Биология
Теңіз қияры өндіретін токсиндер фармакологиялық қызығушылық тудырады. Тынық мұхиты аралдарының балықшылары балық аулау кезінде кейбір түрлердің улы Кювье түтіктерін пайдаланады.
да қараңыз
Әдебиет
- Долматов И.Ю., Машанов В.С.Голотурийлердегі регенерация. - Владивосток: Дальнаука, 2007. - 208 б.
Сілтемелер
Викимедиа қоры. 2010.
Басқа сөздіктерде «Голотуриандықтар» деген не екенін қараңыз:
Нег. құрт тәрізді эхинодерма теңіз жануарлары, Оңтүстік мұхитта кездеседі. Бұған теңіз қияры кіреді. Орыс тіліне енген шетел сөздерінің сөздігі. Павленков Ф., 1907. ГОЛОТУРИЯ немесе ТЕҢІЗ ЖҰМЫРАҚТАРЫ (грекше holothuriae). Эхинодермалардың реті...... Орыс тілінің шетел сөздерінің сөздігі
теңіз қияры- ii, п. голотурия f. гр. голотурион 1. Денесі құрт тәрізді теңіз жануары. BAS 2. Ал сол жақта ұзын ағаш үйінділеріне қатар-қатар үйілген шұжық тәрізді кішкене қалың күкірт таяқшалары жатыр. Бұлардың барлығы теңіз қиярлары, теңіз жануарлары, ... ... сияқты. Орыс тілінің галлицизмдерінің тарихи сөздігі
Теңіз қияры (Holothuroidea), эхинотермектер класы. Г.-ның қазба қаңқа тақталары девон дәуірінен белгілі. Дене б. з.бөшке тәрізді немесе құрт тәрізді (ұзындығы бірнеше мм-ден 2 м-ге дейін), көбісі сыртқы. қосалқылар (шатырлар, аяқтар, папиллярлар, желкендер және т.б.), ... ... Биологиялық энциклопедиялық сөздік
- (Holotburioidea), эхинодерма типінің басқа өкілдерінен құрт тәрізді денесімен, былғарыдан жасалған терісімен және құрамында әкті денелері бар сыртқы жабындысымен, сыртқы мадрепозды пластинаның, көп бөлігінде тәждің болмауымен ерекшеленеді. ... ... Брокгауз және Эфрон энциклопедиясы
- (теңіз қияры), эхинодерма тәрізді жануарлар класы. Денесі әдетте құрт тәрізді, бірнеше мм-ден 2 м-ге дейін.1100-ге жуық түрі теңіздер мен мұхиттарда кездеседі. Төменгі, жорғалау пішіндері. Көбісі тітіркенген кезде ішін сыртқа шығара алады немесе... ... Қазіргі энциклопедия
- (теңіз қияры, теңіз капсуласы), эхинодерма тәрізді теңіз омыртқасыз жануарлар класы. Денесі әдетте құрт тәрізді, бірнеше мм-ден 2 м-ге дейін.Шамамен. 1100 түрі, теңіздер мен мұхиттардың барлық жерінде дерлік. Төменгі жылжымалы пішіндер. Кейбіреулер қабілетті ... Үлкен энциклопедиялық сөздік
- (Holothuroidea) ыдыраған көптеген микроскопиялық әкті инелерден тұратын, қаңқасы жоғары редукцияланған эхинодермалар класы. пішіндер. Нектонға жататын теңіз жануарлары. Қазба түрінде сирек кездеседі, ізі немесе... ... Геологиялық энциклопедия
Теңіз қияры, теңіз капсулалары (Holothuroidea) HOLOTHURIA Cucumeria planci жеуге жарамды теңіз қиярының бір түрі. эхинодерма (Echinodermata) сияқты теңіз омыртқасыздар класы. Олар түбінде, негізінен таяз су аймақтарында тұрады, олар әдетте ... ... жатады. Collier энциклопедиясы
- Эхинодерма (Echinodermata, қараңыз) класының (Holothurioidea) басқа бір типті өкілдерінен құрт тәрізді денесімен, құрамында әкті денелері бар былғары сыртқы жабындыларымен, сыртқы мадрепор пластинкасының болмауымен, ... .. ерекшеленеді. . Энциклопедиялық сөздік Ф.А. Брокхаус және И.А. Эфрон
Yi; п. (голотурия бірлігі, i; г.). [грек holothurion] эхинодерма сияқты теңіз омыртқасыз жануарлар класы; теңіз қияры. * * * голотурийлер (теңіз қиярлары, теңіз капсулалары), эхинотермалар сияқты теңіз омыртқасыз жануарлар класы. Дене әдетте... энциклопедиялық сөздік
Теңіздегі шаяндар, шаяндар. Оларды шексіз уақыт бойы зерттеуге және сипаттауға болады. Океанологтар өздерінің жаңа ашылымдарына таң қалуды тоқтатпайды.
Кейбір тұрғындар біздің көз алдымызда, тіпті аяғымыздың астында тұрады. Олар аң аулайды, тамақтандырады, көбейеді. Сондай-ақ жарықсыз және өмір жоқ сияқты тереңдікке түсетін түрлер бар.
Біз кездестіретін ең керемет тіршілік иесі - теңіз қияры, яғни теңіз қияры, ака. теңіз қияр. Сырттай қарағанда бұл өте жалқау, тойып алған, үлкен құртқа ұқсайды.
Бұл көптеген миллиондаған жылдар бойы су кеңістігінде өмір сүрген және бір емес, бірнеше тарихи кезеңді басынан өткерген тіршілік иесі. Ол өз атауын алды - теңіз қияры - римдік философ Плинийден. Ал, оның бірнеше түрін алғаш рет Аристотель сипаттаған.
Теңіз қиярының еті пайдалыденсаулық үшін, сондықтан ол тамақ дайындауда өте танымал, сондықтан сіз оларды бассейндерде өсіруге тура келеді. Аспаздар оларды қуырады, кептіреді, консервілейді және мұздатады.
Маринадтаңыз және салаттарға қосыңыз. Теңіз қиярының етін дайындау кезінде аспаздық мамандар көптеген дәмдеуіштерді қосуға кеңес береді, ол барлық иістерді және дәмдерді мүмкіндігінше сіңіреді.
Бір қызығы, термиялық өңдеу кезінде еттің тағамдық құндылығы бұзылмайды. Жапондықтар әдетте тамақтанады теңіз қияры - қияр,тек шикі, сарымсақ қосылған соя соусында бес минут маринадталғаннан кейін.
Теңіз қиярының етін барлық ауруларға панацея деп есептейміз. Теңіз қияры макро және микроэлементтермен, витаминдермен, минералдармен және аминқышқылдарымен толтырылған. Миндилеев кестесінен отыздан астам химиялық элементтер.
Оның етінде теңіздің басқа ешбір тұрғындары сияқты пайдалы компоненттердің ең көп саны бар және ол толығымен дезинфекцияланған, вирустар, бактериялар мен микробтар оған таныс емес.
Сондай-ақ, XVI ғасырда бізге бірегей емдік туралы ақпарат келді теңіз қиярының қасиеттері.Қазір ол фармацевтика өнеркәсібінде қолданылады. Медициналық мақсатта, әсіресе Жапония мен Қытайда.
Бұл елдердің тұрғындары теңіз қиярын - теңізден алынған женьшень деп атайды. Бұл ауыр аурулардан және күрделі хирургиялық араласудан кейін адам ағзасын толық қалпына келтіруге арналған табиғи компонент.
Адам тінін қалпына келтіруге көмектеседі. Жүрек жұмысын жақсартады, қан қысымын қалыпқа келтіреді. Асқазан-ішек жолдарының жұмысын ынталандырады. Теңіз қиярында буындарды емдеуге көмектесетін белгілі бір компоненттер де бар.
Сондай-ақ, керемет, бірақ шындық, бұл жануардың қалпына келтіру қабілеті бар. Бұл Феникс құсына ұқсастық, тек теңізден. Оның денесінің жартысынан азы қалса да, біраз уақыттан кейін ол толыққанды жануар болады. Бірақ мұндай қалпына келтіру жарты жылға дейін немесе одан да көп уақытты алады.
