Įvadas
1939 metais pirmą kartą pavyko suskaidyti urano atomą. Praėjo dar 3 metai, ir JAV buvo sukurtas reaktorius kontroliuojamai branduolinei reakcijai vykdyti. Tada 1945 m Atominė bomba buvo pagaminta ir išbandyta, o 1954 m. Mūsų šalyje pradėta eksploatuoti pirmoji pasaulyje atominė elektrinė. Visais šiais atvejais buvo panaudota milžiniška atomo branduolio skilimo energija. Dar didesnis energijos kiekis išsiskiria dėl atomų branduolių sintezės. 1953 metais SSRS pirmą kartą buvo išbandyta termobranduolinė bomba ir žmogus išmoko atkartoti saulėje vykstančius procesus. Kol kas branduolių sintezė negali būti naudojama taikiems tikslams, tačiau jei tai taps įmanoma, žmonės milijardus metų aprūpins save pigia energija. Ši problema buvo viena iš svarbiausių šiuolaikinės fizikos sričių per pastaruosius 50 metų.
Branduolinė energija išsiskiria skylant arba susiliejant atominiams branduoliams. Bet kokia energija – fizinė, cheminė ar branduolinė – pasireiškia jos gebėjimu atlikti darbą, skleisti šilumą ar spinduliuotę. Energija bet kurioje sistemoje visada išsaugoma, tačiau ją galima perkelti į kitą sistemą arba pakeisti formą.
Maždaug iki 1800 m. mediena buvo pagrindinis kuras. Medienos energija gaunama iš saulės energijos, sukauptos augaluose jų gyvavimo metu. Nuo pramonės revoliucijos žmonės buvo priklausomi nuo mineralų, tokių kaip anglis ir nafta, kurių energija taip pat buvo gaunama iš sukauptos saulės energijos. Kai deginamas kuras, pvz., anglis, anglies atomai susijungia su oro deguonies atomais. Kai susidaro vandeninis arba anglies dioksidas, išsiskiria aukšta temperatūra, atitinkanti maždaug 1,6 kilovatvalandės vienam kilogramui arba maždaug 10 elektronvoltų vienam anglies atomui. Toks energijos kiekis būdingas cheminėms reakcijoms, kurios lemia atomų elektroninės struktūros pokyčius. Dalies energijos, išsiskiriančios šilumos pavidalu, pakanka reakcijai tęsti.
Atomas susideda iš mažo, masyvaus teigiamai įkrauto branduolio, apsupto elektronų. Branduolys sudaro didžiąją atomo masės dalį. Jį sudaro neutronai ir protonai (paprastai vadinami nukleonais), kuriuos sujungia labai stiprios branduolinės jėgos, daug didesnės nei elektrinės jėgos, jungiančios elektronus su branduoliu. Branduolio energiją lemia tai, kaip stipriai jo neutronus ir protonus laiko kartu branduolinės jėgos. Nukleono energija yra energija, reikalinga vienam neutronui arba protonui pašalinti iš branduolio. Jei du lengvieji branduoliai susijungia ir sudaro sunkesnį branduolį arba jei sunkusis branduolys skyla į du lengvesnius, abu išskiria daug energijos.
Branduolinė energija, matuojama milijonais elektronų voltų, susidaro susiliejus dviems lengviems branduoliams, kai du vandenilio (deuterio) izotopai susijungia vykstant tokiai reakcijai:
Tokiu atveju susidaro helio atomas, kurio masė yra 3 amu. , laisvasis neutronas ir 3,2 MeV arba 5,1 * 10 6 J (1,2 * 10 3 cal).
Branduolinė energija taip pat susidaro, kai sunkusis branduolys (pavyzdžiui, izotopo urano-235 branduolys) skyla dėl neutrono absorbcijos:
Dėl to suyra į cezį-140, rubidį-93, tris neutronus ir 200 MeV arba 3,2 10 16 J (7,7 10 8 cal). Branduolio dalijimosi reakcija išskiria 10 milijonų kartų daugiau energijos nei panaši cheminė reakcija.
Branduolinė sintezė
Branduolinės energijos išsiskyrimas gali įvykti apatiniame energijos kreivės gale, kai du lengvieji branduoliai susijungia į vieną sunkesnį. Žvaigždžių, kaip ir saulės, skleidžiama energija yra tų pačių sintezės reakcijų jų gelmėse rezultatas.
Esant didžiuliam slėgiui ir 15 milijonų laipsnių C 0 temperatūrai. Ten esantys vandenilio branduoliai sujungiami pagal (1) lygtį ir jų sintezės rezultate susidaro saulės energija.
Branduolio sintezė Žemėje pirmą kartą buvo pasiekta praėjusio amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pradžioje. Ciklotrone – elementariųjų dalelių greitintuve – buvo vykdomas deuterio branduolių bombardavimas. Šiuo atveju buvo išleista aukšta temperatūra, tačiau ši energija negalėjo būti panaudota. Šeštajame dešimtmetyje JAV, Sovietų Sąjunga, Didžioji Britanija ir Prancūzija termobranduolinio ginklo bandymuose buvo pademonstruotas pirmasis didelio masto, bet nekontroliuojamas sintezės energijos išleidimas. Tačiau tai buvo trumpalaikė ir nekontroliuojama reakcija, kurios nebuvo galima panaudoti elektros gamybai.
Skilimo reakcijų metu neutronas, neturintis elektros krūvio, gali lengvai priartėti ir reaguoti su skylančiu branduoliu, pavyzdžiui, uranu-235. Tačiau įprastoje sintezės reakcijoje reaguojantys branduoliai turi teigiamą elektrinį krūvį, todėl juos atstumia Kulono dėsnis, todėl prieš branduoliams susiliejant turi būti įveiktos Kulono dėsnio atsirandančios jėgos. Tai atsitinka, kai reaguojančių dujų temperatūra - gana aukšta nuo 50 iki 100 milijonų laipsnių C 0 . Deuterio ir tričio sunkiųjų vandenilio izotopų dujose šioje temperatūroje vyksta sintezės reakcija:
išleidžiantis maždaug 17,6 MeV. Energija pirmiausia pasirodo kaip helio-4 ir neutrono kinetinė energija, bet netrukus pasireiškia kaip aukšta temperatūra aplinkinėse medžiagose ir dujose.
Jei esant tokiai aukštai temperatūrai, dujų tankis yra 10 -1 atmosfera (t.y. beveik vakuumas), tai aktyvusis helis-4 gali perduoti savo energiją aplinkiniam vandeniliui. Taigi palaikoma aukšta temperatūra ir sudaromos sąlygos įvykti spontaniškai sintezės reakcijai. Tokiomis sąlygomis įvyksta „branduolinis užsidegimas“.
Sudaryti sąlygas kontroliuojamai termobranduolinei sintezei trukdo kelios didelės problemos. Pirmiausia reikia pašildyti dujas iki labai aukštos temperatūros. Antra, reikia pakankamai ilgą laiką kontroliuoti reaguojančių branduolių skaičių. Trečia, išsiskiriančios energijos kiekis turi būti didesnis nei buvo sunaudota šildyti ir apriboti dujų tankį. Kita problema yra šios energijos kaupimas ir pavertimas elektra.
