Возобновляемые источники энергии

ВВЕДЕНИЕ

 

Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. История цивилизации — это история изобретения новых методов преобразования энергии, освоение ее новых источников и, в итоге, увеличение энергопотребления.

Энергетика — это совокупность естественных, природных и искусственных, созданных человеком систем, предназначенных для получения, преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Энергоресурсами являются все материальные объекты, в которых сосредоточена энергия для возможного использования ее человеком.

В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности. Во всех промышленно развитых странах темпы развития энергетики опережают темпы развития других отраслей.

Основой современной цивилизации является электрическая энергия, без которой невозможна нормальная жизнь современного общества. Электрическая энергия широко используется в промышленности, на транспорте, в быту. На ее применении основана работа современных средств связи.

Основные отличительные свойства электрической энергии состоят в том, что она может легко передаваться на большие расстояния и относительно просто с малыми потерями преобразовываться в другие виды энергии.

Электроэнергия вырабатывается на специальных предприятиях — электростанциях, преобразующих в электрическую энергию другие виды энергии: химическую энергию топлива, энергию воды, ветра, атомную энергию и др. Выработанная электростанцией электроэнергия передается по воздушным или кабельным линиям электропередач различным потребителям.

Процессы, происходящие при производстве, распределении, потреблении электрической энергии, неразрывно взаимосвязаны. Также взаимосвязаны и объединены установки по выработке, передаче, распределению и преобразованию электроэнергии. Такие объединения называются электроэнергетическими системами и являются составной частью энергетической системы. В соответствии с энергетической системой называют совокупность электрических станций, котельных, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты при общем управлении этими режимами.

Составной частью электроэнергетической системы является система электроснабжения, представляющая собой совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.

В России более 90% существующего потенциала электроэнергетики объединено в Единую энергетическую систему (ЕЭС) России, которая охватывает всю обжитую территорию страны от западных границ до Дальнего Востока и является одной из крупнейших в мире.

 

 

Раздел 1

ЭНЕРГОРЕСУРСЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Общие сведения об энергоресурсах

 

Энергоресурсы — это материальные объекты, в которых сосредоточена возможная для использования энергия. Энергия — это количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться друг в друга. Энергия условно подразделяется по видам: химическая, механическая, электрическая, ядерная и т. д.

Из большого разнообразия ресурсов, встречающихся в природе, выделяют основные, используемые в больших количествах для практических нужд.

К основным энергоресурсам относят энергию рек, водопадов, различные органические топлива — уголь, нефть, газ; ядерное топливо. Энергоресурсы подразделяют на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относятся те, которые природа непрерывно восстанавливает (вода, ветер и т. д.), а ко вторым — ранее накопленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся (каменный уголь, нефть, газ и др.).

Энергия, непосредственно существующая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепла Земли, ядерная), называется первичной. Энергия, получаемая после преобразования первичной энергии на специальных станциях, называется вторичной (электроэнергия, энергия пара, горячей воды и т. д.).

Пока широко используется только энергия химических горючих органического происхождения, запасы которых приведены в табл. 1.1 и составляют всего доли процента всех ресурсов энергии на Земле.

 

Табл. 1.1 Ориентировочные мировые запасы основных

Органических горючих

Вид горючего	Геологические	Извлекаемые
млрд. т у. т.*	%	млрд. т у. т.	%
Уголь	11 200	87,4	2 900
Нефть		5,8		9,7
Газ природный		4,9		13,3
Прочие		≈1,9		≈1,0
Всего	12 800		3 800

* у. т. — условное топливо (см. ниже).

 

Большое отличие между извлекаемыми и геологическими запасами объясняется тем, что при подсчете последних не учитывались тонкие пласты (до 0,5 м) и глубокие залегания (более 1,5 км), добыча горючего из которых пока экономически неэффективна.

 

Органические топлива

 

Топливом может быть названо любое вещество, способное при горении выделять значительное количество теплоты. По определению Д. И. Менделеева «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения тепла». Существуют естественные (природные) и искусственные виды топлив органического и неорганического происхождения. Они могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

В энергетике для получения электроэнергии на тепловых электрических станциях в основном используются топлива органического происхождения. Все они представляют собой углеводородные соединения, в которые входят небольшие количества других веществ.

