Проблемы управления термоядерной реакцией

Принципиальная схема устройства термоядерной бомбы

Впервые испытание водородной бомбы проведено в СССР в 1953 году, через полгода в США. В термоядерной бомбе осуществляются реакции (1) и (2). Температуру К можно получить только при взрыве атомной бомбы. Термоядерная (водородная) бомба состоит из прочной металлической оболочки с термоядерным зарядом и атомным запалом (детонатором). В качестве ядерного горючего используются изотопы водорода дейтерий и тритий, а также литий. Запал, зажигающий термоядерную реакцию, представляет обычную атомную бомбу, изготовленную из делящихся материалов: ураном и плутонием. Запал располагается в центре бомбы и окружается термоядерным горючим.

При взрыве атомной бомбы (детонатора) возникает высокая температура, под действием которой возникает термоядерная реакция в тритиево-дейтериевой смеси и в смеси лития и дейтерия. Если первые атомные бомбы имели 20-ти тысячный тротиловый эквивалент, то эквивалент водородной бомбы – миллионы тонн тротила.

В целях промышленного использования термоядерной энергии необходимо овладеть управляемыми термоядерными реакциями, интенсивность которых могла бы регулироваться человеком.

Для осуществления управляемых термоядерных реакций необходимо создать и поддержать в некотором объеме температуру К. При столь высоких температурах вещество представляет собой полностью ионизированную плазму. На пути осуществления управляемой термоядерной реакции стоят огромные трудности. Наряду с необходимостью получения высоких температур, возникает проблема удержания плазмы в заданном объеме. Соприкосновение плазмы такой температуры со стенкой вызывает испарение последней. Для удержания плазмы в заданном объеме используется магнитное поле. Силы, действующие на движущиеся заряды в магнитном поле, заставляют их двигаться по траекториям, расположенным в ограниченной части пространства. Для разогрева плазмы используют мощные импульсные электрические разряды, в которых ток достигает величин А. При этом удобно изготовлять тороидальную камеру для удержания плазмы.

Ближе к практическому применению оказалась установка «Токомак», созданная в 1954 году в Советском Союзе. Она имеет следующие характеристики: температура 80 миллионов градусов, плотность плазмы , а время до соприкосновения со стенкой до 0,1с. По расчетам, для зажигания самоподдерживающейся термоядерной реакции, достаточно чтобы плазма с плотностью до , нагретая до температуры 800-1000 миллионов градусов, удерживалась в камере без столкновения со стенкой в течение нескольких секунд.

Лекция 16
Элементарные частицы