Эволюция физики. 4. Управляемый термоядерный синте

Теперь давайте рассмотрим основные на сегодняшний день концепции УТС, чтобы попытаться спрогнозировать перспективы каждой из них на осуществление Революции в физике и в как следствие-в истории нашей Цивилизации.
Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии.

Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра.

В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий(2H) и тритий (3H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).

Кстати, вот термоядерная реакция с применением изотопа гелия-3:

Реакция дейтерий + гелий-3

2H + 3He = 4He + p при энергетическом выходе 18,4 МэВ.

Условия её достижения очень сложны. Гелий-3, кроме того, является редким и чрезвычайно дорогим изотопом. В промышленных масштабах в настоящее время не производится. Однако может быть получен из трития, получаемого в свою очередь на атомных электростанциях либо добыт на Луне.

Что рентабельнее?

Запасы гелия-3 на Земле составляют в атмосфере около 50 000 т  и гораздо больше в литосфере, на Луне он находится в значительном количестве: до 10 млн тонн.   Но его легко получать и на Земле из широко распространённого в земной природе лития-6 путем облучения на некоторых существующих ядерных реакторах деления.
Наиболее простым способом осуществления термоядерной реакции является синтез дейтерия и трития с выделением гелия-4 и «быстрого» нейтрона:
D + T ; 4He (3,5 МэВ) + n (14,1 МэВ).

Синтез дейтерия и гелия-3 почти не производит радиоактивных продуктов:

D + 3He ; 4He (3,7 МэВ) + p (14,7 МэВ), где p — протон.

А это схематическое изображение реакции дейтерий-тритий
Самая легко осуществимая реакция управляемого термоядерного синтеза— дейтерий + тритий:
2H + 3H = 4He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ (мегаэлектронвольт).
Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты дешевы. Недостаток — выход нежелательной нейтронной радиации.
Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона.

«Безнейтронные» реакции
Особо перспективны так называемые «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и порождает наведенную радиоактивность в конструкции реактора. Реакция дейтерий + гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода.

Реакции на лёгком водороде
Протон-протонные реакции синтеза, идущие в звёздах, не рассматриваются как перспективное термоядерное горючее. Протон-протонные реакции идут через слабое взаимодействие с излучением нейтрино, и по этой причине требуют колоссальных размеров реактора для сколь-либо ощутимого в промышленных масштабах энерговыделения.
p + p ; ;D + e+ + ;e + 0.4 Мэв

УТС уже не фантастика! Вслед за ЦЕРН в тех же краях строится и скоро будет запущен ITER.

ITER (изначально аббр. от англ. International Thermonuclear Experimental Reactor, ИТЭР) — проект международного экспериментального термоядерного реактора. 
Проектирование реактора полностью закончено и выбрано место для его строительства — исследовательский центр Кадараш (фр. Cadarache) на юге Франции, в 60 км от Марселя. Подготовка строительной площадки в Кадараш на юге Франции началась в январе 2007 года. 
Страны-участники:


Страны ЕС (выступают как единое целое)
Индия
Китай
Республика Корея
Россия
США
Япония
Казахстан

Но я боюсь, что в свете пресловутых санкций Россия может быть отлучена от Проекта, сотрудничество прекращено или сведено к минимуму. Было бы, на мой взгляд, правильнее построить такой Реактор УТС в РФ.
ITER относится к термоядерным реакторам типа «токамак». Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона.

...

http://www.iter.org/
Официальный сайт проекта ITER на англ.яз.

Итак, пока побеждает вариант дейтерий и тритий, но есть и другие варианты. А как же гелий-3. Вот что овтетил в   вопросах после лекции:

На пути к термоядерной энергетике (ответы на вопросы после лекции)
Кристофер Ллуэллин-Смит,
профессор Оксфордского университета, председатель Совета ИТЭР, председатель Совета СЕЗАМа

Вопрос. Будьте добры, скажите, как вы относитесь к перспективе замены, хотя бы в будущем, трития в токамаках на дейтерий или на гелий-3.

К. Ллуэллин-Смит. Существует реакция термоядерного синтеза с участием бора и гелия-3, и есть реакции, не производящие нейтроны. Всё это, на первый взгляд, интересно: никакой радиоактивности! Однако для этих реакций нужна гораздо большая температура. Очень трудно осуществить это и с дейтерием и тритием, а с этими реакциями всё будет еще гораздо сложнее. Кроме того, гелия-3 имеется не так уж много, если мы не полетим на Луну — а я знаю, что некоторые люди работают над программой, имеющей целью полеты на Луну. Но это будет очень дорого. И к тому же, у нейтронов есть преимущество: они распространяют теплоту. Так что легче иметь дело с этими очень непростыми нагревателями. И, может быть, в долгосрочной перспективе такие процессы будут использоваться, но сейчас стоит сосредоточиться на том, что и без того трудно, то есть на дейтерии и тритии.