К твердому топливу относятся: антрацит, каменный и бурый уголь, торф, дрова, горючие сланцы, отходы переработки древесины и растительные отходы сельскохозяйственного производства.

Твердые топлива используются в основном на тепловых электростанциях для получения электрической и тепловой энергии и технологических нужд промышленности.

К жидкому топливу относятся нефть и продукты ее переработки: бензин, керосин, лигроин, различные масла и остаточный продукт нефтепереработки — мазут. Искусственное жидкое топливо получают и при переработке некоторых твердых топлив.

До 70% жидких топлив расходуют транспортные средства; Около 30% сжигается в виде мазута на тепловых электростанциях. Сырую нефть в качестве топлива не применяют.

К газообразному топливу относятся природный газ, попутный нефтяной газ, газообразные отходы металлургического производства (коксовый и доменный газы), крекинговый газ и генераторный газ, получаемый из твердого топлива в особых газогенераторных установках.

Газообразные топлива сжигаются на тепловых электростанциях. В некотором количестве они используются также и на транспорте.

Топливо в том виде, в котором оно поступает в топки, двигатели внутреннего сгорания и т. п., называется рабочим. В состав рабочего топлива (твердого или жидкого) входят углерод C, водород H, кислород O, азот N, летучая сера S, негорючая минеральная примесь — зола A, а также влага W. Для рабочей массы топлива имеет место очевидное равенство

C^р + H^р + O^р + N^р + S^р + A^р + W^р = 100%,

где C^р, H^р, O^р и т. д. — содержание каждого из элементов рабочего топлива, %, в общей массе топлива. Содержание летучей серы, золы и влаги для одного и того же сорта топлива может значительно колебаться. Влага, содержащаяся в топливе, совместно с золой и негорючими соединениями серы (минеральными примесями) называется балластом топлива. Для правильного представления о тепловых свойствах топлива вводится понятие горючей массы, которая равна рабочей массе топлива за вычетом балласта.

Основной теплотехнической характеристикой топлива является теплота сгорания, которая показывает, какое количество теплоты в кило- или мегаджоулях выделяется при сжигании одного килограмма твердого, жидкого или одного кубического метра газообразного топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшей теплотой сгорания топлива Q _рВ называют количество теплоты, выделяемой топливом при полном его сгорании c учётом теплоты, выделившейся при конденсации водяных паров, которые образуются при горении.

Низшая теплота сгорания Q _рН отличается от высшей тем, что не учитывает теплоту, затрачиваемую на образование водяных паров, которые находятся в продуктах сгорания. При расчётах используют низшую теплоту сгорания, т.к. теплота водяных паров бесполезно теряется с уходящими в дымовую трубу продуктами сгорания. Теплотехнические характеристики горючей массы твердого топлива приведены в табл. 1.2.

 

Табл. 1.2 Характеристики горючей массы твердого топлива

Вид горючего	Низшая теплота сгорания, МДж/кг	Жаропроизводи- тельность, tmax, ˚C	Выход летучих веществ, %
Дрова
Торф	8,12
Горючий сланец	7,66		80…90
Бурый уголь		—	40…60
Каменный уголь			9…50
Антрацит			3…4

 

Жидкие топлива. Практически все жидкие топлива пока получают путем переработки нефти (бензин, керосин, дизельное топливо и мазут). Мазут, как и моторные топлива, представляет собой сложную смесь жидких углеводородов, в состав которых входят в основном углерод (84…86%) и водород (10…12%); содержание кислорода и азота составляет 1…2%, а содержание воды и зольность не превышают 0,2…1,5%.

Мазуты, полученные из нефти некоторых месторождений, могут содержать большое количество серы (до 5%), что резко усложняет защиту окружающей среды при их сжигании.

Из жидких топлив в котельных электростанций и промышленных печах сжигаются только мазуты.

Характеристики жидких топлив, получаемых путем переработки нефти, приведены в табл. 1.3.