Net 100 000 C 0 temperatūroje visi vandenilio atomai yra visiškai jonizuoti. Dujos susideda iš elektriškai neutralios struktūros: teigiamai įkrautų branduolių ir neigiamo krūvio laisvųjų elektronų. Ši būsena vadinama plazma.
Plazma yra pakankamai karšta, kad būtų galima susilieti, tačiau jos negalima rasti įprastose medžiagose. Plazma labai greitai atvėstų, o indo sienelės suardytų temperatūrų skirtumą. Tačiau kadangi plazmą sudaro įkrauti branduoliai ir elektronai, besisukantys aplink magnetinio lauko linijas, plazma gali būti laikoma magnetinio lauko apribotoje srityje, nereaguodama su talpyklos sienelėmis.
Bet kuriame kontroliuojamame sintezės įrenginyje energijos išsiskyrimas turi viršyti energiją, reikalingą plazmai apriboti ir pašildyti. Ši sąlyga gali būti įvykdyta, kai plazmos uždarymo laikas t ir jos tankis n viršija maždaug 10 14 . Santykiai tn > 10 14 vadinamas Lawsono kriterijumi.
Nuo 1950 m. JAV, SSRS, Didžiojoje Britanijoje, Japonijoje ir kitur buvo išbandyta daugybė magnetinės plazmos izoliavimo schemų. Buvo pastebėtos termobranduolinės reakcijos, tačiau Lawsono kriterijus retai viršydavo 10 12 . Tačiau vienas prietaisas „Tokamakas“ (šis pavadinimas yra rusiškų žodžių santrumpa: TOroidinė KAMERA su magnetinėmis ritėmis), kurį iš pradžių SSRS pasiūlė Igoris Tammas ir Andrejus Sacharovas, pradėjo duoti gerų rezultatų septintojo dešimtmečio pradžioje.
Tokamakas yra toroidinė vakuuminė kamera, kurioje yra ritės, kurios sukuria stiprų toroidinį magnetinį lauką. Šioje kameroje galingi elektromagnetai palaiko maždaug 50 000 Gausų toroidinį magnetinį lauką. Transformatoriaus ritės plazmoje sukuria išilginį kelių milijonų amperų srautą. Uždaros magnetinio lauko linijos stabiliai riboja plazmą.
Remiantis mažo eksperimentinio Tokamako sėkme, devintojo dešimtmečio pradžioje keliose laboratorijose buvo pastatyti du dideli įrenginiai – vienas Prinstono universitete JAV, o kitas – SSRS. Tokamake aukšta plazmos temperatūra kyla dėl šilumos išsiskyrimo dėl galingo toroidinio srauto pasipriešinimo, taip pat dėl papildomo šildymo, kai įvedamas neutralus pluoštas, kuris kartu turėtų sukelti užsidegimą.
Kitas galimas būdas gauti sintezės energiją taip pat yra inercinės savybės. Šiuo atveju kuras – tritis arba deuteris – yra mažame rutulyje, kurį iš kelių pusių bombarduoja impulsinis lazerio spindulys. Dėl to rutulys sprogsta, sukuriant termobranduolinę reakciją, kuri uždega degalus. Kelios laboratorijos JAV ir kitur šiuo metu tiria šią galimybę. Branduolinės sintezės tyrimų pažanga buvo daug žadanti, tačiau iššūkis sukurti praktines sistemas tvariai sintezės reakcijai, kuri gamina daugiau energijos nei suvartoja, lieka neišspręstas ir pareikalaus daug daugiau laiko ir pastangų.
Jau XX amžiaus pabaigoje alternatyvių energijos šaltinių paieškos problema tapo labai aktuali. Nepaisant to, kad mūsų planetoje tikrai gausu gamtos išteklių, tokių kaip nafta, anglis, mediena ir kt., visi šie ištekliai, deja, yra baigtiniai. Be to, žmonijos poreikiai kasdien auga ir tenka ieškoti naujesnių ir pažangesnių energijos šaltinių.
Ilgą laiką žmonija rado vienokį ar kitokį alternatyvių energijos šaltinių problemos sprendimą, tačiau tikrasis lūžis energetikos istorijoje buvo branduolinės energetikos atsiradimas. Branduolinė teorija nuėjo ilgą kelią, kol žmonės išmoko ją panaudoti savo tikslams. Viskas prasidėjo dar 1896 m., kai A. Becquerel užregistravo nematomus spindulius, kuriuos skleidžia urano rūda ir kurie turėjo didelę skverbimosi galią. Vėliau šis reiškinys buvo vadinamas radioaktyvumu. Branduolinės energetikos raidos istorijoje yra kelios dešimtys iškilių vardų, įskaitant sovietų fizikus. Paskutinis vystymosi etapas gali būti vadinamas 1939 m., Kai Yu.B. Kharitonas ir Ya.B. Zeldovičius teoriškai parodė galimybę atlikti grandininę urano-235 branduolių dalijimosi reakciją. Be to, branduolinės energetikos plėtra vyko šuoliais. Apytiksliais skaičiavimais, energiją, kuri išsiskiria suskaidžius 1 kilogramą urano, galima palyginti su energija, gaunama sudeginant 2 500 000 kg anglies.
Tačiau prasidėjus karui visi tyrimai buvo nukreipti į karinę sritį. Pirmasis branduolinės energijos pavyzdys, kurį žmogus sugebėjo parodyti visam pasauliui, buvo atominė bomba... Paskui vandenilinė bomba... Tik po metų mokslo bendruomenė atkreipė dėmesį į taikesnes sritis, kuriose naudojama branduolinė energija. gali tapti tikrai naudinga.
Taip prasidėjo jauniausio energijos lauko aušra. Pradėjo atsirasti atominės elektrinės (AE), o Kalugos srities Obninsko mieste buvo pastatyta pirmoji pasaulyje atominė elektrinė. Šiandien visame pasaulyje yra keli šimtai atominių elektrinių. Branduolinės energetikos plėtra buvo neįtikėtinai greita. Per mažiau nei 100 metų ji sugebėjo pasiekti itin aukštą technologijų išsivystymo lygį. Urano ar plutonio branduolių dalijimosi metu išsiskiriančios energijos kiekis yra nepalyginamai didelis – tai leido sukurti dideles pramoninio tipo atomines elektrines.
Taigi, kaip gauti šios energijos? Viskas apie kai kurių radioaktyviųjų elementų branduolių dalijimosi grandininę reakciją. Paprastai naudojamas uranas-235 arba plutonis. Branduolio dalijimasis prasideda tada, kai į jį atsitrenkia neutronas – elementari dalelė, kuri neturi krūvio, bet turi gana didelę masę (0,14 % daugiau nei protono masė). Dėl to susidaro dalijimosi fragmentai ir nauji neutronai, turintys didelę kinetinę energiją, kuri savo ruožtu aktyviai virsta šiluma. 
Šios rūšies energija gaminama ne tik atominėse elektrinėse. Jis taip pat naudojamas branduoliniuose povandeniniuose laivuose ir branduoliniuose ledlaužiuose.
Kad atominės elektrinės normaliai veiktų, joms vis tiek reikia kuro. Paprastai tai yra uranas. Šis elementas yra plačiai paplitęs gamtoje, tačiau jį sunku gauti. Gamtoje nėra urano telkinių (pavyzdžiui, naftos), jis tarsi „išteptas“ visoje žemės plutoje. Turtingiausiose urano rūdose, kurios yra labai retos, yra iki 10% gryno urano. Uranas paprastai randamas urano turinčiuose mineraluose kaip izomorfinis pakaitinis elementas. Tačiau nepaisant viso to, bendras urano kiekis planetoje yra nepaprastai didelis. Galbūt artimiausiu metu naujausios technologijos padidins urano gamybos procentą.
Tačiau toks galingas energijos šaltinis, taigi ir jėgos, gali nekelti susirūpinimo. Nuolat diskutuojama apie jo patikimumą ir saugumą. Sunku įvertinti branduolinės energijos daromą žalą aplinkai. Ar tai taip efektyvu ir pelninga, kad nepaisyti tokių nuostolių? Kiek tai saugu? Be to, skirtingai nei bet kuris kitas energetikos sektorius, mes kalbame ne tik apie aplinkos saugumą. Visi puikiai atsimena baisias įvykių Hirosimoje ir Nagasakyje pasekmes. Kai žmonija turi tokią galią, kyla klausimas: ar ji verta tokios galios? Ar sugebėsime adekvačiai valdyti tai, ką turime, ir jo nesunaikinti?
Jei rytoj mūsų planetoje pritrūktų visų tradicinių energijos šaltinių atsargų, branduolinė energija, ko gero, taptų vienintele sritimi, kuri iš tikrųjų galėtų ją pakeisti. Negalima paneigti jo naudos, tačiau neturėtume pamiršti ir galimų pasekmių. 
Branduolinė energija iš sunkiųjų metalų atomų dalijimosi jau plačiai naudojama daugelyje šalių. Kai kuriose šalyse šios rūšies energijos dalis siekia 70% (Prancūzija, Japonija). Tikriausiai per ateinančius 50–100 metų branduolio dalijimosi energija rimtai konkuruos su visomis kitomis žmonijos naudojamomis energijos rūšimis. Pasaulio urano, pagrindinio branduolių dalijimosi energijos nešiklio, atsargos siekia daugiau nei 5 mln. tonų. Tai reiškia, kad branduolinės energijos rezervas yra eilės tvarka didesnis nei visų iškastinių neatsinaujinančių energijos šaltinių atsargos.
Atomų branduoliai susideda iš dviejų elementariųjų dalelių – protonų ir neutronų. Protonų ir neutronų derinys sudaro masės skaičių, susidedantį iš protonų skaičiaus ir neutronų skaičiaus atomo branduolyje:
A = Z p + Z n ,
Kur Z p- protonų skaičius branduolyje, Z n– neutronų skaičius. Elementariųjų dalelių masė matuojama atominės masės vienetais (am) ir kilogramais. Fizikai labai tiksliai žino pagrindinių elementariųjų dalelių mases. Visų pirma, protonų masė yra:
m p= 1,007276 aem = 1,672623·10 -27 kg;
neutronų masė:
m n = 1,008664 am = 1,674928·10 -27 kg.
Skirtumas tarp protono ir neutrono masės nedidelis, bet pastebimas. Elektrono, kurio tam tikras skaičius sudaro elektronų debesį aplink branduolį, masė yra maždaug 1823 kartus mažesnė už protono ar neutrono masę, todėl jų įtaka dažniausiai nepaisoma, bent jau apytikriais skaičiavimais.
Protonai ir neutronai, surinkti atomo branduolyje, sudaro branduolio surišimo energiją:
E RYŠYS = ( m p ∙Z p + m n ∙Z n – m CORE)∙ c 2 .
Ši formulė suteikia energiją J, jei masė nurodoma kilogramais. Iš formulės aišku, kad surišimo energija susidaro dėl branduolio masės ir atskirų branduolio komponentų masės skirtumo (dėl vadinamojo masės defekto). Kai branduolys skyla, ši energija išsiskiria.
Visų elementų branduoliai skirstomi į:
Stabilus arba pseudostabilus, kurio pusinės eliminacijos laikas yra daugiau nei milijonas metų;
Spontaniškai skili, nestabili, pusinės eliminacijos laikas trumpesnis nei milijonas metų.
Tačiau yra elementų, kurių branduoliai leidžia dirbtinai dalytis, jei jų branduolius bombarduoja neutronai, kurie, prasiskverbę į branduolį, paverčia jį nestabiliu ir sukelia dirbtinį jo skilimą. Šiuo metu energetiniais tikslais naudojami trys tokio dirbtinio padalijimo variantai:
1.Naudojimas U 2 35 ir lėtieji (terminiai) neutronai. Šiluminių neutronų greitis ne didesnis kaip 2000 m/s.
2.Naudojimas Pu 239 arba U 2 33 ir lėtieji (terminiai) neutronai. Plutonis Pu 239 ir uranas U 2 33 gamtoje nerandami ir gaunami dirbtinai, įgyvendinant trečiąjį metodą.
3.Naudojimas U 2 38 ir greitieji neutronai, kurių greitis apie 30 000 m/s. Taip pat galima naudoti Th 232 (torio ciklas).
Norint užtikrinti nenutrūkstamą branduolio dalijimąsi, būtina vadinamoji dalijimosi grandininė reakcija. Kad įvyktų grandininė reakcija, kiekvienas paskesnis dalijimosi įvykis turi apimti daugiau neutronų nei ankstesnis. Skilusis branduolinis kuras yra vienkomponentis. Šiluminius neutronus intensyviausiai sugeria skilintys izotopai. Todėl branduoliniuose reaktoriuose neutronai sulėtėja specialiose stabdančiose medžiagose – vandenyje, sunkiajame vandenyje, grafite, berilyje ir kt.
Iš žemės plutos išgaunamas natūralus uranas turi tik 0,712 proc. U 2 35, dalijimasis gaudant šiluminius neutronus. Likusi masė yra U 2 38. Dėl to natūralų uraną reikia sodrinti pridedant U 2 35 nuo 1 iki 5% atominių elektrinių reaktoriams.
Panagrinėkime branduolio dalijimosi reakcijos gavimo procesą pagal pirmąjį variantą. Apskritai masės defekto apskaičiavimo formulė yra tokia:
Kur m U- urano branduolio masė, m D yra visų dalijimosi produktų masė, m n- neutronų masė. Ši branduolinė reakcija išskiria energiją
W = Δ M∙ c 2 .
Teoriniai skaičiavimai ir patirtis parodė, kad naudojant U 2 35 ir vienam lėtam neutronui sugerus jo atomą, atsiranda du skilimo produktų atomai ir trys nauji neutronai. Visų pirma gali atsirasti baris ir kriptonas. Reakcija atrodo taip:
Masės defektas santykiniais vienetais yra lygus
.
Visų reakcijoje dalyvaujančių elementų masės yra lygios: M U = 235.043915,M Ba = 140.907596,M Kr = 91.905030,m n = 1,008664, visos reikšmės aem. Masės defektas lygus:
Taigi, dalijant 1 kg U 2 35 masės defektas bus 0,000910 kg. Šiuo atveju išsiskirianti energija yra lygi
W= 0,000910∙ (3∙10 8) 2 = 8190∙10 10 J = 8,19∙10 7 MJ.
1000 MW galios blokas pagamina elektros energiją per metus W E = 103∙106∙3600∙8760 = 3,154∙10 16 J arba 3,154∙10 10 MJ.
Kai bloko efektyvumas η = 0,4, urano-235 reikės per metus:
kilogramas.
Palyginimui nustatysime antracito poreikį
2,25 mln. tonų.
Buvo atlikti grynojo urano-235 skaičiavimai. Jei natūralus uranas prisodrintas iki 3%, bendra urano masė bus tokia
M= 962,8/0,03 = 32 093 kg.
Be to, praktiškai naudojamas ne urano metalas, kurio lydymosi temperatūra yra nepakankamai aukšta, o urano dioksidas UO 2. Apskaičiuokime bendrą sodrinto branduolinio kuro, naudojant urano dioksidą, poreikį, kad būtų užtikrintas 1000 MW galios bloko veikimas per metus. Atsižvelgiant į deguonies masę, kurios dalis yra maždaug lygi santykiui: 2∙16/238 = 0,134, bendra branduolinio kuro masė bus:
M YT = 32093∙(1 + 0,314) = 36400 kg = 36,4 tonos.
Nesunku pastebėti, kad organinio kuro ir branduolinio kuro masės, reikalingos tam pačiam energijos kiekiui pagaminti, skirtumas yra didžiulis.
Anksčiau buvo pažymėta, kad didžioji dalis natūralaus urano yra uranas-238, kuris praktiškai nereaguoja į lėtus neutronus, bet gerai sąveikauja su greitaisiais neutronais. Tokiu atveju įmanoma tokia branduolinė reakcija:
ir iš dalies kaupiasi. Sukauptas plutonis-239 gali būti naudojamas kaip branduolinis kuras lėtųjų (terminių) neutronų reaktoriuje. Tokios reakcijos pagalba natūralaus urano panaudojimo efektyvumas padidėja daug kartų (beveik 100 kartų).
Greitųjų neutronų reaktoriuose galima organizuoti torio ciklą naudojant torį-232. Gamtoje torio atsargos viršija urano atsargas 4–5 kartus. Sugavus šiluminį neutroną natūraliu toriu-232, susidaro skilusis izotopas uranas-233, kuris gali būti sudegintas vietoje arba saugomas, kad vėliau būtų panaudotas terminiuose neutroniniuose reaktoriuose:
Torio energija, skirtingai nei urano energija, negamina plutonio ir transurano elementų. Tai svarbu tiek aplinkosaugos, tiek branduolinio ginklo neplatinimo požiūriu.
Branduoliniai reaktoriai, naudojantys torio kurą, yra saugesni nei naudojantys urano kurą, nes torio reaktoriai neturi reaktyvumo rezervo. Todėl joks reaktoriaus įrangos sunaikinimas negali sukelti nekontroliuojamos grandininės reakcijos. Tačiau torio ciklo reaktorių pramoninis pritaikymas dar toli.
Sintezės energija. Kai susilieja lengvieji branduoliai (vandenilis ir jo izotopai, helis, litis ir kai kurie kiti), branduolio masė po susiliejimo yra mažesnė už atskirų branduolių masių sumą prieš susiliejimą. Rezultatas taip pat yra masinis defektas ir, kaip pasekmė, energijos išsiskyrimas. Šios energijos panaudojimo patrauklumą lemia praktiškai neišsenkančios žaliavų atsargos jai įgyvendinti.
Norint atlikti termobranduolinę sintezę, reikalinga itin aukšta 10 7 ºK ir aukštesnė temperatūra. Itin aukštų temperatūrų poreikį lemia tai, kad dėl stipraus elektrostatinio atstūmimo šiluminio judėjimo procese esantys branduoliai gali priartėti prie nedidelių atstumų ir reaguoti tik su pakankamai didele jų santykinio judėjimo kinetine energija. Natūraliomis sąlygomis žvaigždžių gelmėse vyksta termobranduolinės reakcijos, kurios yra pagrindinis jų skleidžiamos energijos šaltinis. Dirbtinė termobranduolinė reakcija buvo gauta tik nekontroliuojamo vandenilinės bombos sprogimo forma. Tuo pat metu valdomos termobranduolinės sintezės darbas buvo vykdomas daugelį metų.
Naudingos energijos gavimo, pagrįsto kontroliuojama termobranduolinės sintezės reakcija, projekto įgyvendinimo kryptys yra dvi.
Pirmoji kryptis apima toroidinės kameros naudojimą, kurioje magnetinis laukas suspaudžia susiliejančių elementų branduolius, įkaitintus iki kelių milijonų laipsnių. Visas prietaisas vadinamas TOKAMAK (toroidinė kamera su magnetinėmis ritėmis). Šiuo keliu eina Europos šalys ir Rusija.
Antroji kryptis naudoja lazerius branduoliams šildyti ir suspausti. Taigi NIF-192 projekte, įgyvendintame Liverpulio nacionalinėje laboratorijoje Kalifornijoje, naudojami 192 lazeriai, kurie yra išdėstyti apskritime ir kartu su savo spinduliuote suspaudžia deuterį ir tritį.
Rezultatai teikia vilčių, tačiau neleidžia daryti išvadų apie konkretų branduolinės sintezės energijos gavimo praktiniais tikslais laiką.
Kai paaiškėjo, kad išsenka angliavandenių šaltiniai žaliavų, tokių kaip nafta, dujos, anglis. Tai reiškia, kad turime ieškoti naujų energijos rūšių. Dabar iškilo labai rimtas klausimas dėl katastrofiškų klimato pokyčių dėl to, kad įprastos šiluminės elektrinės sukuria šiltnamio efektą sukeliančių dujų sluoksnį. Dėl to Žemėje vyksta visuotinis atšilimas. Tai visiškai aišku. Turime ieškoti naujų energijos rūšių, kurios to nepriveda.
Kuvšinovas Viačeslavas Ivanovičius:
Atomo sandara ir atomo sandara (kad jo viduje yra branduolys) tapo žinoma tik praėjusiame amžiuje. Antrajam pasauliniam karui įsibėgėjus tapo aišku, kad iš atomo branduolio galima išgauti kolosalią energiją. Natūralu, kad buvo apgalvotas variantas, kaip tai būtų galima panaudoti ginklų, atominės bombos požiūriu.
Ir tik šeštajame dešimtmetyje iškilo taikaus atominės energijos panaudojimo klausimas ir „taiko atomo“ sąvoka.
Obninske buvo pastatyta pirmoji Sovietų Sąjungoje atominė elektrinė. Įdomu, kad pirmosios atominės elektrinės direktorius buvo akademikas Andrejus Kapitonovičius Krasinas, kuris, beje, vėliau tapo Sosnio energetikos ir branduolinių tyrimų instituto direktoriumi.
Kuvšinovas Viačeslavas Ivanovičius:
Paimkime protonus ir neutronus, sudarančius branduolį. Jei jie sėdi branduolio viduje, jie yra glaudžiai susiję branduolinėmis jėgomis. Kodėl ankšta? Kadangi, pavyzdžiui, du protonai turi tą patį elektros krūvį, jie turėtų labai atstumti, tačiau yra traukiami kartu. Taigi branduolio viduje yra branduolinės jėgos. Ir pasirodo, kad dalis protonų ir neutronų masės virsta energija. Ir yra tokia garsi formulė, kuri dabar net parašyta ant marškinėlių E = Mc2. E yra energija, M yra dalelių masė, SU kvadratas yra šviesos greitis.
Pasirodo, yra ir ypatinga energija, kuri siejama su kūno svoriu. Ir jei šerdyje yra kažkokia sukaupta energija, jei šerdis yra padalinta, tada ši energija išsiskiria fragmentų energijos pavidalu. Ir būtent jo kiekis (E) yra lygus (M) vienam (šviesos greičio kvadratui). Dėl vieno branduolio skilimo jūs gaunate šiek tiek energijos fragmentų energijos pavidalu.
Įdomu tai, kad kai dalijasi didelis kiekis, pavyzdžiui, urano kuro, įvyksta branduolinė grandininė reakcija. Tai reiškia, kad branduoliai dalijasi beveik vienu metu. Taip išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Pavyzdžiui, 1,5 kg urano kuro gali pakeisti 1,5 vagono anglies.
Kokį vaidmenį šioje universalioje formulėje vaidina šviesos greitis?
Kuvšinovas Viačeslavas Ivanovičius:
Einšteinas sukūrė savo formules, kaip keisti šviesos greitį iš vienos koordinačių sistemos į kitą, iš kurios išplaukia, kad šviesos greitis yra pastovus, o visi kiti kitų kūnų ir objektų greičiai kinta. Įdomu, kad iš Einšteino reliatyvumo formulės paaiškėja, kad kelionė laiku yra įmanoma! Tai reiškia vadinamąjį „dvynių paradoksą“. Taip yra dėl to, kad vienas iš dvynių, esantis raketoje, pagreitintoje iki šviesos greičio, pasens mažiau nei jo brolis, likęs Žemėje.
Viačeslavas Ivanovičius Kuvšinovas, profesorius, Sosnio jungtinio energetikos ir branduolinių tyrimų instituto generalinis direktorius:
TATENA teigimu, tik įtraukus branduolinę energiją gaunama mažiausia elektros kaina. Baltarusiai šį pranašumą pamatys savo „riebumu“.
MGATE tyrimų duomenimis, iki 2020 metų Baltarusijos kuro ir energijos balanse bus, kaip sakoma, skylė. Specialistai teigia, kad energijos suvartojimo spragą bus galima panaikinti tik pasitelkus veikiančią atominę elektrinę.
TATENA duomenimis, pasaulyje veikia 441 jėgos agregatas. Aplink Baltarusiją yra 5 atominės elektrinės. Kaimyninėje Ukrainoje yra Rivnės AE, Rusijoje - Smolensko, Leningrado ir statoma Baltijos AE.
Nikolajus Gruša, Baltarusijos Respublikos energetikos ministerijos Branduolinės energetikos departamento direktorius:
Pagrindinis atominės elektrinės statybos uždavinys ir apskritai pagrindinis energetikos politikos uždavinys Baltarusijos Respublikoje – mažinti priklausomybę nuo gamtinių dujų tiekimo.
Pradėjus eksploatuoti daugiau nei 2 mln. kilovatų galios atominę elektrinę, visų pirma, bus pagaminta apie 27-29% visos atominėje elektrinėje pagaminamos elektros energijos. Tai leis pakeisti apie 5 milijardus kubinių metrų gamtinių dujų. Tai beveik ketvirtadalis to, ką suvartojame šiandien.
Energija, esanti atomo branduoliuose ir išsiskirianti branduolinių reakcijų bei radioaktyvaus skilimo metu.
Remiantis prognozėmis, ekologiško kuro žmonijos energijos poreikiams patenkinti pakaks 4-5 dešimtmečiams. Ateityje saulės energija gali tapti pagrindiniu energijos šaltiniu. Pereinamuoju laikotarpiu reikalingas energijos šaltinis, kuris būtų praktiškai neišsenkantis, pigus, atsinaujinantis ir neteršiantis aplinkos. Ir nors branduolinė energetika ne visiškai atitinka visus aukščiau išvardintus reikalavimus, ji sparčiai vystosi ir su ja siejama mūsų viltis išspręsti pasaulinę energetikos krizę.
Atomo branduolių vidinės energijos išlaisvinimas įmanomas dalijantis sunkiiesiems branduoliams arba susiliejus lengviesiems branduoliams.
Atomo charakteristikos. Bet kurio cheminio elemento atomas susideda iš branduolio ir aplink jį besisukančių elektronų. Atomo branduolys susideda iš neutronų ir protonų. Terminas naudojamas kaip bendras protonų ir neutronų pavadinimas nukleonas. Neutronai neturi elektros krūvio, protonai yra teigiamai įkrauti, elektronai – neigiami. Protono krūvis absoliučia reikšme yra lygus elektrono krūviui.
Z branduolio protonų skaičius sutampa su jo atominiu skaičiumi periodinėje Mendelejevo lentelėje. Neutronų skaičius branduolyje, išskyrus keletą išimčių, yra didesnis arba lygus protonų skaičiui.
Atomo masė yra sutelkta branduolyje ir nustatoma pagal nukleonų masę. Vieno protono masė lygi vieno neutrono masei. Elektrono masė yra 1/1836 protono masės.
Naudojamas atominės masės matmuo atominės masės vienetas(a.m.), lygus 1,66·10 -27 kg. 1 amu maždaug lygus vieno protono masei. Atomo charakteristika yra masės skaičius A, lygus bendram protonų ir neutronų skaičiui.
Neutronų buvimas leidžia dviem atomams turėti skirtingą masę su vienodais branduolio elektriniais krūviais. Šių dviejų atomų cheminės savybės bus vienodos; tokie atomai vadinami izotopais. Literatūroje elemento žymėjimo kairėje masės skaičius rašomas viršuje, o protonų skaičius apačioje.
Tokiuose reaktoriuose naudojamas branduolinis kuras yra urano izotopas, kurio atominė masė 235. Gamtinis uranas yra trijų izotopų mišinys: urano-234 (0,006%), urano-235 (0,711%) ir urano-238 (99,283%). Urano-235 izotopas pasižymi unikaliomis savybėmis – absorbuojant mažos energijos neutroną gaunamas urano-236 branduolys, kuris vėliau suskaidomas – padalijamas į dvi maždaug lygias dalis, vadinamas skilimo produktais (fragmentais). Pradinio branduolio nukleonai pasiskirsto tarp dalijimosi fragmentų, tačiau ne visi – vidutiniškai išsiskiria 2-3 neutronai. Dėl dalijimosi pradinio branduolio masė nėra visiškai išsaugoma, dalis jos paverčiama energija, daugiausia į dalijimosi produktų ir neutronų kinetinę energiją. Šios energijos vertė vienam urano 235 atomui yra apie 200 MeV.
Įprasto 1000 MW galios reaktoriaus šerdyje yra apie 1 tūkst. tonų urano, iš kurio tik 3 - 4% yra uranas-235. Kasdien reaktoriuje sunaudojama 3 kg šio izotopo. Taigi, norint aprūpinti reaktorių kuru, kasdien turi būti perdirbama 430 kg urano koncentrato, o tai yra vidutiniškai 2150 tonų urano rūdos.
Dėl dalijimosi reakcijos branduoliniame kure susidaro greitieji neutronai. Jei jie sąveikauja su kaimyniniais skiliosios medžiagos branduoliais ir, savo ruožtu, sukelia juose dalijimosi reakciją, dalijimosi įvykių skaičius didėja kaip lavina. Ši dalijimosi reakcija vadinama grandinine branduolio dalijimosi reakcija.
Neutronai, kurių energija mažesnė nei 0,1 keV, yra veiksmingiausi skilimo grandininei reakcijai vystyti. Jie vadinami šiluminiais, nes jų energija yra panaši į vidutinę molekulių šiluminio judėjimo energiją. Palyginimui, branduolių skilimo metu susidarančių neutronų turima energija yra 5 MeV. Jie vadinami greitais neutronais. Norint panaudoti tokius neutronus grandininėje reakcijoje, reikia sumažinti (sulėtinti) jų energiją. Šias funkcijas atlieka moderatorius. Moderuojančiose medžiagose greitieji neutronai yra išsibarstę ant branduolių, o jų energija paverčiama moderuojančios medžiagos atomų šiluminio judėjimo energija. Plačiausiai naudojami moderatoriai yra grafitas ir skystieji metalai (pirminio kontūro aušinimo skystis).
Greitą grandininės reakcijos vystymąsi lydi didelis šilumos kiekis ir reaktoriaus perkaitimas. Norint išlaikyti pastovų reaktoriaus režimą, į reaktoriaus šerdį įvedami valdymo strypai, pagaminti iš stipriai šiluminius neutronus sugeriančių medžiagų, pavyzdžiui, boro ar kadmio.
Skilimo produktų kinetinė energija paverčiama šiluma. Branduoliniame reaktoriuje cirkuliuojantis aušinimo skystis sugeria šilumą ir perduodama į šilumokaitį (1-as uždaras kontūras), kur gaminamas garas (2-as kontūras), kuris suka turbogeneratoriaus turbiną. Aušinimo skystis reaktoriuje yra skystas natris (1 grandinė) ir vanduo (2 grandinė).
Uranas-235 yra neatsinaujinantis išteklius ir, jei bus naudojamas tik branduoliniuose reaktoriuose, jis išnyks amžiams. Todėl patrauklu kaip pradinį kurą naudoti urano-238 izotopą, kurio randama daug didesniais kiekiais. Šis izotopas nepalaiko grandininės reakcijos veikiant neutronams. Tačiau jis gali sugerti greituosius neutronus, sudarydamas uraną-239. Urano-239 branduoliuose prasideda beta skilimas ir susidaro neptūnas-239 (gamtoje nerandamas). Šis izotopas taip pat suyra ir tampa plutoniu-239 (gamtoje nerandamas). Plutonis-239 yra dar jautresnis terminio neutronų dalijimosi reakcijoms. Branduoliniame kure plutonis-239 vykstant dalijimosi reakcijai, susidaro greitieji neutronai, kurie kartu su uranu formuoja naują kurą ir dalijimosi produktus, išskiriančius šilumą kuro elementuose (kuro elementuose). Dėl to iš kilogramo natūralaus urano galima gauti 20-30 kartų daugiau energijos nei įprastuose branduoliniuose reaktoriuose, kuriuose naudojamas uranas-235.
Šiuolaikinėse konstrukcijose kaip aušinimo skystis naudojamas skystas natris. Tokiu atveju reaktorius gali veikti aukštesnėje temperatūroje, taip padidindamas elektrinės šiluminį efektyvumą iki 40 proc. .
Tačiau plutonio fizinės savybės: toksiškumas, maža kritinė masė savaiminio dalijimosi reakcijoms, užsidegimas deguonimi, trapumas ir savaiminis įkaitimas metalinėje būsenoje apsunkina jo gamybą, apdorojimą ir tvarkymą. Todėl selekciniai reaktoriai vis dar yra mažiau paplitę nei terminiai neutroniniai reaktoriai.
Taikiems tikslams atominė energija naudojama atominėse elektrinėse. Atominių elektrinių dalis pasaulinėje elektros gamyboje sudaro apie 14 proc. .
Kaip pavyzdį apsvarstykite elektros energijos gamybos Voronežo AE principą. Skystas metalinis aušinimo skystis, kurio įėjimo temperatūra yra 571 K, kanalais siunčiamas 157 ATM (15,7 MPa) slėgio kanalais, kuris reaktoriuje įkaitinamas iki 595 K. Metalinis aušinimo skystis siunčiamas į garo generatorių, kuris gauna šalto vandens, kuris virsta 65,3 ATM (6,53 MPa) slėgio garais. Garas tiekiamas į garo turbinos mentes, kurios suka turbogeneratorių.
Branduoliniuose reaktoriuose gaminamo garo temperatūra yra žymiai žemesnė nei šiluminių elektrinių, naudojančių organinį kurą, garo generatoriuje. Dėl to atominių elektrinių, naudojančių vandenį kaip aušinimo skystį, šiluminis naudingumo koeficientas siekia tik 30%. Palyginimui, elektrinėse, veikiančiose anglimi, nafta ar dujomis, jis siekia 40 proc.
Atominės elektrinės naudojamos gyventojų elektros ir šilumos tiekimo sistemose, o mini atominės elektrinės jūrų laivuose (branduoliniuose laivuose, branduoliniuose povandeniniuose laivuose) elektrinei propelerių pavarai).
Kariniais tikslais branduolinė energija naudojama atominėse bombose. Atominė bomba yra specialus greitųjų neutronų reaktorius , kurioje vyksta greita nekontroliuojama grandininė reakcija su dideliu neutronų dauginimo koeficientu. Atominės bombos branduoliniame reaktoriuje nėra moderatorių. Dėl to prietaiso matmenys ir svoris tampa maži.
