Особенности реакций синтеза при столкновениях ускоренных дейтронов в плазме

3 / 13

Особенности реакций синтеза при столкновениях ускоренных дейтронов в плазме
Инженерный журнал: наука и инновации # 8·2016 3
низким усилением (Q ≈ 1) на порядок ниже, чем для усиления Q ≈ 10,
необходимого для реактора.
Наибольший интерес в случае гибридных систем представляют
термоядерные нейтроны с энергией около 14 МэВ, образующиеся в
D–T-реакции (1). Подавляющее большинство концепций плазменных
источников термоядерных нейтронов предполагает использование
D–T-смеси. Причем в качестве магнитных ловушек рассматриваются
не только токамаки, но и открытые системы, конфигурация с обра-
щенным полем, системы стеллараторного типа и др. [2, 3]. Необхо-
димость получения трития, отсутствующего в природных условиях
вследствие небольшого периода полураспада (12 лет), представляет
определенные трудности. Поэтому целесообразно рассмотреть воз-
можности получения термоядерных нейтронов в смесях на основе
относительно доступного дейтерия.
Энергия нейтронов, образующихся в реакции (3), недостаточна
для деления сырьевых изотопов. Однако в реакции (4) образуется
тритий, который может эффективно реагировать с дейтерием, в ре-
зультате также образуются нейтроны с энергией 14 МэВ [4–6]. Если
тритий, образующийся в дейтериевой плазме в результате реакции (3),
сгорает полностью, а сгорание гелия-3, образующегося в реакции (4),
не учитывается, то выход энергии в таких нейтронах составляет при-
мерно 55 % всей термоядерной мощности fus P .
Кроме того, в реакциях дейтерия с литием также образуется три-
тий и нейтроны. Анализ таких термоядерных топливных циклов для
максвелловской плазмы показал, что с точки зрения максимального
усиления оптимальное содержание лития xLi = n Li/nD = 0,3…0,4 [7]. В
этом случае параметр Лоусона n τE ≈ 2 ⋅ 1022 м–3⋅ с при T ≈ 100 кэВ.
Доля энергии в нейтронах с энергией 14 МэВ около 50 % от fus P для
смеси D–6Li и около 35 % — для смеси D–7Li. Однако вследствие
относительно низкой скорости реакций (3)–(10) в максвелловской
плазме требования к параметрам магнитной ловушки оказываются
весьма жесткими, что обусловлено, в частности, большой долей по-
терь на излучение [8]. Решение данной проблемы возможно за счет
увеличения скорости реакции при наличии значительной популяции
надтепловых (быстрых) компонентов. В предлагаемой работе рас-
смотрены условия реализации режимов с Q ≈ 1 в дейтериевой плазме
при нагреве мощным пучком нейтральных атомов дейтерия.
Баланс энергии и частиц. В основу анализа положена модель [9,
10] баланса энергии и частиц плазмы, нагреваемой инжекцией, с уче-
том неравновесной функции распределения быстрых частиц по ско-
ростям [11]. Уравнение баланса энергии для единицы объема плазмы
имеет вид