp.mpg.de

ФРАНЦИЯ: Центр «Кадараш»: http:/www-fusion- magnetique.cea.fr

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (ФИЗИЧЕСКИЙ МИНИМУМ)

1.Общие соотношения:

Число Авогадро (количество частиц в 1 моле вещества)

Элементарный заряд (электрона)

4,8.10-10 (СГС – стат. кулон), 1,6.10-19 (СИ).

Кулон – электрический заряд, соответствующий 6.1018 электронам.

Ток 1 ампер (А) соответствует протеканию 1 кулона в секунду. Температура в атомной физике и физике плазмы, как правило, измеряется во внесистемных единицах электрон-вольтах

– 4,8.10-10 ×1/300 В = 1,6.10-12 эрг = 1,6.10-19 Дж. 1эВ = 11600 ≈ 104 К.

Соответственно меняется постоянная Больцмана:

k = 1,6.10-19 Дж/эВ (т.е. равна по величине заряду электрона) т.к. 1Дж=1А×1В×1с. Иногда в справочниках энергия указывается в

эргах, либо в калориях. Следует помнить: 1 эрг = 10-7 Дж,

1 кал ≈ 4 Дж.

Характерные скорости, частоты и длины

Скорость света – 3.1010 см/c;

106

Замечание: введенные так скорости электронов и ионов относятся к движению с одной степенью свободы, например, вдоль магнитного поля, т.е. mV2/2=kT/2. При движении с двумя степенями свободы, например, при точном вычислении ларморовского радиуса, mV2 /2=kT, приведенные выражения

следовало бы домножить на 2 , и при изотропном движении –

на 3 .

В случае, если максвелловское распределение отсутствует, например, для пучка частиц с энергией Е [эВ], Т следует

заменить на Е, а приведенные выражения умножить на 2 .

me c

или

107

µ0 = 4π 10−7 , µ – магнитная проницаемость материала, для

плазмы и вакуума = 1.

В связи с этим далее везде µ ≡1.

Сила взаимодействия отрезка провода единичной длины с током I и поля В

109

или

в) под действием обобщенной силы F =qE

F × B

VD= qB 2

6. Основное условие равновесия плазмы в магнитном поле В:

8. Условие Беннета (β=1, - В=2.10-7I/r) 1,6.10-12N(Te+Ti)=2.I2,

где N – полное число электронов, либо ионов в 1 м длины плазменного шнура.

110