 

Табл. 1.3 Характеристики жидких топлив, получаемых из нефти

Топливо	Низшая теплота сгорания, МДж/кг	Зольность сухого топлива, %	Влага рабочего топлива, %
Бензин	43,8
Керосин	43,0
Дизельное	42,4	Следы	Следы
Солярное	42,0	0,02	Следы
Моторное	41,5	0,05	1,5
Мазут: малосернистый сернистый многосернистый	41,3 40,2 40,0	0,1 0,15 0,1	1,0 1,0 1,0

 

Газообразное топливо по сравнению с другими видами топлива имеет ряд существенных преимуществ. Газообразное топливо сгорает при небольшом избытке воздуха, образуя продукты полного горения без дыма и копоти, не дает твердых остатков; оно удобно для транспортирования по газопроводам на большие расстояния и позволяет простейшими средствами осуществлять сжигание в установках самых различных конструкций и мощностей. Газообразное топливо подразделяется на естественное и искусственное. Естественное, в свою очередь, разделяется на природное и нефтепромысловое.

Природный газ получают из чисто газовых месторождений. Основным его компонентом является метан CH₄, кроме того, в газе разных месторождений содержится небольшое количество водорода H₂, азота N₂, высших углеводородов C _n H _n, окиси CO и двуокиси CO₂ углерода. В процессе добычи его очищают от сернистых соединений, но часть их (в основном сероводород) может оставаться.

Нефтепромысловые газы выделяются в большом количестве в районах месторождений нефти и, особенно, в районах эксплуатации нефтяных скважин.

При добыче нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяющий больше теплоты. Проблема полного его использования сейчас весьма актуальна.

В промышленности и, особенно, в быту находит широкое применение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти и попутных газов. Это — технический пропан (не менее 93% C₃H₈ + C₃H₆) и технический бутан (не менее 93% C₄H₁₀ + C₄H₈) и их смеси.

К искусственным газам относят доменный газ, являющийся продуктом при выплавке чугуна; коксовый, образующийся при получении кокса в коксовых батареях; светильный, получаемый при перегонке угля; генераторный, получаемый в газогенераторах, который для сжигания в топках котлов не применяют. Коксовый и доменный газ используют, главным образом, на месте, в доменном и других цехах металлургических заводов.

Состав и теплота сгорания некоторых горючих газов показана в табл. 1.4.

 

Табл. 1.4. Состав и теплота сгорания горючих газов

Газ	Состав сухого газа, % по объему	Низшая теплота сгорания, МДж/м3
CH4	H2	CO	C n H n	O2	CO2	H2C	N2
Природный	94,9	—	—	3,8	—	0,4	—	0,9	36,7
Коксовый (очищенный)	22,5	57,5	6,8	1,9	0,8	2,3	0,4	7,8	16,6
Доменный	0,3	2,7	28,0	—	—	10,2	0,3	58,5	4,0
Сжиженный		Пропан 79, этан 6, водород и изобутан 11	88,5

 

Условное топливо. Большая разница значений теплоты сгорания у различных видов топлива затрудняет проведение сравнительных расчетов. Поэтому принято понятие условного топлива. Условным называется такое топливо, теплота сгорания 1 кг или 1 м³ которого равна 29 330 кДж. Для перевода действительного топлива в условное пользуются соотношением

,

где Э_к — калорийный эквивалент, указывающий, какая часть теплоты сгорания условного топлива соответствует низшей теплоте сгорания данного топлива.

Расход условного топлива

,

где B — расход рассматриваемого натурального топлива; Q _рН — низшая теплота сгорания топлива; Q _ус — теплота сгорания условного топлива.

 

Возобновляемые источники энергии

 

Геотермальные источники энергии. Поток теплоты из недр Земли, источником которой являются радиоактивные процессы внутри Земли, постоянен, но его плотность очень мала. Так с углублением на каждые 33 м температура повышается на 1ºC. При глубине современного бурения скважин 10 км и более можно получить перепад температур в 300ºC и использовать его для превращения в электрическую энергию. Однако потери теплоты в трубопроводах подачи рабочего тела будут так велики, что получение полезной энергии от этого источника вряд ли окажется рентабельным.

В перспективе, наверное, будет легче использовать разность температур между нагретым воздухом и холодными слоями воды (в тропических морях) или между холодным воздухом и относительно теплыми слоями воды (в арктических морях). Здесь расстояние между источниками теплоты небольшое и даже при малом перепаде температур (30…40ºC) получается относительно рентабельная установка по генерации полезной энергии.

