ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Виды термоядерных топлив из "Изотопы Свойства, получение, применение Том 2" ПО сечениям и рассчитанные параметры скоростей реакций приведены в известных справочных материалах [1-5]. Например, банк ВАТЬ1В [5] содержит 270 файлов данных для 77 каналов ядерных реакций с изотопами лёгких элементов от водорода до бора. Ссылки на другие базы данных можно найти в [5, 6]. Также следует отметить информативный российский справочник по ядерным процессам и сечениям в очень широкой области энергий [7], в котором приведена сплайн-аппроксимация экспериментальных данных. Прецизионная Й-матричная параметризация низкоэнергетических сечений О -Ь Т, 0 + 0 и 0 + Не, а также их максвелловских реактивностей дана в [8]. [c.235] В отличие от В+Т процесса (15.2.1), реакция В+В (15.2.2)-(15.2.3) не носит резонансного характера. Оба канала имеют приблизительно одинаковую вероятность, меньшую величину реакции и существенно ослабленные в сравнении с О + Т значения низкоэнергетических сечений. Как следствие, 0 + 0 процесс даёт относительно малый вклад в выделяемую энергию при сжигании ОТ топлива и часто называется сателлитным компонентом. Однако существует третий возможный канал 0 + 0 реакции О (с1,7) Не с выходом высокоэнергетических гамма-квантов, который может иметь диагностическое применение и использоваться для определения ионной температуры топлива [17]. Последняя в списке первичных процессов реакция Т + Т (15.2.4) также не вносит заметного вклада в энергетику и протекает как побочная. При реальных температурах её скорость на два порядка меньше скорости реакции (15.2.1). [c.236] ОТ смесь обладает важными достоинствами. Во-первых, значение пт, удовлетворяющее критерию Лоусона, для этой реакции существенно меньше соответствующих значений для других термоядерных топлив. Во-вторых, О + + Т реакция зажигается при относительно низких температурах. Идеальная пороговая температура, определяемая из равенства выделяемой энергии и потерь на тормозное излучение при полном удержании частиц, равна 4 кэВ [18], а оптимальная температура горения оценивается в 15 кэВ [18] или в 20 кэВ [19]. И, наконец, выделяемая удельная мощность не менее чем на два порядка превосходит энергетические характеристики других смесей. [c.236] Тем не менее, ОТ циклу присущи существенные недостатки. Прежде всего, горение сопровождается сильными нейтронными потоками. Около 80% энергии, выделяемой в О + Т реакции, приходится на долю высокоэнергетических нейтронов и составляет в одном акте 14 МэВ. Это вызывает серьёзные технологические проблемы защиты конструкционных материалов реактора от нейтронного облучения. Кроме того, энергия, выносимая из реактора нейтронами, может утилизироваться лишь с ограниченным КПД, обычно не превышающим 40%. В дополнение ко всему, тритий радиоактивен и его надо создавать искусственно, а выделение трития из литиевого бланкета не является тривиальной задачей. Наличие мощного, по плотности и энергии источника нейтронного излучения вместе с необходимостью работы с сильно радиоактивным материалом предъявляет жёсткие требования радиационной безопасности к эксплуатации ОТ реактора. [c.236] Хотя горение 00 топлива также сопровождается нейтронными потоками, они ослаблены в сравнении с ОТ процессом. 00 цикл не требует специальной наработки трития, а, значит, позволяет избежать использования литиевого бланкета и связанных с этим сложных тритиевых технологий. Однако, как уже отмечалось выше, сечения 0 + 0 реакции в области низких энергий существенно меньше сечений О + Т процесса, а её зажигание требует заметно более высоких температур плазмы. Так, идеальная пороговая температура составляет уже 40 кэВ [18]. [c.237] Основное выделение полезной энергии происходит в канале 0 + Не (15.2.5). Эта реакция имеет наибольшую величину (5 = 18,34 МэВ и приводит к рождению только заряженных частиц, что