ТУРАЛЫтеңіз қиярының сипаттамасы мен сипаттамасы
Ол кім? теңіз қияр? Бұл эхинодерма, тек теңіз суларында тіршілік ететін омыртқасыз моллюска. Оның ең жақын туыстары теңіз жұлдызы мен теңіз кірпілері.
Сыртқы түрі бойынша ол теңіз түбін жайлап, ерікті түрде жорғалайтын табиғи жібек құртының құрты. Қараңғы батпақ, қоңыр, дерлік қара, кейде қызыл. Қай жерде тұратынына байланысты олардың түсі өзгереді.
Мысалы, құмды өзен түбінде сіз тіпті көк теңіз қиярын таба аласыз. Дене өлшемдері әртүрлі. Кейбір түрлердің ұзындығы жарты сантиметрге жетеді. Сондай-ақ елу сантиметрлік адамдар бар. Моллюсканың орташа мөлшері сіріңке қорапшасына ұқсайды - ені бес, алты сантиметр, ұзындығы жиырма см-ге дейін, салмағы бір килограммға жуық.
Ояу және тыныш болған кезде, теңіз қияры әрдайым дерлік оның жағында жатады. Оның іш деп аталатын денесінің төменгі бөлігінде оның айналасы сорғыштармен жабылған ауыз бар. Солардың көмегімен мал қоректенеді.
Бұл сіз пайда алатын барлық нәрсені түбінен шаңсорғышпен тазарту сияқты. Бұл сорғыштардың отызға дейін болуы мүмкін. Теңіз қиярының бүкіл қабығы әкпен тығыз жабылған. Артқы жағында кішкентай жеңіл тікенектері бар безеулер бар. Олардың денесінің бүкіл ұзындығы бойынша, қатарда өсетін аяқтары бар.
Теңіз қиярының денесі оның тығыздығын өзгертудің тағы бір ерекше қабілетіне ие. Өміріне қауіп төніп тұрғанын сезсе, ол қатты болады. Ал баспана үшін қандай да бір жартастың астына шығу керек болса, ол өте серпімді болуы мүмкін.
Өмір салты және мекендеу ортасы
Олар теңіз қияры деп атайды теңіз қиярының түрлері,Курил аралдарының солтүстік бөлігінде, Қытай мен Жапонияның орталық аумақтарында, Сахалиннің оңтүстігінде тұрады. Ресей аумағында олардың жүзден астам түрі бар.
Теңіз қияры жануарларға жатадыжиырма метрден аспайтын тереңдікте тұрады. Олар барлық уақытын түбінде жатып өткізеді. Олар өмірінде өте аз қозғалады.
Теңіз қиярлары тек тұзды суда өмір сүреді. Тұщы сулар олар үшін жойқын. Олар тыныш су мен лай түбін жақсы көреді. Қауіп төнген жағдайда өзіңізді оған көміп алуыңыз үшін. Немесе тасқа жабысыңыз.
Эхинодермаға жау шабуыл жасағанда, жануар қашып бара жатқанда бірнеше бөлікке бөлінуі мүмкін. Уақыт өте келе бұл бөліктер, әрине, қалпына келеді.
Бұл жануарлардың өкпесі болмағандықтан, олар анус арқылы тыныс алады. Өзіңізге су құйыңыз, оттегін сүзіңіз. Кейбір үлгілер бір сағат ішінде өздері арқылы жеті жүз литрге дейін суды айдай алады. Сондай-ақ, теңіз қиярлары анусты екінші ауыз ретінде пайдаланады.
Олар температураның өзгеруіне сабырлы түрде төзеді, ал кішігірім минустар олардың өмір сүруіне ешқандай әсер етпейді. Олар сондай-ақ су қоймаларындағы жоғары температураға оң көзқараспен қарайды.
Кейбір моллюскалар мұзда қатып, ол бірте-бірте жылынса да, ол алыстап, өмірін жалғастырады. Бұл жануарлар үлкен мектептерде тұрады, төменгі жағында жеке тұлғалардың бүкіл кенептерін құрайды.
Теңіз қиярының тамақтануы
Теңіз қияры - бұл түбінде кездесетін барлық шіріген өлекселерді жинап, жейтін жануарлар. Аңшылықта теңіз қиярыпланктон үшін жол бойында ол жол бойындағы барлық лай мен құмды жинайды. Сосын бәрін өзі арқылы өткізеді. Сондықтан оның ішкі бөлігінің жартысы топырақтан тұрады.
Артық уланған, тамақ деп аталатын, анус арқылы шығады. Құмға толы болмайтыныңызды ескерсек, теңіз қияры бір күнде көп жерді сіңіруі керек. Өмірінің бір жылында бұл моллюскалар қырық килограммға дейін құм мен лайдан өтеді. Оның үстіне көктемде олардың тәбеті екі есе артады.
Холотурийлердің сезімтал рецепторлары бар, олардың көмегімен теңіз түбінде орналасқан тағам мөлшерін дәл анықтайды. Ал егер олжа құмның тереңіне тығылса, теңіз қияры мұны сезіп, жемді ұстағанша жерге көміліп қалады. Ал тамақ жетіспейтінін сезгенде, ол тез шыңдарды бойлай жүгіріп, өлі қалдықтарды жинайды.
Теңіз қиярының көбеюі және өмір сүру ұзақтығы
Өмірінің үшінші жылында теңіз қиярлары жыныстық жағынан жетілген және көбеюге дайын. Олардың сыртқы түріне қарап, олардың қайсысы еркек, қайсысы әйел екенін түсіну қиын. Бірақ олар гетеросексуалды жануарлар.
Жұптасу кезеңі көктемнің аяғында басталып, жаз бойы жалғасады. Бірақ уылдырық шашу кезеңі жылдың кез келген уақытында болуы мүмкін түрлер де бар. Жұптарға бөлініп, моллюскалар төбеде жағаға жақындайды немесе тастарға немесе жатқан мидияларға жорғалайды.
Жұптасқаннан кейін олар артқы аяқтарын сорғыштар арқылы қандай да бір бетке бекітіп, бастарын жоғары көтереді. Бұл иілген күйде олар уылдырық шаша бастайды.
Бұл процедура үш күнге дейін созылады. Және таңғаларлық нәрсе - қараңғыда. Бір жылда әйел теңіз қияры елу миллионнан астам жұмыртқа сала алады. Бұл адамдар өте өнімді.
Соңында қажыған жануарлар өздері таңдаған баспанаға кіріп, екі айға жуық қысқы ұйқыға кетеді. Ұйықтап, тынығып, теңіз қиярының тәбеті ашылады және олар бәрін жей бастайды.
Өмірдің үшінші аптасында шабақтарда ауыз қуысының айналасында сорғыштар сияқты нәрсе пайда болады. Олардың көмегімен олар теңіз өсімдіктеріне жабысып, содан кейін өседі және дамиды.
Ал теңіз қиярының көптеген түрлері, аналықтары балапандарын арқасымен көтеріп, құйрығымен өздеріне қарай лақтырады. Балапандардың арқаларында бөртпелер, ал қарындарында кішкентай аяқтары өсе бастайды.
Шабақ өседі, денесі ұлғаяды, аяқтарының саны қосылады. Ол қазірдің өзінде ата-анасына, шағын құртқа айналады. Бірінші жылы олар бес сантиметрге дейін кішкентай өлшемдерге жетеді. Екінші жылдың соңына қарай олар екі есе үлкейіп, жас ересек адамға ұқсайды. Холотурийлер сегіз-он жыл өмір сүреді.
Қазіргі уақытта теңіз қиярын сатып алуға боладыпроблема жоқ. Оларды өсіруге арналған бүкіл аквариум фермалары бар. Қымбат балық мейрамханалары асханаларына тұтас топтамаларға тапсырыс береді. Ал интернетті ақтара отырып, қалағаныңызға оңай қол жеткізе аласыз.
Принстондағы плазмалық физика зертханасының ғалымдары 60 жылдан астам жұмыс істей алатын ең ұзаққа созылатын ядролық синтез құрылғысының идеясын ұсынды. Қазіргі уақытта бұл қиын міндет: ғалымдар термоядролық реакторды бірнеше минут, содан кейін жылдар бойы жұмыс істеу үшін күресуде. Күрделілігіне қарамастан, термоядролық реактордың құрылысы ғылымдағы ең перспективалы міндеттердің бірі болып табылады, ол орасан зор пайда әкелуі мүмкін. Біз сізге термоядролық синтез туралы не білу керектігін айтамыз.