Более выгодной является использование теплоты горячих вод и газов, выбрасываемые из Земли через естественные каналы или специально пробуренные скважины. В настоящее время в России на Камчатке проектируются и создаются геотермальные электростанции (ГеоЭС) на базе Мунтовского геотермального месторождения общей мощностью 330 МВт. Доля энергии, вырабатываемой в России ГеоЭС, может стать весьма ощутимой — до 8% от общей выработки энергии на тепловых и атомных стациях. Геотермальная энергетика — это экологически чистые технологии выработки электричества и теплоты.

Солнечная энергия. Солнце обладает огромными запасами энергии. На поверхность приходит в течение года 7,5∙10¹⁷ кВт∙ч. Энергия падающего перпендикулярно на верхний слой атмосферы солнечного излучения составляет примерно 1,35 кВт/м². Из-за отражения и поглощения излучения в атмосфере в средних широтах Земли поверхности достигает не более 10% этой энергии. Но даже при плотности населения 200 чел/км² энергия солнечного излучения составляет 700 кВт∙ч на одного человека.

Важнейшее достоинство солнечного излучения — безвредность для окружающей среды процесса превращения его энергии в полезные виды. Удобно также, что солнечная энергия не нуждается в средствах ее доставки. Однако в связи с малой плотностью потока энергии излучения и его неравномерностью необходимо решать и две трудные задачи: концентрацию солнечной энергии и ее накопление.

Энергия ветра. Ветер — один из первых источников энергии, освоенных человеком. Запасы ветра в 100 раз превышают запасы гидроэнергии рек, однако с помощью ветра вырабатывается всего 1∙10⁷ МВт∙ч электроэнергии, что составляет примерно 0,2% мировых потребностей. Наиболее широко энергия ветра используется в Германии (суммарная мощность ветроэлектрических станций на 200 год 5432 МВт), США (2495 МВт), Испании (2099 МВт), Дании (2016 МВт). В Росси эта мощность на 2000 год составляла всего 5 МВт.

При современных аэродинамически совершенных винтах и преобразователях 2,6 км² фронта ветра могут дать мощность 150 МВт при любой скорости ветра, превышающей 6 м/с.

Неустойчивость ветра приводит к необходимости применения средств аккумулирования электроэнергии. Это удорожает установку, и в целом стоимость

получаемой энергии оказывается больше, чем на гидроэлектростанциях и на многих тепловых электростанциях.

Гидроэнергетические ресурсы на Земле оцениваются в 33 000 ТВт∙ч, но по техническим и экономическим соображениям из всех запасов доступны от 4 до 25%. Общий гидропотенциал рек России исчисляется в 4 млрд. МВт∙ч (450 ГВт среднегодовой установленной мощности), что составляет приблизительно 10…12% от мирового. Первоисточником гидроэнергии является солнечная энергия, обеспечивающая круговорот воды в природе.

Свойство возобновляемости гидроэнергии является важным преимуществом ГЭС. К их преимуществам также относятся:

— небольшая стоимость эксплуатации и отсюда низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии;

— большая надежность работы, объясняемая отсутствием высоких температур и давлений в гидротурбинах и относительно небольшими скоростями их вращения;

— высокая маневренность, определяемая небольшим временем, требующимся для включения в работу и набора нагрузки (всего несколько минут).

Работа ГЭС в отличие от ТЭС не ухудшает состояние воздушной среды и качества воды в водоемах. Недостатками ГЭС являются их более высокая стоимость и большой срок строительства.

Значительный интерес представляет энергия приливов и отливов. Наибольшей высоты приливы достигают в некоторых заливах и окраинных морях Атлантического океана — 14…18 м. В Тихом океане у побережья России максимальные приливы бывают в Пенжинской губе Охотского моря — 12,9 м.

Течения и волны перемещают гигантские объемы воды и имеют соответствующий энергетический потенциал, однако в настоящее время пути использования этого вида энергии не разработаны.

 

Ядерная энергия

 

Ядерная энергия деления атомов тяжелых металлов уже широко используется во многих странах. В некоторых странах доля этого вида энергии достигает 70 % (Франция, Япония). Вероятно в ближайшие 50–100 лет ядерная энергия деления будет составлять серьезную конкуренцию свеем другим видам энергии, используемой человечеством. Мировые запасы урана, основного носителя ядерной энергии деления, составляет более 5 млн. тонн. Это означает, что запаса ядерной энергии на порядок больше, чем запасов всех ископаемых невозобновляемых источников энергии.