улучшает условия саморазогревания топлива. Несомненно привлекательным также является безнейтронный процесс (15.2.9) с существенным энерговыходом в одном акте синтеза. Само по себе Не-топливо очень заманчиво, но реакцию синтеза (15.2.9) трудно реализовать практически вследствие высоких пороговых условий зажигания. Её скорости при рабочей ионной температуре плазмы в 100 кэВ примерно на два порядка ниже скоростей 0 + Не реакции и, как следствие, вклад (15.2.9) в О Не горение пренебрежимо мал. [c.237] Благодаря доминированию канала 0 + Не (15.2.5), рассматриваемое топливо считается условно безнейтронным [20]. Это является серьёзным преимуществом реактора на О Не смеси и в настоящее время он привлекает к себе большое внимание. Детальный обзор современного состояния проблемы можно найти в [23]. Источником нейтронного загрязнения О Не цикла являются первичный нейтронный канал в реакции 0 + 0 (15.2.3) и каталитическая реакция О + Т (15.2.1), причём её вклад часто оказывается доминирующим [24]. Доля нейтронной составляющей в выделяемой энергии оценивается [25] в 3%. [c.237] Тем не менее, серьёзный недостаток О Не топлива, помимо высокой температуры зажигания, заключается в том, что гелий-3 является очень редким на Земле изотопом, а эффективный источник его получения отсутствует. Однако в литературе обсуждается возможность доставки Не с поверхности Луны, где по оценкам, основанным на изучении лунных пород, может находиться 1 млн тонн этого вещества [30. [c.238] При исследовании перспективности 0 Ы топлива необходимо принимать во внимание ряд его особенностей [31, 32]. [c.238] В анализе перспективности D Li топлива невозможно полностью учесть все перечисленные выше особенности. Однако упрощённая модель, включающая все реакции первого поколения и часть вторичных процессов, была реализована [31, 32] и позволила сделать некоторые выводы о роли Li в плазме, состоящей из изотопов водорода. В [31] исследована кинетика 13 ядерных процессов D + D, D + Li, D + T, D + Не, D + Ве и D + Li в условиях магнитного удержания плазмы. При этом механизм саморазогревания описывался в рамках ES процесса, т. е. повышение температуры плазмы происходило за счёт упругого кулоновского рассеяния быстрых частиц на ионах топлива. [c.241] Дополнительной мотивацией введения изотопа литий-6 в дейтерий-содер-жащую плазму служит диагностическое применение реакций Li (d, p) Li (478 кэВ) и Li(d, n) Be (431 кэВ) [41]. Детектирование рождаемых в них монохроматических гамма-квантов может дать возможность измерить ионную температуру Т (см. ниже). [c.242] Однако работа [42] более пессимистически оценивает использование Li в качестве возможного компонента термоядерного горючего и показывает, что энергия, выделяемая в D Li смеси, монотонно уменьшается с увеличением его концентрации. Для окончательного заключения о перспективности D Li топлива требуется испытание более точных моделей, учитывающих многие процессы второго поколения, и рассмотрение различных реакторных схем. Но подобный анализ сопряжён с колоссальными вычислительными трудностями и отсутствием ряда ядерных данных по сечениям ). [c.242] В табл. 15.2.1. Начальные условия характеризовались следующими параметрами величина рЯ = 10 г/см , температуры ионов и электронов = = 1,5 кэВ, степень сжатия была взята в масштабе плотности твёрдого тела р/ро = 5000 и содержание в ВТ смеси 5%. [c.243] Из табл. 15.2.1 видна явно доминирующая роль основной реакции термоядерного синтеза D + T. Впрочем, этот результат является предсказуемым, а интересное содержится в относительном сравнении остальных каналов. Видно, что выделение энергии в D + Li процессе превышает энерговыход D + D на 30%. Однако приведённые данные не следует считать окончательными, поскольку ещё не были изучены, например, важные вопросы оптимизации неоднородной структуры мишени и режима её сжатия. [c.243] Вернуться к основной статье