Там же. О другом варианте, требующем разработок. Я думаю, что может оказаться еще перспективнее:

Вопрос. Как вы оцениваете перспективы использования других конструкций, отличных от токамака, например стелларатора? Ведь теоретически он может работать непрерывно, в отличие от того же токамака?

К. Ллуэллин-Смит. Есть две других установки с магнитным удержанием. Первая — стелларатор. Вот что открыли Тамм и Сахаров и другие: необходимо геликоидальное магнитное поле. И они предложили генерировать такое поле при помощи соленоида и электрического тока. Но в то же время Лайман Спитцер в Принстоне предложил создавать геликоидальное поле без тока, с помощью магнитов очень сложной конфигурации. Это стелларатор. Очень красивая идея, но идея теоретика. Такую установку очень трудно построить. Она очень сложна, очень дорога, и получить оболочку для нее очень трудно. В принципе, у нее есть преимущества, потому что ток [в токамаке] флуктуирует. Эти флуктуации могут производить нестабильности в плазме.

Таким образом, наука ставит все новые вопросы и новые технические проблемы. Все же гелиевая реакция наиболее предпочтительна, если будет найден способ решить проблему нейтронной радиации.  И это проблема ждущая, как мне думается, своих счастливых авторов решения.

Впрочем, тема радиации вовсе не снимается и с ITER  И совсем не является этот проект более безопасным, чем АЭС. Или менее дорогостоящим.
Так что рентабельность и безопасность УТС все еще остается нерешенной проблемой.

Едва ли после Чернобыля и Фукусимы можно всеръез верить в "мирный атом":любые наши манипуляции с атомом чреваты...

Но что  холодный термоядерный синтез?

Но жаль, что не национальный проект, а международный. А ведь идея ТОКАМАКов отечественная!  Все упирается в финансы. Теперь вот ЕС приватизировала идею и Россия в ней на долевом участии.
А с учетом международного кризиса в отношениях стран, да общего кризиса Евросоюза-снова все уйдет в песок?
И не многовато им:и БАК, и ИТЕР. А у нас что? Одно Сколково, а что оно делает, чем гремит? Да и поутих шум в СМИ о Сколково-"нашей Силиконовой долине"(Всякое подражание бледнее оригинала, это известно).

Да и Европейское космическое агентсво то и дело поставляет свежие сенсации, а вот Роскосмос чаще рапортует о упавших ракетах и неудачных запусках.
Скверные сенсации...

Теряем инициативу.

Я совершенно согласна с вами, Impulse, с вашим утверждением:"нет более безопасного реактора, чем данное природой Солнце".
Истинно так!  Это  БИОНИКА.  Наука познаёт природу, а техника и технологии должны прежде всего учиться у Природы, подражать ей.  Поэтому я сторонница гелиевой реакции УТС.  Рукотворное Солнце.  Проблема в необходимости очень высокой температуры и добыче сырья,  которые осложняют такой соблазнительно-простой и дешево-рентабельный солнечный принцип реализации управляемого термоядерного синтеза.
Есть ли какие-либо соображения на сей счет?
Мозговой штурм. По этому принципу решения изобретательских задач на этапе обсуждения запрещена любая критика и разрешаются любые предложения и соображения вплоть до самых "безумных" и странных, невежественных, сказочно-фантастических и т.д.Обработка идей на следующем этапе.
-------------------------------------------------------
Управляемый термоядерный синтез(УТС), или источник  неиссякаемой энергии.
На иллюстрации - Солнце, природный термоядерный реактор.

Разум пока  возобладал. Иран не стали закидывать ядерными бомбами.
Может быть, этому способствовала и известная эксцентричность иранского президента М.Ахмадинежада. Он на весь мир заявил о том, что иранская наука владеет реакцией управляемого  термоядерного синтеза. Мировые СМИ, в том числе наши, только посмеялись над этими словами, да назвали Ахмадинежада бароном Мюнхгаузеном. Ибо проблема осуществления реакции управляемого термоядерного синтеза(УТС)–это давняя мечта, осуществление которой дало бы человечеству источник неиссякаемой энергии.

УТС-это по сути, Perpetuum Mobile, Вечный Двигатель, хотя бы в практическом смысле, как Солнце, которое не выгорит еще миллионы лет. УТС так и называют “рукотворным Солнцем”. Это открытие поднимет нашу цивилизацию на новый виток эволюции. В военном смысле, безусловно, это гарантированное превосходство. Заявление президента Ирана назвали блефом, невозможным враньём, но как раз с этого момента активная подготовка военно-политических кругов США к войне с Ираном, включавшим по замыслу даже ядерные атаки, потихоньку прекратилась, остались лишь словесные угрозы - скорее декларативного характера, раздающиеся из США.(“А еще я считаю, что Карфаген надо разрушить” - этой фразой по преданию, все свои речи неизменно оканчивал один древний правитель).

К слову сказать, ведь и доказательств отсутствия у Ирана или у иной державы если не готового решения, то близких подступов к проблеме УТС - нет, все может быть.

США вполне официально, как следует из выступлений руководства, готовятся к новому освоению Луны. И это, как утверждают, как раз связано с УТС, одним из вариантов её осуществления с помощью изотопа Гелия-3. Гелий-3, на Земле почти не встречается, а вот лунный грунт буквально усеян тоннами этого редкоземельного элемента. Россия внешне никак не выказывает особой заитересованности в проблеме, хотя ещё в 70-80-е велись активные разработки(знаменитый, со всесветной рекламой, но так и не достигший поставленной цели проект ТОКАМАК под руководством акад.Велихова), в который было вложено много миллиардов рублей. Но скорое падение советской власти, пустая гос.казна, переориентация интересов и, что важнее всего, кажущаяся по крайней мере на данном этапе ошибочность направления, отсутствие результатов в практическом смысле - и о Токамаке давно забыли, а что дальше-неизвестно Не ведутся новые разработки или не афишируются? ....

Справка.

Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий(2H) и тритий (3H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).

За подробностями:

Е.П. Велихов; С.В. Мирнов Управляемый термоядерный синтез выходит на финишную прямую (PDF). Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований. Российский научный центр «Курчатовский институт».. ac.ru. — Популярное изложение проблемы.. Архивировано из первоисточника 5 февраля 2012. Проверено 8 августа 2007.

К. Ллуэллин-Смит. На пути к термоядерной энергетике. Материалы лекции, прочитанной 17 мая 2009 года в ФИАНе.
 

http://stihi.ru/2013/02/19/2493
Управляемый термоядерный синтез-рукотворное Солнце

http://proza.ru/2015/08/22/1617
Эволюция физики. 4. Управляемый термоядерный синтез
http://stihi.ru/2020/10/31/8814
Постулаты теоретической физики

http://stihi.ru/2018/04/05/9508
Курчатовский институт, как кузница ИИ, УТС

http://stihi.ru/2021/04/18/3719
Энгельс писал о реальности мирового эфира

http://stihi.ru/2020/01/26/8985
Авиценна писал об эфире

http://stihi.ru/2016/06/02/6223
Ошибка Эйнштейна, или Как достичь скорости света

http://stihi.ru/2020/10/26/7466
Новая физика. Критическое перечитывание квантовой физики.

http://www.stihi.ru/2015/05/20/3894
Природа пространства-времени у Гегеля

http://www.stihi.ru/2015/07/16/8810
Миры иной онтологической природы

http://stihi.ru/2020/11/05/9824
Откуда скорость света, как величина const

http://stihi.ru/2020/07/05/8471
Софья Ковалевская и проблема мирового эфира

http://stihi.ru/2018/09/08/400
А вы еще верите в гравитацию?

http://stihi.ru/2020/10/07/5973
Кванты и эфир Продолжение. Философские тетради. Диалектика.

http://www.stihi.ru/2015/07/15/7436
Стихи о науке. Единство времен в микромире

http://www.stihi.ru/2015/07/15/6888
1.Ленинская концепция материи и современная наука

2.Миры иной онтологической природы Диалектика бесконечности

http://stihi.ru/2015/05/20/4163
Истина цветка, или суть диалектического отрицания

http://www.stihi.ru/2015/05/20/3894
Природа пространства-времени у Гегеля
Предвосхищения новейшей физики 20-21 вв у Гегеля
-----------------------------------------------------------
http://www.stihi.ru/2014/10/07/136
Когда обществом правят философы...
http://www.stihi.ru/2013/02/19/2493
Управляемый термоядерный синтез-рукотворное Солнце

Также генетика, генная инженерия, ГМО:

http://www.stihi.ru/2013/03/23/7075
Возможна ли вечная молодость

http://www.stihi.ru/2013/03/16/1157
Голубая роза, как эмблема генной инженерии


 https://zera-cherkesov.livejournal.com/75961.html