Ядра атомов состоят из двух элементарных частиц, протонов и нейтронов. Совокупность протонов и нейтронов образуют массовое число, состоящее из количества протонов и количества нейтронов в ядре атома:

А = Z_p + Z_n,

где Z_p – количество протонов в ядре, Z_n – количество нейтронов. Масса элементарных частиц измеряется в атомных единицах массы (аем) и в килограммах. Физикам известны с большой точностью массы основных элементарных частиц. В частности, масса протона:

m_p = 1.007276 аем = 1.672623·10^{-27 кг;}

масса нейтрона:

m_n = 1.008664 аем = 1.674928·10^{-27 кг.}

Разница между массой протона и нейтрона невелика, но заметна. Масса электрона, определенное количество которых образуют электронное облако вокруг ядра, примерно в 1823 раза меньше массы протона или нейтрона, поэтому их влиянием, как правило, пренебрегают, по крайней мере, в прикидочных расчетах.

Собранные в ядре атома протоны и нейтроны образуют энергию связи ядра:

E _СВЯЗИ = (m_p ∙ Z_p + m_n ∙ Z_n – m _ЯДРА)∙ c ².

Эта формула дает энергию в Дж, если масса приведена в килограммах. Из формулы видно, что энергия связи образуется за счет разности между массой ядра и массой отдельных составляющих ядра (за счет так называемого дефекта массы). При делении ядра происходит выделение этой энергии.

Ядра всех элементов подразделяются на:

— стабильные или псевдостабильные, у которых время полураспада более миллиона лет;

— делящиеся спонтанно, нестабильные с периодом полураспада менее миллиона лет.

Однако, существуют элементы, ядра которых допускают искусственное деление, если их ядра подвергаются бомбардировке нейтронами, Эти нейтроны, проникая в ядро, превращают его в нестабильное и вызывают его искусственное деление. В настоящее время используют для целей энергетики три варианта такого искусственного деления:

1. Использование U ²³⁵ и медленных (тепловых) нейтронов. Тепловые нейтроны имеют скорость движения не более 2000 м/с.

2. Использование Pu ²³⁹ или U ²³³ и медленных (тепловых) нейтронов. Плутоний Pu ²³⁹ и уран U ²³³, в природе не встречаются и получаются искусственным путем при реализации третьего способа.

3. Использование U ²³⁸ и быстрых нейтронов со скоростью движения порядка 30 000 м/с. Возможно также использование Th ²³² (ториевый цикл).

Для обеспечения непрерывного деления ядер необходима так называемая цепная реакция деления. Для возникновения цепной реакции необходимо, чтобы в каждом последующем акте деления участвовало больше нейтронов, чем в предыдущем. Делящиеся ядерные топлива являются однокомпонентными. Тепловые нейтроны поглощаются делящимися изотопами наиболее интенсивно. Поэтому в атомных реакторах нейтроны замедляются в специальных веществах-замедлителях — в воде, тяжелой воде, графите, бериллии и др.

Природный уран, добываемый из земной коры, содержит только 0,712% U ²³⁵, делящегося при захвате тепловых нейтронов. Остальную массу составляет U ²³⁸. Это приводит к необходимости обогащать природный уран добавлением в него U ²³⁵ от 1 до 5% для реакторов атомных электростанций.

Рассмотрим процесс получения ядерной реакции деления по первому варианту. В общем случае формула расчета дефекта массы следующая:

,

где m_U — масса ядра урана, m _Д — масса всех продуктов деления, m_n — масса нейтрона. При такой ядерной реакции выделяется энергия

W = Δ M∙c ².

Теоретические расчеты и опыт показали, что при использовании U ²³⁵ и поглощении его атомом одного медленного нейтрона появляется два атома продуктов деления и три новый нейтрона. В частности, могут появиться барий и криптон. Реакция имеет следующий вид:

.

Дефект массы в относительных единицах равен

.

Массы всех участвующих в реакции элементов равны: М_U = 235.043915, M_Ba = 140.907596, M_Kr = 91.905030, m_n = 1.008664, все величины в аем. Дефект массы равен:

Таким образом, при расщеплении 1 кг U ²³⁵ дефект массы составит 0,000910 кг. Выделяемая при этом энергия равна

W = 0,000910∙(3∙10⁸)² = 8190∙10¹⁰ Дж = 8,19∙10⁷ МДж.

