Стакан воды вместо бочки бензина

Результаты исследований, которые ведутся ТРИНИТИ, крайне актуальны. Во-первых, они имеют фундаментальное значение для физики плазмы, твердого тела и полупроводников, исследования процессов преобразования энергии и др. Во-вторых, они находят применение при разработке термоядерных реакторов, приборов и устройств для диагностики высокотемпературной плазмы и твердых тел, источников рентгеновского излучения, лазеров, материалов с улучшенными свойствами, автономных источников энергопитания, разведке и создании систем мониторинга полезных ископаемых и др.

В ТРИНИТИ создается термоядерная установка нового поколения, а также мощный источник нейтронов для испытания материалов будущих термоядерных установок. Именно благодаря им люди однажды смогут использовать термоядерный синтез для получения практически безопасной и неисчерпаемой энергии.

Термоядерный синтез – это синтез более тяжелых атомных ядер из более легких, который сопровож­дается выбросом энергии. Для этого процесса необходимы температуры в десятки миллионов градусов и давление, которое в сотни миллиардов раз превышает атмосферное. Достичь таких условий на Земле можно в том числе с помощью термоядерного реактора, самая важная часть которого – токамак (ТОроидальная (в форме бублика) КАмера с МАгнитными Катушками). Первый токамак появился в СССР в 1954 году, сегодня их десятки во всем мире. Самый грандиозный (с рабочим объемом 1400 м³) сейчас строится во Франции при участии 35 стран – он называется ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

В рабочем объеме токамака создается вакуум и запускается смесь изотопов водорода: дейтерия и трития. Вихревым электрическим полем ее разогревают, пока она не превратится в плазму, а затем бомбардируют импульсами нейтральной инжекции и мощного микроволнового излучения, которое придает ионам дополнительную скорость. Сверхвысокая температура помогает ядрам дейтерия и трития преодолеть взаимное отталкивание положительно заряженных частиц и слиться. В результате получается ядро гелия, высвобождается нейтрон с большим количеством энергии. Насколько большое? При реакции 2 г дейтерия и 2 г трития получается примерно столько же тепловой энергии, сколько выделяется при сжигании 30 т бензина. Таким образом, топливом для ядерной энергетики на рубеже ХХI–XXII веков будут служить изотопы водорода, запасов которого на планете хватит на тысячи лет. Стакан воды действительно сможет заменить бочку бензина.

Теоретически энергию, выделяемую в токамаке, можно использовать для генерации электроэнергии. Пока это не удается, потому что в современных установках гораздо больше энергии требуется для поддержания реакции. Однако они и строятся с чисто научной целью: люди должны научиться управлять термоядерным синтезом. Первые прототипы термоядерных реакторов для будущих электростанций появятся спустя несколько десятилетий. Они должны работать стационарно, не создавая при этом критического воздействия плазмы на материалы стенки токамаков, магнитную систему и т.д. Пока вопросы к стацио­нарности работы токамака и жизненного цикла материалов в реакторе остаются открытыми.

В ТРИНИТИ находится один из действующих российских токамаков Т-11М: на нем ведутся эксперименты в поддержку российской программы по управляемому термоядерному синтезу, а также международного термоядерного экспериментального реактора ITER. В рамках этого проекта институт разрабатывает алмазные детекторы для диагностики плазмы и приборы для регистрации ионизирующих излучений, этим занимается Центр анализа материалов для радиационно-стойкой электроники. В этом году на Т-11М испытывалась перспективная конструкция первой стенки токамака, использующая технологию жидкого лития. Такая жидкометаллическая технология может защитить внутрикамерные элементы термо­ядерного реактора и увеличит срок их службы.

Установки и стенды ТРИНИТИ – центры ко­операции совместных исследований, которые ведутся российскими и зарубежными научными организациями. Их результаты активно используются в перспективных решениях создаваемых термоядерных энергетических установок с инерциальным и магнитным удержанием плазмы.