Urano-235 bombos branduolinis užtaisas yra padalintas į dvi dalis, kurių kiekvienoje grandininė reakcija neįmanoma. Norint sukurti sprogimą, pusė užtaiso iššaunama į kitą, o kai jie susijungia, beveik akimirksniu įvyksta sprogstamoji grandininė reakcija. Sprogstamosios branduolinės reakcijos metu išsiskiria didžiulė energija. Tokiu atveju pasiekiama maždaug šimto milijonų laipsnių temperatūra. Atsiranda milžiniškas slėgio padidėjimas ir susidaro galinga sprogimo banga.
Pirmasis branduolinis reaktorius buvo paleistas Čikagos universitete (JAV) 1942 m. gruodžio 2 d. Pirmoji atominė bomba buvo susprogdinta 1945 metų liepos 16 dieną Naujojoje Meksikoje (Alamogordo). Tai buvo prietaisas, sukurtas plutonio dalijimosi principu. Bombą sudarė plutonis, apsuptas dviejų sluoksnių cheminės sprogstamosios medžiagos su saugikliais.
Pirmoji atominė elektrinė, gaminusi srovę 1951 m., buvo EBR-1 atominė elektrinė (JAV). Buvusioje SSRS – Obninsko atominė elektrinė (Kalugos sritis, 1954 m. birželio 27 d. suteikta valdžia). Pirmoji SSRS atominė elektrinė su greitųjų neutronų reaktoriumi, kurio galia 12 MW, buvo paleista 1969 m. Dimitrovgrado mieste. 1984 metais pasaulyje veikė 317 atominių elektrinių, kurių bendra galia siekė 191 tūkst. MW, o tai sudarė 12% (1012 kWh) pasaulinės tuo metu pagamintos elektros energijos. Didžiausia pasaulyje atominė elektrinė 1981 m. buvo Biblio AE (Vokietija), jos reaktorių šiluminė galia siekė 7800 MW.
Termobranduolinės reakcijos vadinamos lengvųjų branduolių susiliejimo į sunkesnius branduolinėmis reakcijomis. Branduolio sintezėje naudojamas elementas yra vandenilis. Pagrindinis termobranduolinio sinetzo privalumas yra praktiškai neriboti žaliavos ištekliai, kuriuos galima išgauti iš jūros vandens. Vandenilis viena ar kita forma sudaro 90% visos medžiagos. Pasaulio vandenynuose esančio termobranduolinės sintezės kuro užteks daugiau nei 1 milijardui metų (saulės radiacija ir žmonija Saulės sistemoje truks neilgai). Termobranduolinės sintezės žaliavos, esančios 33 km vandenyno vandens, savo energija prilygsta visiems kietojo kuro ištekliams (Žemėje vandens yra 40 mln. kartų daugiau). Stiklinėje vandens esanti deuterio energija prilygsta 300 litrų benzino sudeginimui.
Yra 3 vandenilio izotopai : jų atominės masės yra -1,2 (deuterio), 3 (tričio). Šie izotopai gali atkurti branduolines reakcijas, kuriose bendra galutinių reakcijos produktų masė yra mažesnė už bendrą reakcijoje dalyvavusių medžiagų masę. Masės skirtumas, kaip ir dalijimosi reakcijos atveju, lemia reakcijos produktų kinetinę energiją. Vidutiniškai termobranduolinės sintezės reakcijoje dalyvaujančios medžiagos masės sumažėjimas yra 1 amu. atitinka 931 MeV energijos išsiskyrimą:
H 2 + H 2 = H 3 + neutronas +3,2 MeV,
H2 + H2 = H3 + protonas +4,0 MeV,
H 2 + H 3 = He 4 + neutronas +17,6 MeV.
Gamtoje tričio praktiškai nėra. Jį galima gauti sąveikaujant neutronams su ličio izotopais:
Li 6 + neutronas = He 4 + H 3 + 4,8 MeV.
Lengvųjų elementų branduolių susiliejimas nevyksta natūraliai (išskyrus procesus erdvėje). Norint priversti branduolius pradėti sintezės reakciją, reikalinga aukšta temperatūra (apie 107–109 K). Šiuo atveju dujos yra jonizuota plazma. Šios plazmos uždarymo problema yra pagrindinė kliūtis naudoti šį energijos gamybos būdą. Centrinei Saulės daliai būdinga apie 10 milijonų laipsnių temperatūra. Būtent termobranduolinės reakcijos yra saulės ir žvaigždžių spinduliuotės šaltinis.
Šiuo metu vyksta teorinis ir eksperimentinis darbas tiriant magnetinio ir inercinio plazmos uždarymo metodus.
Magnetinių laukų panaudojimo būdas. Sukuriamas magnetinis laukas, kuris prasiskverbia pro judančios plazmos kanalą. Įkrautos dalelės, sudarančios plazmą, judėdamos magnetiniame lauke, yra veikiamos jėgų, nukreiptų statmenai dalelių judėjimui ir magnetinio lauko linijoms. Dėl šių jėgų veikimo dalelės judės spirale išilgai lauko linijų. Kuo stipresnis magnetinis laukas, tuo tankesnis tampa plazmos srautas ir taip atsiskiria nuo korpuso sienelių.
Inercinis plazmos uždarymas. Reaktorius vykdo termobranduolinius sprogimus, kurių dažnis yra 20 sprogimų per sekundę. Norint įgyvendinti šią idėją, termobranduolinio kuro dalelė kaitinama fokusuota spinduliuote nuo 10 lazerių iki sintezės reakcijos užsidegimo temperatūros tuo metu, kol ji nespėja išsklaidyti per pastebimą atstumą dėl atomų šiluminio judėjimo (10-9). s).
Termobranduolinė sintezė yra vandenilio (termobranduolinės) bombos pagrindas. Tokioje bomboje įvyksta savaime išsilaikanti sprogstamojo pobūdžio termobranduolinė reakcija. Sprogstamasis yra deuterio ir tričio mišinys. Branduolio dalijimosi bombos energija naudojama kaip aktyvacijos energijos šaltinis (aukštos temperatūros šaltinis). Pirmoji pasaulyje termobranduolinė bomba buvo sukurta SSRS 1953 m.
50-ųjų pabaigoje SSRS pradėjo kurti termobranduolinės sintezės idėją TOKAMAK tipo reaktoriuose (toroidinė kamera ritės magnetiniame lauke). Veikimo principas toks: toroidinė kamera ištuštinama ir pripildoma deuterio ir tričio dujų mišinio. Per mišinį teka kelių milijonų amperų srovė. Per 1-2 sekundes mišinio temperatūra pakyla iki šimtų tūkstančių laipsnių. Kameroje susidaro plazma. Tolesnis kaitinimas atliekamas įpurškiant neutralius deuterio ir tričio atomus, kurių energija yra 100 - 200 keV. Plazmos temperatūra pakyla iki dešimčių milijonų laipsnių ir prasideda savaime išsilaikanti sintezės reakcija. Po 10-20 minučių plazmoje susikaups sunkūs elementai iš iš dalies išgaruojančios kameros sienelių medžiagos. Plazma atšąla ir termobranduolinis degimas sustoja. Kamerą reikia vėl išjungti ir išvalyti nuo susikaupusių nešvarumų. 5000 MW šiluminės galios reaktoriaus toro matmenys yra tokie: Išorinis spindulys -10m; vidinis spindulys - 2,5 m.
Tyrimai, siekiant rasti būdą kontroliuoti termobranduolines reakcijas, t.y. Termobranduolinės energijos naudojimas taikiems tikslams vystosi labai intensyviai.
1991 m. jungtinėje Europos įstaigoje JK pirmą kartą buvo pasiektas reikšmingas energijos išsiskyrimas kontroliuojamos termobranduolinės sintezės metu. Optimalus režimas buvo palaikomas 2 sekundes ir kartu buvo išleista apie 1,7 MW energijos. Maksimali temperatūra buvo 400 milijonų laipsnių.
Termobranduolinis elektros generatorius. Kai deuteris naudojamas kaip sintezės kuras, du trečdaliai energijos turi išsiskirti įkrautų dalelių kinetinės energijos pavidalu. Naudojant elektromagnetinius metodus, ši energija gali būti paversta elektros energija.
Elektrą galima gauti stacionariu ir impulsiniu įrenginio veikimo režimais. Pirmuoju atveju jonus ir elektronus, atsirandančius dėl savaime išsilaikančios sintezės reakcijos, slopina magnetinis laukas. Jonų srovė atskiriama nuo elektronų srovės naudojant skersinį magnetinį lauką. Tokios sistemos efektyvumas tiesioginio stabdymo metu sieks apie 50 proc., o likusi energija virs šiluma.
Sintezės varikliai (neįgyvendino). Taikymo sritis: erdvėlaiviai. Visiškai jonizuota deuterio plazma, esanti 1 milijardo laipsnių Celsijaus temperatūroje, yra laikoma laido pavidalu superlaidininkų ritinių linijiniame magnetiniame lauke. Darbinis skystis tiekiamas į kamerą per sieneles, jas aušinant ir šildomas tekant aplink plazminį laidą. Ašinis jonų nutekėjimo greitis ties išėjimu iš magnetinio antgalio yra 10 000 km/s.
1972 m. viename Romos klubo – organizacijos, tyrinėjančios priežastis ir ieškančios problemų sprendimų planetiniu mastu – susitikime mokslininkai E. von Weinzsäcker, A. H. Lovins parengė pranešimą ir sukūrė sprogusios bombos efektą. Ataskaitoje pateiktais duomenimis, planetos energijos šaltinių – anglies, dujų, naftos ir urano – pakaks iki 2030 m. Norėdami išgauti anglį, iš kurios galite gauti 1 USD vertės energijos, turėsite išleisti energiją, kainuojančią 99 centus.
Uranas-235, kuris tarnauja kaip kuras atominėms elektrinėms, gamtoje nėra toks gausus: tik 5% viso urano kiekio pasaulyje, iš kurio 2% yra Rusijoje. Todėl atominės elektrinės gali būti naudojamos tik pagalbiniams tikslams. Mokslininkų, kurie bandė gauti energijos iš plazmos ant TOKAMAK, tyrimai tebėra brangūs pratimai iki šių dienų. 2000 m. pasirodė pranešimų, kad Europos atominė bendrija (CERN) ir Japonija kuria pirmąjį TOKAMAK segmentą.
Išganymas gali būti ne atominės elektrinės „taikus atomas“, o „karinis“ – termobranduolinės bombos energija.
Rusijos mokslininkai savo išradimą pavadino sprogstamuoju degimo katilu (ECC). PIC veikimo principas pagrįstas itin mažos termobranduolinės bombos sprogimu specialiame sarkofage – katile. Sprogimai vyksta reguliariai. Įdomu tai, kad VBC sprogimo metu slėgis ant katilo sienelių yra mažesnis nei įprasto automobilio cilindruose.
Kad katilas veiktų saugiai, vidinis katilo skersmuo turi būti ne mažesnis kaip 100 metrų. Dvigubos plieninės sienos ir 30 metrų storio gelžbetoninis apvalkalas slopins vibracijas. Jai statyti bus naudojamas tik aukštos kokybės plienas, kaip ir du modernūs kariniai mūšio laivai. KVS planuojama statyti 5 metus. 2000 metais viename iš uždarų Rusijos miestų buvo parengtas eksperimentinės 2-4 kilotonų branduolinio ekvivalento „bombos“ įrengimo projektas. Šio FAC kaina yra 500 mln. Mokslininkai paskaičiavo, kad ji atsipirks per metus, o dar 50 metų teiks praktiškai nemokamą elektrą ir šilumą. Projekto vadovo teigimu, energijos kaina, prilygstanti tonai naftos, bus mažesnė nei 10 USD.
40 KVG gali patenkinti viso šalies energetikos sektoriaus poreikius. Šimtas – visos Eurazijos žemyno šalys.
1932 metais eksperimentiškai buvo atrastas pozitronas – elektrono masės, bet teigiamo krūvio dalelė. Netrukus buvo pasiūlyta, kad gamtoje egzistuoja krūvio simetrija: a) kiekviena dalelė turi turėti antidalelę; b) gamtos dėsniai nekinta, kai visos dalelės pakeičiamos atitinkamomis antidalelėmis ir atvirkščiai. Antiprotonas ir antineutronas buvo atrasti šeštojo dešimtmečio viduryje. Iš esmės gali būti antimedžiagos, susidedančios iš atomų, kurių branduoliuose yra antiprotonų ir antineutronų, o jų apvalkalą sudaro pozitronai.
Kosmologinio dydžio antimedžiagos krešuliai būtų antipasauliai, tačiau gamtoje jų nėra. Antimedžiaga sintetinama tik laboratoriniu mastu. Taigi 1969 metais Serpuchovo greitintuve sovietų fizikai aptiko antihelio branduolius, susidedančius iš dviejų antiprotonų ir vieno antineutrono.
Kalbant apie energijos konvertavimo galimybes, antimedžiaga išsiskiria tuo, kad jai kontaktuojant su medžiaga įvyksta anihiliacija (sunaikinimas), išsiskiriant kolosalia energijai (dingsta abi medžiagos rūšys, virsta spinduliuote). Taigi, elektronas ir pozitronas, anihiliuodami, sukuria du fotonus. Vienos rūšies medžiaga – įkrautos masyvios dalelės – virsta kito tipo medžiaga – neutraliomis bemasėmis dalelėmis. Naudojant Einšteino ryšį apie energijos ir masės ekvivalentiškumą (E = mc 2), nesunku suskaičiuoti, kad sunaikinus vieną gramą materijos gaunama tokia pati energija, kokią galima gauti sudeginus 10 000 tonų anglies, o vienos tonos antimedžiagos pakaktų, kad energija būtų aprūpinta visai planetai metams.
Astrofizikai mano, kad būtent naikinimas suteikia milžinišką kvazižvaigždžių objektų – kvazarų – energiją.
1979 metais grupei amerikiečių fizikų pavyko užregistruoti natūralių antiprotonų buvimą. Juos atnešė kosminiai spinduliai.