Энергетический блок мощностью 1000 МВт за год вырабатывает электрической энергии W _Е= 10³∙10⁶∙3600∙8760 = 3,154∙10¹⁶ Дж или 3,154∙10¹⁰ МДж.

При КПД блока η = 0,4 потребуется в год урана-235:

кг.

Для сравнения определим потребность в антраците

= 2,25 млн. тонн.

Расчеты произведены для чистого урана-235. Если природный уран обогащается до 3%, общая масса урана составит

M = 962,8/0,03 = 32 093 кг.

Кроме того, на практике используется не металлический уран, который имеет недостаточно высокую температуру плавления, а двуокись урана UO₂. Рассчитаем общую потребность обогащенного ядерного топлива с использованием двуокиси урана для обеспечения работы энергетического блока мощностью 1000 МВт в течение года. С учетом массы кислорода, доля которого приблизительно равна отношению: 2∙16/238 = 0,134, общая масса ядерного топлива составит:

М _ЯТ = 32093∙(1 + 0,314) = 36400 кг = 36,4 тонн.

Легко видеть, что разница в массах органического топлива и ядерного топлива, потребных для производства одного и того же количества энергии колоссальна.

Ранее отмечалось, что основную массу природного урана составляет уран-238, который практически не реагирует на медленные нейтроны, но хорошо взаимодействует с быстрыми нейтронами. При этом становится возможной следующая ядерная реакция:

далее плутоний-239 частично распадается с выделением энергии

и частично накапливается. Накопленный плутоний-239 может использоваться в качестве ядерного топлива в реакторе на медленных (тепловых) нейтронах. С помощью такой реакции многократно (почти в 100 раз) повышается эффективность использования природного урана.

В реакторах на быстрых нейтронах возможна организация ториевого цикла с использованием тория-232. Запасы тория в природе превышают запасы урана в 4–5 раз. В результате захвата теплового нейтрона природным торием-232 образуется делящийся изотоп уран-233, который может сжигаться на месте или накапливаться для последующего использования в реакторах на тепловых нейтронах:

Ториевая энергетика, в отличие от урановой, не нарабатывает плутоний и трансурановые элементы. Это важно как с экологической точки зрения, так и с точки зрения нераспространения ядерного оружия.

Ядерные реакторы на ториевом топливе более безопасны, чем на урановом, поскольку ториевые реакторы не обладают запасом реактивности. Поэтому никакие разрушения аппаратуры реактора не способны вызвать неконтролируемую цепную реакцию. Однако до промышленного применения реакторов с ториевым циклом пока еще далеко.

Энергия термоядерного синтеза. При слиянии легких ядер (водород и его изотопы, гелий, литий и некоторые другие) масса ядра после слияния получается меньше суммы масс отдельных ядер до слияния. В результате также получается дефект массы и, как следствие выделение энергии. Привлекательность использования этой энергии обусловлена практически неисчерпаемыми запасами сырья для ее осуществления.

Для осуществления термоядерного синтеза необходимы сверхвысокие температуры порядка 10⁷ ºK и выше. Необходимость сверхвысоких температур обусловлена тем, что из-за сильного электростатического отталкивания ядра в процессе теплового движения могут сблизиться на малые расстояния и прореагировать только при достаточно большой кинетической энергии их относительного движения. В естественных условиях термоядерные реакции происходят в недрах звезд, являясь основным источником излучаемой ими энергии. Искусственная термоядерная реакция получена только в виде неуправляемого взрыва водородной бомбы. В то же время в течение многих лет ведутся работы по управляемому термоядерному синтезу.

Существуют два направления реализации проекта получения полезной энергии на основе управляемой реакции термоядерного синтеза.

Первое направление связано с использованием тороидальной камеры, в которой магнитное поле сжимает ядра сливающихся элементов, нагретых до нескольких миллионов градусов. В целом устройство называется ТОКАМАК (расшифровывается как тороидальная камера с магнитными катушками). По этому пути идут европейские страны и Россия.

Второе направление использует лазеры для нагрева и сжатия ядер. Так проект NIF-192, реализуемый в Ливерпульской национальной лаборатории в Калифорнии использует 192 лазера, которые расположены по окружности и своим одновременным излучением сжимает дейтерий и тритий.

Результаты обнадеживающие, но не позволяющие сделать выводы о конкретных сроках получения ядерной энергии синтеза в практических целях.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: