2 / 13
В.В. Долганов, А.Ю. Чирков
2
Инженерный журнал: наука и инновации
# 8·2016
где σ — сечение реакции,
v
— относительная скорость сталки-
вающихся частиц. Скорость реакции при немаксвелловском распре-
делении с большой долей быстрых (высокоэнергетических) частиц
может быть существенно выше, чем для термически равновесной
максвелловской плазмы. Стационарное состояние плазмы с высоким
содержанием быстрых частиц можно реализовать, например, при
нагреве мощным атомарным пучком атомов. Источник быстрых ионов
в этом случае связан с ионизацией атомов пучка, вводимого в плазму.
Энергия, выделяемая при термоядерных реакциях (1)–(10), порядка
1…20 МэВ. Выход энергии термоядерного синтеза характеризуется
коэффициентом усиления мощности в плазме:
/
,
=
fus aux
Q P P
(11)
где
fus
P
— термоядерная мощность;
aux
P
— мощность внешнего
нагрева, в рассматриваемом случае – поглощенная мощность инжек-
ции пучка атомов
P
aux
=
P
inj
.
В соответствии с реакцией (11)
Q
тем выше, чем выше скорость
выделения термоядерной энергии. Из всех реакций термоядерного
синтеза наибольшую скорость при наименьших энергиях (и темпера-
турах) имеет реакция дейтерия с тритием. В настоящее время лиди-
рующие позиции в области создания промышленного термоядерного
реактора занимают токамаки — тороидальные камеры с магнитными
катушками для удержания плазмы. Именно на этой системе базиру-
ется проект экспериментального термоядерного реактора ITER. Со-
временные токамаки приблизились к условиям реализации режимов,
в которых при работе на D–T-смеси выход энергии примерно равен
мощности нагрева, вводимой в плазму, т. е.
Q
≈ 1. Однако создание
термоядерной электростанции осложняет проблема радиационной
стойкости компонентов, обращенных к плазме, при тепловой нагруз-
ке 1…3 МВт/м
2
. Возможно, быстрее будут внедрены менее мощные
устройства с
Q
≈ 1. Такое устройство не является самостоятельным ис-
точником энергии, так как выход энергии не превышает потребления,
но оно может быть частью гибридного реактора, служащей источником
быстрых нейтронов для подкритичного бланкета, содержащего сырье-
вые изотопы, а также, возможно, и радиоактивные отходы, требующие
утилизации (дожигания) [1]. В последнее время такие гибридные систе-
мы синтез — деление активно обсуждаются как перспективный путь
внедрения управляемого термоядерного синтеза в энергетику.
Условия реализации режима с заданным
Q
или зажигания (
Q
→ ∞
)
характеризуются параметром Лоусона
n
τ
E
, где
n
— плотность (кон-
центрация частиц) плазмы, τ
E
— время удержания энергии плазмы в
ловушке. Требуемые значения параметра Лоусона для режимов с