1. Термоядролық синтез дегеніміз не?
Бұл ауыр сөзден қорықпаңыз, бұл өте қарапайым. Фьюзия – ядролық реакцияның бір түрі.
Ядролық реакция кезінде атомның ядросы не элементар бөлшекпен, не басқа атомның ядросымен әрекеттеседі, соған байланысты ядроның құрамы мен құрылымы өзгереді. Ауыр атом ядросы екі немесе үш жеңілірекке ыдырауы мүмкін - бұл бөліну реакциясы. Сондай-ақ синтез реакциясы бар: бұл екі жеңіл атом ядросы бір ауырға біріктірілген кезде.
Өздігінен немесе еріксіз пайда болуы мүмкін ядролық ыдыраудан айырмашылығы, ядролық синтез сыртқы энергиясыз мүмкін емес. Өздеріңіз білетіндей, қарама-қарсылықтар тартады, бірақ атом ядролары оң зарядталған - сондықтан олар бір-бірін итереді. Бұл жағдай кулондық тосқауыл деп аталады. Итеруді жеңу үшін бұл бөлшектерді ессіз жылдамдыққа дейін жеделдету керек. Мұны өте жоғары температурада - бірнеше миллион Кельвин тәртібінде жасауға болады. Дәл осы реакциялар термоядролық деп аталады.
2. Неліктен бізге термоядролық синтез қажет?
Ядролық және термоядролық реакциялар кезінде орасан зор энергия бөлінеді, оны әртүрлі мақсаттарға қолдануға болады - қуатты қару жасауға болады немесе атом энергиясын электр энергиясына айналдырып, оны бүкіл әлемге жеткізуге болады. Ядролық ыдырау энергиясы атом электр станцияларында бұрыннан қолданылған. Бірақ термоядролық энергия перспективалы болып көрінеді. Термоядролық реакцияда әрбір нуклонға (құрамдас ядролар, протондар мен нейтрондар деп аталатын) ядролық реакцияға қарағанда әлдеқайда көп энергия бөлінеді. Мысалы, қашан Уран ядросының бір нуклонға ыдырауы 0,9 МэВ (мегаэлектронвольт) түзеді, ал қашанГелий ядроларының қосылуы кезінде сутегі ядроларынан 6 МэВ-ке тең энергия бөлінеді. Сондықтан ғалымдар термоядролық реакцияларды жүргізуді үйренуде.
Термоядролық синтезді зерттеу және реактор құрылысы ғылым мен жоғары технологияның басқа салаларында пайдалы жоғары технологиялық өндірісті кеңейтуге мүмкіндік береді.
3. Термоядролық реакциялар дегеніміз не?
Термоядролық реакциялар өзін-өзі қамтамасыз ететін, бақыланбайтын (сутегі бомбаларында қолданылады) және басқарылатын (бейбіт мақсатта жарамды) болып бөлінеді.
Өздігінен жүретін реакциялар жұлдыздардың ішкі бөлігінде жүреді. Алайда мұндай реакциялардың жүруі үшін Жерде ешқандай жағдай жоқ.
Адамдар ұзақ уақыт бойы бақыланбайтын немесе жарылғыш термоядролық синтезді жүргізді. 1952 жылы «Айви Майк» операциясы кезінде американдықтар қару ретінде практикалық мәні жоқ әлемдегі алғашқы термоядролық жарылғыш құрылғыны жарып жіберді. Ал 1961 жылдың қазан айында Игорь Курчатовтың жетекшілігімен кеңес ғалымдары жасап шығарған әлемдегі алғашқы термоядролық (сутегі) бомбасы («Царь Бомба», «Кузканың анасы») сынақтан өтті. Бұл бүкіл адамзат тарихындағы ең қуатты жарылғыш құрылғы болды: жарылыстың жалпы энергиясы әртүрлі көздер бойынша 57-ден 58,6 мегатонна тротилге дейін болды. Сутегі бомбасын жару үшін алдымен кәдімгі ядролық жарылыс кезінде жоғары температураны алу керек – содан кейін ғана атом ядролары әрекет ете бастайды.
Бақыланбайтын ядролық реакция кезіндегі жарылыстың күші өте жоғары, сонымен қатар радиоактивті ластану үлесі де жоғары. Сондықтан термоядролық энергияны бейбіт мақсатта пайдалану үшін оны бақылауды үйрену қажет.
4. Басқарылатын термоядролық реакция үшін не қажет?
Плазманы ұстаңыз!
Түсініксіз? Енді түсіндіріп көрейік.
Біріншіден, атом ядролары. Ядролық энергетикада изотоптар – бір-бірінен нейтрондар саны және сәйкесінше атомдық массасы бойынша ерекшеленетін атомдар қолданылады. Сутек изотопы дейтерий (D) судан алынады. Аса ауыр сутегі немесе тритий (Т) – кәдімгі ядролық реакторларда жүргізілетін ыдырау реакцияларының жанама өнімі болып табылатын сутегінің радиоактивті изотопы. Сондай-ақ термоядролық реакцияларда сутегінің жеңіл изотопы – протий қолданылады: бұл ядрода нейтрондары жоқ жалғыз тұрақты элемент. Гелий-3 Жерде шамалы мөлшерде кездеседі, бірақ оның көп мөлшері Ай топырағында (реголит) бар: 80-жылдары NASA реголиттерді өңдеуге және құнды изотопты шығаруға арналған гипотетикалық қондырғылардың жоспарын әзірледі. Бірақ біздің планетада тағы бір изотоп кең таралған - бор-11. Жердегі бордың 80%-ы ядролық ғалымдарға қажетті изотоп болып табылады.
Екіншіден, температура өте жоғары. Термоядролық реакцияға қатысатын зат толығымен дерлік иондалған плазма болуы керек - бұл бос электрондар мен әртүрлі зарядтардың иондары бөлек қалқып жүретін газ. Заттың плазмаға айналуы үшін 10 7 – 10 8 К температура қажет – бұл Цельсий бойынша жүздеген миллион градус! Мұндай өте жоғары температураға плазмада жоғары қуатты электр разрядтарын жасау арқылы қол жеткізуге болады.
Дегенмен, қажетті химиялық элементтерді жай ғана қыздыра алмайсыз. Кез келген реактор мұндай температурада бірден буланып кетеді. Бұл мүлдем басқа көзқарасты қажет етеді. Бүгінгі таңда ультра қуатты электр магниттерінің көмегімен плазманы шектеулі аумақта ұстауға болады. Бірақ термоядролық реакция нәтижесінде алынған энергияны әлі толық пайдалану мүмкін болмады: магнит өрісінің әсерінен де плазма кеңістікте таралады.
5. Қандай реакциялар ең перспективалы?
Бақыланатын синтез үшін пайдалану жоспарланған негізгі ядролық реакциялар дейтерий (2Н) және тритий (3Н), ал ұзақ мерзімді перспективада гелий-3 (3He) және бор-11 (11В) қолданылады.
Міне, ең қызықты реакциялар қалай көрінеді.
1) 2 D+ 3 T -> 4 He (3,5 МэВ) + n (14,1 МэВ) - дейтерий-тритий реакциясы.
2) 2 D+ 2 D -> 3 T (1,01 МэВ) + p (3,02 МэВ) 50%
2 D+ 2 D -> 3 He (0,82 МэВ) + n (2,45 МэВ) 50% - бұл дейтерий монопропелланты деп аталады.
1 және 2 реакциялар нейтронды радиоактивті ластанумен байланысты. Сондықтан «нейтронсыз» реакциялар ең перспективалы болып табылады.
3) 2 D+ 3 He -> 4 He (3,6 МэВ) + p (14,7 МэВ) - дейтерий гелий-3пен әрекеттеседі. Мәселе мынада, гелий-3 өте сирек кездеседі. Дегенмен, нейтронсыз кірістілік бұл реакцияны перспективалы етеді.
4) p+ 11 B -> 3 4 He + 8,7 МэВ - бор-11 протиймен әрекеттеседі, нәтижесінде алюминий фольгасы сіңіретін альфа бөлшектері пайда болады.
6. Мұндай реакцияны қайда жүргізу керек?
Табиғи термоядролық реактор - бұл жұлдыз. Онда плазма гравитацияның әсерінен ұсталады, ал радиация жұтылады - осылайша өзек суымайды.
Жер бетінде термоядролық реакцияларды тек арнайы қондырғыларда жүргізуге болады.
Импульстік жүйелер. Мұндай жүйелерде дейтерий мен тритий өте қуатты лазер сәулелерімен немесе электронды/иондық сәулелермен сәулеленеді. Мұндай сәулелену термоядролық микрожарылыстардың реттілігін тудырады. Дегенмен, мұндай жүйелерді өнеркәсіптік масштабта пайдалану тиімсіз: синтез нәтижесінде алынғаннан гөрі атомдарды үдетуге көп энергия жұмсалады, өйткені барлық үдетілген атомдар реакцияға түспейді. Сондықтан көптеген елдер квазистационарлық жүйелерді құруда.
Квазистационарлық жүйелер. Мұндай реакторларда плазманы төмен қысымда және жоғары температурада магнит өрісі ұстайды. Магнит өрісінің әртүрлі конфигурацияларына негізделген реакторлардың үш түрі бар. Бұл токамактар, жұлдызшылар (торсатрондар) және айна тұзақтары.
Токамак«магниттік катушкалар бар тороидальды камера» дегенді білдіреді. Бұл катушкалар оралған «пончик» (торус) тәрізді камера. Токамактың басты ерекшелігі - плазма арқылы өтетін, оны қыздыратын және айналасында магнит өрісін жасап, оны ұстап тұратын айнымалы электр тогын пайдалану.
IN жұлдызшы (торсатрон)магнит өрісі толығымен магниттік катушкалармен қамтылған және токамактан айырмашылығы, үздіксіз жұмыс істей алады.
z жылы айна (ашық) тұзақтарРефлексия принципі қолданылады. Камера екі жағынан плазманы реакторда ұстап тұратын магнитті «тығындармен» жабылған.
Ұзақ уақыт бойы айна тұзақтары мен токамактар біріншілік үшін күресті. Бастапқыда тұзақ тұжырымдамасы қарапайым, сондықтан арзанырақ көрінді. 60-шы жылдардың басында ашық қақпандар көп қаржыландырылды, бірақ плазманың тұрақсыздығы және оны магнит өрісімен ұстаудың сәтсіз әрекеттері бұл қондырғыларды күрделендіруге мәжбүр етті - қарапайым болып көрінетін құрылымдар тозақ машиналарына айналды және оған қол жеткізу мүмкін болмады. тұрақты нәтиже. Сондықтан 80-жылдары тоқамақтар алдыңғы орынға шықты. 1984 жылы еуропалық JET токамак іске қосылды, оның құны небәрі 180 миллион долларды құрайтын және параметрлері термоядролық реакцияға мүмкіндік берді. КСРО мен Францияда магниттік жүйенің жұмысына энергияны дерлік жұмсамайтын асқын өткізгіш токамактар әзірленді.
7. Қазір кім термоядролық реакцияларды жүргізуді үйреніп жатыр?
Көптеген елдер өздерінің термоядролық реакторларын салуда. Қазақстан, Қытай, АҚШ және Жапонияның өздерінің тәжірибелік реакторлары бар. Курчатов институты IGNITOR реакторында жұмыс істеуде. Германия Wendelstein 7-X синтездік жұлдыз реакторын іске қосты.
Ең танымалы - Cadarache зерттеу орталығында (Франция) ITER (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) халықаралық токамак жобасы. Оның құрылысы 2016 жылы аяқталуы керек еді, бірақ қажетті қаржылық қолдау көлемі артып, эксперименттер мерзімі 2025 жылға ауыстырылды. ITER іс-шараларына Еуропалық Одақ, АҚШ, Қытай, Үндістан, Жапония, Оңтүстік Корея және Ресей қатысады. Қаржыландыруда негізгі үлесті ЕО алады (45%), ал қалған қатысушылар жоғары технологиялық жабдықты жеткізеді. Атап айтқанда, Ресейде асқын өткізгіш материалдар мен кабельдер, плазманы қыздыруға арналған радиотүтіктер (гиротрондар) және асқын өткізгіш катушкаларға арналған сақтандырғыштар, сондай-ақ реактордың ең күрделі бөлігі - электромагниттік күштерге, нейтрондық сәулеленуге және электр энергиясының әсеріне төтеп беретін бірінші қабырғаға арналған құрамдас бөліктер шығарылады. плазмалық сәулелену.
8. Неліктен біз әлі де синтездік реакторларды қолданбаймыз?
Заманауи токамак қондырғылары термоядролық реакторлар емес, плазманың болуы және сақталуы біраз уақытқа ғана мүмкін болатын зерттеу қондырғылары болып табылады. Ғалымдар реакторда плазманы ұзақ уақыт бойы қалай ұстау керектігін әлі білмеген.
Қазіргі уақытта ядролық синтез саласындағы ең үлкен жетістіктердің бірі - сутегі газын Цельсий бойынша 80 миллион градусқа дейін қыздырып, сутегі плазмасының бұлтын секундтың төрттен бірін сақтай білген неміс ғалымдарының жетістігі. Ал Қытайда сутегі плазмасы 49,999 миллион градусқа дейін қызып, 102 секунд ұсталды. Новосібірдегі Г.И.Будкер атындағы Ядролық физика институтының ресейлік ғалымдары плазманы Цельсий бойынша он миллион градусқа дейін тұрақты қыздыруға қол жеткізді. Дегенмен, жақында американдықтар плазманы 60 жыл бойы сақтау әдісін ұсынды - бұл жігерлендіреді.
Сонымен қатар, өнеркәсіпте ядролық синтездің пайдалылығы туралы пікірталастар бар. Электр энергиясын өндірудің пайдасы ядролық синтез шығындарын өтей ме, жоқ па белгісіз. Реакциялармен тәжірибе жасау ұсынылады (мысалы, дәстүрлі дейтерий-тритий реакциясынан бас тарту немесе басқа реакциялардың пайдасына монопропеллант), құрылыс материалдары - немесе тіпті өнеркәсіптік термоядролық синтез идеясынан бас тарту, оны тек ыдыраудағы жеке реакциялар үшін пайдалану ұсынылады. реакциялар. Дегенмен, ғалымдар әлі де эксперименттерді жалғастыруда.
9. Термоядролық реакторлар қауіпсіз бе?
Салыстырмалы түрде. Термоядролық реакцияларда қолданылатын тритий радиоактивті. Сонымен қатар, синтез нәтижесінде бөлінген нейрондар реактор құрылымын сәулелендіреді. Реактор элементтерінің өзі плазма әсерінен радиоактивті шаңмен жабылады.
Дегенмен, термоядролық реактор радиация тұрғысынан ядролық реакторға қарағанда әлдеқайда қауіпсіз. Реакторда салыстырмалы түрде аз радиоактивті заттар бар. Сонымен қатар, реактордың дизайнының өзі радиацияның ағып кетуі мүмкін «тесіктердің» жоқтығын болжайды. Реактордың вакуумдық камерасы тығыздалуы керек, әйтпесе реактор жай ғана жұмыс істей алмайды. Термоядролық реакторларды салу кезінде ядролық энергиямен сыналған материалдар пайдаланылады, үй-жайларда төмендетілген қысым сақталады.
Термоядролық электр станциялары қашан пайда болады?
Ғалымдар «20 жылда біз барлық іргелі мәселелерді шешеміз» дегенді жиі айтады. Атом саласының инженерлері 21 ғасырдың екінші жартысы туралы айтып жатыр. Саясаткерлер күнмен алаңдамай, тиынға таза энергия теңізі туралы айтады.
Ғалымдар Жердің тереңдігінде қараңғы заттарды қалай іздейді
Жүздеген миллион жыл бұрын жер бетінің астындағы пайдалы қазбаларда жұмбақ заттың іздері сақталған болуы мүмкін. Оларға жету ғана қалды. Дүние жүзінде шашыраңқы орналасқан жиырмадан астам жерасты зертханалары қараңғы заттарды іздеумен айналысады.
Сібір ғалымдары адамға жұлдыздарға ұшуға қалай көмектесті
1961 жылы 12 сәуірде Юрий Гагарин ғарышқа алғаш рет ұшты - ұшқыштың ақкөңіл күлкісі мен оның көңілді «Кеттік!» кеңестік космонавтиканың триумфына айналды. Бұл ұшуды жүзеге асыру үшін еліміздің түкпір-түкпіріндегі ғалымдар беймәлім ғарыштың барлық қауіп-қатеріне төтеп бере алатын ракетаны қалай жасауға болатынын ойластырып жатты - бұл Ғылым академиясының Сібір бөлімшесінің ғалымдарының идеяларынсыз болған жоқ.
20 ғасырдың екінші жартысы ядролық физиканың қарқынды даму кезеңі болды. Ядролық реакцияларды аз мөлшердегі отыннан орасан зор энергия алу үшін қолдануға болатыны белгілі болды. Алғашқы атом бомбасының жарылысынан бірінші атом электр станциясына дейін небәрі тоғыз жыл өтті, ал 1952 жылы сутегі бомбасы сыналғанда, 1960 жылдары термоядролық электр станциялары іске қосылады деген болжамдар айтылды. Әттең, бұл үміттер ақталмады.
Термоядролық реакциялар Барлық термоядролық реакциялардың тек төртеуі жақын болашақта қызығушылық тудырады: дейтерий + дейтерий (өнімдер - тритий мен протон, бөлінген энергия 4,0 МэВ), дейтерий + дейтерий (гелий-3 және нейтрон, 3,3 МэВ), дейтерий + тритий (гелий-4 және нейтрон, 17,6 МэВ) және дейтерий + гелий-3 (гелий-4 және протон, 18,2 МэВ). Бірінші және екінші реакциялар бірдей ықтималдықпен параллель жүреді. Алынған тритий мен гелий-3 үшінші және төртінші реакцияларда «жанып кетеді».
Игорь Егоров
Қазіргі уақытта адамзаттың негізгі энергия көзі көмір, мұнай және газды жағу болып табылады. Бірақ олардың қорлары шектеулі, ал жану өнімдері қоршаған ортаны ластайды. Көмір электр станциясы бірдей қуаттағы атом электр станциясына қарағанда көбірек радиоактивті шығарындылар шығарады! Ендеше, біз неге әлі күнге дейін атомдық энергия көздеріне көшкен жоқпыз? Мұның көптеген себептері бар, бірақ ең бастысы соңғы уақытта радиофобия болды. Көмірмен жұмыс істейтін электр станциясы, тіпті қалыпты жұмыс кезінде де, атом электр станциясындағы апаттық шығарындылардан әлдеқайда көп адамның денсаулығына зиян келтіретініне қарамастан, ол мұны жұртшылықтың назарынан тыс қалдырады. Атом электр станцияларындағы апаттар бірден БАҚ-тың басты жаңалықтарына айналып, жалпы дүрбелең туғызады (көбінесе мүлдем негізсіз). Бірақ бұл атом энергетикасының объективті проблемалары жоқ дегенді білдірмейді. Радиоактивті қалдықтар көп қиындық туғызады: онымен жұмыс істеу технологиялары әлі де өте қымбат, ал олардың барлығы толығымен қайта өңделіп, пайдаланылатын тамаша жағдай әлі алыс.
Барлық термоядролық реакциялардың тек төртеуі жақын болашақта қызығушылық тудырады: дейтерий + дейтерий (өнімдер - тритий және протон, бөлінген энергия 4,0 МэВ), дейтерий + дейтерий (гелий-3 және нейтрон, 3,3 МэВ), дейтерий + тритий ( гелий -4 және нейтрон, 17,6 МэВ) және дейтерий + гелий-3 (гелий-4 және протон, 18,2 МэВ). Бірінші және екінші реакциялар бірдей ықтималдықпен параллель жүреді. Алынған тритий мен гелий-3 үшінші және төртінші реакцияларда «жанып кетеді».
Бөлінуден синтезге дейін
Бұл мәселелердің ықтимал шешімі бөліну реакторларынан синтез реакторларына көшу болып табылады. Кәдімгі бөліну реакторында ондаған тонна радиоактивті отын болса, ол әртүрлі радиоактивті изотоптары бар ондаған тонна радиоактивті қалдықтарға айналады, термоядролық реактор сутегінің бір радиоактивті изотопының тек жүздеген грамм, максималды килограммын пайдаланады. тритий. Реакция үшін қауіптілігі аз радиоактивті изотоптың елеусіз мөлшерін қажет ететіндігінен басқа, тасымалдауға байланысты тәуекелдерді азайту үшін оны өндіруді тікелей электр станциясында жүргізу де жоспарлануда. Синтез өнімдері тұрақты (радиоактивті емес) және улы емес сутегі мен гелий болып табылады. Сонымен қатар, бөліну реакциясынан айырмашылығы, термоядролық реакция қондырғы бұзылған кезде термиялық жарылыс қаупін тудырмай, дереу тоқтайды. Ендеше неге осы уақытқа дейін бірде-бір жұмыс істейтін термоядролық электр станциясы салынбаған? Себебі, аталған артықшылықтар сөзсіз кемшіліктерді тудырады: синтез үшін жағдай жасау бастапқыда күткеннен әлдеқайда қиын болды.
Лоусон критерийі
Термоядролық реакцияның энергетикалық қолайлы болуы үшін термоядролық отынның жеткілікті жоғары температурасын, жеткілікті жоғары тығыздықты және жеткілікті аз энергия шығынын қамтамасыз ету қажет. Соңғылары плазмада жинақталған жылу энергиясының энергияны жоғалту қуатына қатынасына тең болатын «ұстау уақыты» деп аталатын сандық түрде сипатталады (көп адамдар «ұстау уақыты» деп қателеседі. Орнатуда ыстық плазма сақталады, бірақ олай емес) . Дейтерий мен тритий қоспасының температурасы 10 кВ-ға тең (шамамен 110 000 000 градус) біз отын бөлшектерінің 1 см 3 (яғни, плазма концентрациясы) саны мен ұстау уақытының (секундпен) көбейтіндісін алуымыз керек. кем дегенде 10 14. Бізде концентрациясы 1014 см -3 және ұсталу уақыты 1 с плазма немесе 10 23 концентрация және 1 нс ұстау уақыты бар плазма бар ма маңызды емес. Бұл критерий Лоусон критерийі деп аталады.
Энергетикалық қолайлы реакцияны алуға жауап беретін Лоусон критерийінен басқа, дейтерий-тритий реакциясы үшін Лоусон критерийінен шамамен үш есе көп болатын плазмалық тұтану критерийі де бар. «Жану» плазмада қалған термоядролық энергияның бөлігі қажетті температураны ұстап тұру үшін жеткілікті болатынын және плазманы қосымша қыздырудың енді қажет болмайтынын білдіреді.
Z-шымшу
Басқарылатын термоядролық реакцияны алу жоспарланған бірінші құрылғы Z-шымшу деп аталатын құрылғы болды. Ең қарапайым жағдайда бұл қондырғы дейтерий (сутегі-2) ортасында немесе дейтерий мен тритий қоспасында орналасқан екі электродтан және жоғары вольтты импульстік конденсаторлардың аккумуляторынан тұрады. Бір қарағанда, бұл үлкен температураға дейін қыздырылған сығылған плазманы алуға мүмкіндік беретін сияқты: термоядролық реакция үшін дәл осы нәрсе қажет! Алайда, өмірде бәрі, өкінішке орай, соншалықты қызғылт емес болып шықты. Плазмалық арқан тұрақсыз болып шықты: шамалы иілу бір жағынан магнит өрісінің күшеюіне, ал екінші жағынан әлсіреуіне әкеледі; нәтижесінде пайда болған күштер арқанның иілуін одан әрі арттырады - және барлық плазма «түсіп кетеді». камераның бүйір қабырғасы. Арқан иілуге тұрақсыз ғана емес, оның аздап жұқаруы осы бөліктегі магнит өрісінің ұлғаюына әкеледі, ол плазманы одан да көп қысады, арқан ақырында «сығып кеткенше» арқанның қалған көлеміне қысады. .” Сығылған бөліктің электрлік кедергісі жоғары, сондықтан ток үзіліп, магнит өрісі жойылып, барлық плазма таралады.
Z-шымшудың жұмыс принципі қарапайым: электр тогы бірдей токпен әрекеттесетін және оны қысатын сақиналы магнит өрісін тудырады. Нәтижесінде ток өтетін плазманың тығыздығы мен температурасы артады.
Плазма шоғырын оған токқа параллель күшті сыртқы магнит өрісін қолданып, оны қалың өткізгіш қабықшаға орналастыру арқылы тұрақтандыру мүмкін болды (плазма қозғалған кезде магнит өрісі де қозғалады, ол плазмада электр тогын тудырады. плазманы өз орнына қайтаруға бейім). Плазма иілуді және шымшуды тоқтатты, бірақ ол әлі де кез келген маңызды масштабтағы термоядролық реакциядан алыс болды: плазма электродтарға тиіп, оларға өз жылуын береді.
Z-pinch синтезі саласындағы заманауи жұмыс термоядролық плазманы құрудың тағы бір принципін ұсынады: ток вольфрамды плазмалық түтік арқылы өтеді, ол плазмалық түтіктің ішінде орналасқан термоядролық отынмен капсуланы қысатын және қыздыратын қуатты рентген сәулелерін жасайды. ол термоядролық бомбада болады. Дегенмен, бұл жұмыстар табиғатта таза зерттеу болып табылады (ядролық қарудың жұмыс істеу механизмдері зерттеледі) және бұл процесте энергияның бөлінуі әлі де тұтынудан миллиондаған есе аз.
Токамак торының үлкен радиусының (бүкіл тордың ортасынан оның құбырының көлденең қимасының ортасына дейінгі қашықтық) кішіге (құбырдың көлденең қимасының радиусы) қатынасы неғұрлым аз болса, үлкенірек плазмалық қысым бірдей магнит өрісінің астында болуы мүмкін. Бұл арақатынасты азайту арқылы ғалымдар плазма мен вакуумдық камераның дөңгелек қимасынан D-тәріздіге көшті (бұл жағдайда кіші радиустың рөлін көлденең қиманың биіктігінің жартысы атқарады). Барлық заманауи токамактар дәл осы көлденең қима пішініне ие. Шектеулі жағдай «сфералық токамак» деп аталатын болды. Мұндай токамактарда вакуумдық камера мен плазма шардың полюстерін қосатын тар арнаны қоспағанда, пішіні сфералық дерлік болады. Магниттік катушкалардың өткізгіштері арна арқылы өтеді. Бірінші сфералық токамак, START, 1991 жылы ғана пайда болды, сондықтан бұл өте жас бағыт, бірақ ол үш есе төмен магнит өрісімен бірдей плазмалық қысымды алу мүмкіндігін көрсетті.
Тығын камерасы, жұлдызшы, токамак
Реакцияға қажетті жағдайларды жасаудың тағы бір нұсқасы ашық магниттік тұзақтар деп аталады. Олардың ең танымалы - «тығын ұясы»: бойлық магнит өрісі бар құбыр, оның ұштарында күшейіп, ортасында әлсірейді. Ұштарында ұлғайған өріс «магниттік штепсельді» (орысша атауы) немесе «магниттік айна» (ағылшынша - айна машинасы) жасайды, ол плазманы қондырғыдан ұштары арқылы қалдырудан сақтайды. Дегенмен, мұндай ұстау толық емес; белгілі бір траекториялар бойымен қозғалатын кейбір зарядталған бөлшектер бұл кептелістерден өте алады. Ал соқтығыстардың нәтижесінде кез келген бөлшек ерте ме, кеш пе осындай траекторияға түседі. Сонымен қатар, айна камерасындағы плазма да тұрақсыз болып шықты: егер бір жерде плазманың кішкене бөлігі қондырғы осінен алыстап кетсе, плазманы камераның қабырғасына шығаратын күштер пайда болады. Айна жасушасының негізгі идеясы айтарлықтай жетілдірілгенімен (бұл плазманың тұрақсыздығын да, айналар өткізгіштігін де азайтуға мүмкіндік берді), іс жүзінде энергиялық қолайлы синтез үшін қажетті параметрлерге жақындау мүмкін болмады. .
Плазманың «штепсельдер» арқылы ағып кетпейтініне көз жеткізуге бола ма? Айқын шешім плазманы сақинаға айналдыру болып көрінеді. Дегенмен, сақинаның ішіндегі магнит өрісі сыртқа қарағанда күштірек, ал плазма қайтадан камера қабырғасына баруға бейім. Бұл қиын жағдайдан шығудың жолы да айқын көрінді: сақинаның орнына «сегіздік фигураны» жасаңыз, содан кейін бір бөлімде бөлшек қондырғының осінен алыстайды, ал екіншісінде ол кері оралады. Ғалымдар алғашқы жұлдызшы туралы идеяны осылай тудырды. Бірақ мұндай «сегіздік фигураны» бір жазықтықта жасауға болмайды, сондықтан магнит өрісін екінші бағытта бүгіп, үшінші өлшемді қолдануға тура келді, бұл сонымен қатар бөлшектердің осьтен камера қабырғасына біртіндеп қозғалысына әкелді.
Токамак типті қондырғылардың құрылуымен жағдай күрт өзгерді. 1960 жылдардың екінші жартысында Т-3 токамакта алынған нәтижелер сол уақытта таң қалдырғаны сонша, батыс ғалымдары плазма параметрлерін өздері тексеру үшін өздерінің өлшеуіш жабдықтарымен КСРО-ға келді. Шындық тіпті олардың күткенінен де асып түсті.
Бұл фантастикалық түрде біріктірілген түтіктер өнер жобасы емес, күрделі үш өлшемді қисыққа иілген жұлдызды камера.
Инерцияның қолында
Магниттік шектеуден басқа, термоядролық синтезге түбегейлі басқа көзқарас бар - инерциялық шектеу. Егер бірінші жағдайда плазманы өте төмен концентрацияда ұзақ уақыт ұстауға тырыссақ (айналадағы ауадағы молекулалардың концентрациясы жүздеген мың есе жоғары), онда екінші жағдайда біз плазманы сығымдаймыз. орасан зор тығыздық, ең ауыр металдардың тығыздығынан жоғары шама реті, плазманың екі жаққа шашырап үлгеруіне дейін реакцияның қысқа уақыт ішінде өтуіне уақыт болады деп күту.
Бастапқыда, 1960 жылдары жоспар бірнеше лазер сәулелерімен барлық жағынан біркелкі сәулеленетін мұздатылған термоядролық отынның шағын шарын пайдалану болды. Шардың беті бірден буланып, барлық бағытта біркелкі кеңейіп, отынның қалған бөлігін қысып, қыздыруы керек. Алайда іс жүзінде сәулелену жеткіліксіз біркелкі болып шықты. Сонымен қатар, сәулелену энергиясының бір бөлігі ішкі қабаттарға беріліп, олардың қызуын тудырды, бұл қысуды қиындатады. Нәтижесінде доп біркелкі және әлсіз қысылды.
Бірқатар заманауи жұлдыздық конфигурациялары бар, олардың барлығы торусқа жақын. Ең кең таралған конфигурациялардың бірі токамактардың полоидтық өріс катушкаларына ұқсас катушкаларды және көп бағытты токпен вакуумдық камераның айналасында бұралған төрт-алты өткізгіштерді пайдалануды қамтиды. Осылайша жасалған күрделі магнит өрісі плазманы сақиналы электр тогының өтуін қажет етпестен сенімді түрде ұстауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, жұлдызшылар токамактар сияқты тороидалды өріс катушкаларын да пайдалана алады. Және бұрандалы өткізгіштер болмауы мүмкін, бірақ содан кейін «тороидальды» өріс катушкалары күрделі үш өлшемді қисық бойымен орнатылады. Жұлдыздар саласындағы соңғы әзірлемелер магниттік катушкаларды және компьютерде есептелген өте күрделі пішінді вакуумдық камераны (өте «жиырылған» торус) пайдалануды қамтиды.
Біркелкі емес мәселе нысананың дизайнын айтарлықтай өзгерту арқылы шешілді. Енді доп арнайы шағын металл камераның ішіне орналастырылған (ол «holraum», неміс тілінен аударғанда hohlraum - қуыс) ішіне лазер сәулелері енетін тесіктері бар. Сонымен қатар, IR лазер сәулесін ультракүлгінге айналдыратын кристалдар қолданылады. Бұл УК-сәулеленуді хольраум материалының жұқа қабаты сіңіреді, ол үлкен температураға дейін қызады және жұмсақ рентген сәулелерін шығарады. Өз кезегінде, рентгендік сәуле отын капсуласының бетіндегі жұқа қабатпен жұтылады (отынмен шар). Бұл сонымен қатар ішкі қабаттарды мерзімінен бұрын қыздыру мәселесін шешуге мүмкіндік берді.
Дегенмен, лазерлердің күші жанармайдың айтарлықтай бөлігінің реакцияға түсуі үшін жеткіліксіз болып шықты. Сонымен қатар, лазерлердің тиімділігі өте төмен болды, шамамен 1%. Мұндай төмен лазерлік тиімділікте синтездің энергетикалық пайдалы болуы үшін сығылған отынның барлығы дерлік реакцияға түсуі керек еді. Лазерлерді әлдеқайда жоғары тиімділікпен жасауға болатын жеңіл немесе ауыр иондар сәулелерімен ауыстыруға тырысқанда, ғалымдар да көптеген мәселелерге тап болды: жеңіл иондар бір-бірін итермелейді, бұл олардың фокусталуына кедергі келтіреді және қалдықпен соқтығысқанда баяулайды. камерадағы газ, және үдеткіштер Қажетті параметрлері бар ауыр иондарды жасау мүмкін болмады.
Магниттік перспективалар
Термоядролық энергия саласындағы үміттің көп бөлігі қазір токамактарда. Әсіресе олар жақсартылған сақтау режимін ашқаннан кейін. Токамак - бұл сақинаға айналдырылған Z-шымшым (сақина электр тогы плазма арқылы ағып, оны ұстап тұру үшін қажетті магнит өрісін жасайды) және сақинаға жиналған және «гофрленген» тороидты магнитті жасайтын айна жасушаларының тізбегі. өріс. Сонымен қатар, бірнеше жеке катушкалар арқылы жасалған торус жазықтығына перпендикуляр өріс катушкалардың тороидтық өрісіне және плазмалық ток өрісіне қабаттасады. Полоидтық деп аталатын бұл қосымша өріс торустың сыртқы жағындағы плазмалық токтың магнит өрісін (сонымен бірге полоидты) күшейтеді және оны ішкі жағынан әлсіретеді. Осылайша, плазмалық арқанның барлық жағындағы жалпы магнит өрісі бірдей болып шығады және оның орны тұрақты болып қалады. Осы қосымша өрісті өзгерту арқылы плазма шоғырын вакуумдық камераның ішінде белгілі бір шектерде жылжытуға болады.
Синтезге түбегейлі басқа көзқарас мюондық катализ тұжырымдамасымен ұсынылған. Мюон – заряды электронмен бірдей, бірақ массасы 207 есе көп тұрақсыз элементар бөлшек. Мюон сутегі атомындағы электронның орнын баса алады, ал атомның өлшемі 207 есе азаяды. Бұл бір сутегі ядросының екіншісіне энергия жұмсамай жақындауына мүмкіндік береді. Бірақ бір мюонды өндіру үшін шамамен 10 ГэВ энергия жұмсалады, яғни энергия пайдасын алу үшін бір мюонға бірнеше мың синтез реакцияларын жүргізу қажет. Реакцияда пайда болған гелийге мюонның «жабысып қалуы» мүмкін болғандықтан, әлі бірнеше жүзден астам реакцияға қол жеткізілген жоқ. Фотосуретте Макс Планк атындағы плазма физикасы институтындағы Wendelstein z-x жұлдызды құрылғысының құрастырылуы көрсетілген.
Ұзақ уақыт бойы токамактардың маңызды мәселесі плазмада сақиналы ток жасау қажеттілігі болды. Ол үшін токамак торының орталық тесігі арқылы магнит ағыны үздіксіз өзгеріп тұратын магниттік контур жүргізілді. Магнит ағынының өзгеруі құйынды электр өрісін тудырады, ол вакуумдық камерадағы газды иондайды және алынған плазмада токты сақтайды. Дегенмен, плазмадағы ток үздіксіз сақталуы керек, яғни магнит ағыны бір бағытта үздіксіз өзгеруі керек. Бұл, әрине, мүмкін емес, сондықтан токамактардағы ток шектеулі уақытқа ғана (секундтың бір бөлігінен бірнеше секундқа дейін) сақталуы мүмкін. Бақытымызға орай, сыртқы құйынды өрісі жоқ плазмада пайда болатын жүктеу ағыны деп аталатын ток анықталды. Сонымен қатар, плазманы қыздыру әдістері әзірленді, бір мезгілде ондағы қажетті сақиналық токты индукциялайды. Бұл бірге ыстық плазманы қалағанша ұзақ ұстау мүмкіндігін қамтамасыз етті. Іс жүзінде рекорд қазіргі уақытта Tore Supra токамакқа тиесілі, онда плазма алты минуттан астам үздіксіз «жанып» кетті.
Үлкен үмітке ие плазмалық оқшаулау қондырғысының екінші түрі - жұлдызшылар. Соңғы онжылдықтарда жұлдыздардың дизайны күрт өзгерді. Бастапқы «сегіздіктен» ештеңе қалмады және бұл қондырғылар токамактарға әлдеқайда жақын болды. Жұлдызшылардың қамауда ұстау уақыты токамактарға қарағанда қысқа (тиімділігі төмен Н-режиміне байланысты) және олардың құрылысының құны жоғары болғанымен, олардағы плазманың әрекеті тыныш, бұл біріншілердің ұзақ өмір сүруін білдіреді. вакуумдық камераның ішкі қабырғасы. Термоядролық синтездің коммерциялық дамуы үшін бұл фактордың маңызы зор.
Реакцияны таңдау
Бір қарағанда, таза дейтерийді термоядролық отын ретінде пайдалану өте қисынды: ол салыстырмалы түрде арзан және қауіпсіз. Алайда дейтерий дейтериймен тритийге қарағанда жүз есе жеңіл әрекеттеседі. Демек, дейтерий мен тритий қоспасында реакторды жұмыс істеу үшін 10 кВ температура жеткілікті, ал таза дейтерийде жұмыс істеу үшін 50 кВ жоғары температура қажет. Ал температура неғұрлым жоғары болса, соғұрлым энергия жоғалады. Сондықтан, кем дегенде, алғаш рет дейтерий-тритий отынында термоядролық энергетиканы құру жоспарлануда. Тритий реактордың өзінде өндірілетін жылдам литий нейтрондарымен сәулелену есебінен өндірілетін болады.
«Қате» нейтрондар. «Бір жылдың 9 күні» культтік фильмінде басты кейіпкер термоядролық қондырғыда жұмыс істеген кезде нейтрондық сәулеленудің ауыр дозасын алды. Алайда кейінірек бұл нейтрондардың синтез реакциясы нәтижесінде пайда болмағаны белгілі болды. Бұл режиссердің ойлап тапқаны емес, Z-шымшуларында байқалған нақты әсер. Электр тогының үзілуі сәтінде плазманың индуктивтілігі үлкен кернеудің пайда болуына әкеледі - миллиондаған вольт. Бұл өрісте жеделдетілген жеке сутегі иондары нейтрондарды электродтардан шығаруға қабілетті. Алғашында бұл құбылыс шын мәнінде термоядролық реакцияның сенімді белгісі ретінде қабылданды, бірақ нейтрондық энергия спектрін кейінгі талдау олардың шығу тегі басқа екенін көрсетті.
Жақсартылған сақтау режимі. Токамактың Н-режимі қосымша қыздырудың жоғары қуатымен плазма энергиясының жоғалуы күрт төмендейтін оның жұмыс режимі болып табылады. 1982 жылы күшейтілген қамау режимінің кездейсоқ ашылуы токамактың өзі ойлап тапқандай маңызды. Бұл құбылыстың жалпы қабылданған теориясы әлі жоқ, бірақ бұл оны тәжірибеде қолдануға кедергі келтірмейді. Барлық заманауи токамактар осы режимде жұмыс істейді, өйткені ол шығындарды жартысынан астамға азайтады. Кейіннен ұқсас режим жұлдызшыларда табылды, бұл бұл тороидтық жүйелердің жалпы қасиеті екенін көрсетеді, бірақ оларда ұстау шамамен 30% ғана жақсарды.
Плазмалық жылыту. Плазманы термоядролық температураға дейін қыздырудың үш негізгі әдісі бар. Омдық қыздыру - ол арқылы өтетін электр тогының әсерінен плазманың қызуы. Бұл әдіс бірінші кезеңдерде ең тиімді, өйткені температура жоғарылаған сайын плазманың электрлік кедергісі төмендейді. Электромагниттік қыздыру электрондардың немесе иондардың магнит өрісі сызықтарының айналасында айналу жиілігіне сәйкес келетін жиіліктегі электромагниттік толқындарды пайдаланады. Жылдам бейтарап атомдарды айдау арқылы теріс иондар ағыны жасалады, олар кейін бейтараптандырылады, магнит өрісі арқылы плазманың орталығына өз энергиясын беру үшін бейтарап атомдарға айналады.
Бұл реакторлар ма? Тритий радиоактивті болып табылады және D-T реакциясының қуатты нейтрондық сәулеленуі реактор конструкциясының элементтерінде индукцияланған радиоактивтілікті тудырады. Біз роботтарды қолдануға мәжбүрміз, бұл жұмысты қиындатады. Сонымен қатар кәдімгі сутегі немесе дейтерий плазмасының әрекеті дейтерий мен тритий қоспасынан алынған плазманың әрекетіне өте жақын. Бұл тарих бойына дейтерий мен тритий қоспасында тек екі термоядролық қондырғының толық жұмыс істеуіне әкелді: TFTR және JET токамактары. Басқа қондырғыларда тіпті дейтерий әрдайым қолданыла бермейді. Сонымен, қондырғының анықтамасындағы «термоядролық» деген атау онда термоядролық реакциялар бұрын-соңды болған дегенді білдірмейді (және оларда таза дейтерий әрдайым дерлік қолданылады).
Гибридті реактор. D-T реакциясы 14 МэВ нейтрондарды шығарады, ол тіпті таусылған уранды да ыдыратуы мүмкін. Бір уран ядросының ыдырауы шамамен 200 МэВ энергияның бөлінуімен бірге жүреді, бұл синтез кезінде бөлінетін энергиядан он есе артық. Сондықтан, егер олар уран қабығымен қоршалған болса, қолданыстағы токамактар энергетикалық тұрғыдан пайдалы бола алады. Бөлінетін реакторлармен салыстырғанда мұндай гибридті реакторлардың артықшылығы оларда бақыланбайтын тізбекті реакцияның дамуын болдырмайды. Сонымен қатар, өте қарқынды нейтрондық ағындар ұзақ өмір сүретін уранның ыдырау өнімдерін қысқа мерзімге айналдыруы керек, бұл қалдықтарды жою мәселесін айтарлықтай азайтады.
Инерциялық үміттер
Инерциялық синтез де бір орында тұрмайды. Лазерлік технологияның дамуының онжылдықтарында лазерлердің тиімділігін шамамен он есе арттыру перспективалары пайда болды. Ал іс жүзінде олардың күші жүздеген, мыңдаған есе артты. Параметрлері термоядролық қолдануға жарамды ауыр ионды үдеткіштер бойынша да жұмыстар жүргізілуде. Сонымен қатар, «жылдам тұтану» концепциясы инерциялық синтез прогрессінің маңызды факторы болды. Ол екі импульсті қолдануды қамтиды: біреуі термоядролық отынды қысады, ал екіншісі оның аз бөлігін қыздырады. Отынның кішкене бөлігінде басталатын реакция кейіннен әрі қарай таралып, жанармайдың барлығын жабады деп болжанады. Бұл тәсіл энергия шығындарын айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді, сондықтан реакцияға түсетін отынның аз бөлігімен реакцияны тиімді етеді.
Токамак мәселелері
Басқа типтегі қондырғылардың прогрессіне қарамастан, токамактар қазіргі уақытта бәсекелестікке жатпайды: егер 1990 жылдары екі токамак (TFTR және JET) шын мәнінде плазманы жылытуға жұмсалатын энергияны тұтынуға тең термоядролық энергияны шығарса (тіпті). мұндай режим бар болғаны бір секундқа созылғанымен), орнатудың басқа түрлерімен ұқсас ештеңеге қол жеткізу мүмкін емес. Тіпті токамактардың көлемін қарапайым ұлғайту олардағы энергетикалық қолайлы синтездің орындылығына әкеледі. Қазіргі уақытта Францияда халықаралық ITER реакторы салынуда, ол мұны іс жүзінде көрсетуі керек.
Дегенмен, токамактардың да проблемалары бар. ITER миллиардтаған долларды құрайды, бұл болашақ коммерциялық реакторлар үшін қолайсыз. Бірде-бір реактор апталар мен айларды былай қойғанда, бірнеше сағат бойы үздіксіз жұмыс істемеді, бұл қайтадан өнеркәсіптік қолдану үшін қажет. Вакуумдық камераның ішкі қабырғасының материалдары плазманың ұзақ әсер етуіне төтеп бере алатынына әлі сенімділік жоқ.
Күшті кен орны бар токамак тұжырымдамасы жобаны арзандатуы мүмкін. Өрісті екі-үш есе ұлғайту арқылы салыстырмалы түрде шағын қондырғыда қажетті плазмалық параметрлерді алу жоспарлануда. Бұл концепция, атап айтқанда, итальяндық әріптестерімен бірге Мәскеу түбіндегі ТРИНИТте (Тринити инновациялар және термоядролық зерттеулер институты) құрастырыла бастаған «Игнитор» реакторының негізі болып табылады. Егер инженерлердің есептеулері орындалса, ITER-тен бірнеше есе төмен бағамен бұл реакторда плазманы жағуға болады.
Алға жұлдыздарға!
Термоядролық реакцияның өнімдері секундына мыңдаған километр жылдамдықпен әртүрлі бағытта ұшып кетеді. Бұл өте тиімді зымыран қозғалтқыштарын жасауға мүмкіндік береді. Олардың меншікті импульсі ең жақсы электрлік реактивті қозғалтқыштарға қарағанда жоғары болады және олардың энергия тұтынуы тіпті теріс болуы мүмкін (теориялық тұрғыдан алғанда, энергияны тұтынуға емес, өндіруге болады). Оның үстіне, термоядролық зымыран қозғалтқышын жасау жердегі реакторға қарағанда оңайырақ болады деп айтуға толық негіз бар: вакуум жасауда, асқын өткізгіш магниттердің жылу оқшаулауында ешқандай проблема жоқ, өлшемдерге шектеулер жоқ және т.б. Сонымен қатар, қозғалтқыштың электр энергиясын өндіруі қажет, бірақ бұл мүлдем қажет емес, ол оны тым көп тұтынбауы жеткілікті.
Электростатикалық оқшаулау
Электростатикалық ионды шектеу тұжырымдамасы фузор деп аталатын қондырғы арқылы оңай түсініледі. Ол теріс потенциал қолданылатын сфералық торлы электродқа негізделген. Бөлек үдеткіште немесе орталық электрод өрісінің өзі арқылы үдетілген иондар оның ішіне түседі және сол жерде электростатикалық өріс арқылы ұсталады: егер ион ұшып кетуге бейім болса, электрод өрісі оны кері бұрады. Өкінішке орай, ионның желімен соқтығысу ықтималдығы синтез реакциясына түсу ықтималдығынан бірнеше рет жоғары, бұл энергетикалық қолайлы реакцияны мүмкін емес етеді. Мұндай қондырғылар тек нейтрон көздері ретінде қолданылды.
Сенсациялық жаңалық жасауға тырысып, көптеген ғалымдар синтезді мүмкіндігінше көруге тырысады. Баспасөзде «суық синтез» деп аталатын әртүрлі нұсқаларға қатысты көптеген хабарламалар болды. Синтез дейтериймен «сіңдірілген» металдарда олар арқылы электр тогы өткенде, дейтериймен қаныққан сұйықтықтарды электролиздеу кезінде, оларда кавитациялық көпіршіктердің пайда болуы кезінде, сондай-ақ басқа жағдайларда табылды. Дегенмен, бұл эксперименттердің көпшілігі басқа зертханаларда қанағаттанарлық қайталану мүмкіндігіне ие болмады және олардың нәтижелерін синтезді қолданбай-ақ түсіндіруге болады.
«Философиялық тастан» басталып, кейін «мәңгілік қозғалыс машинасына» айналған «даңқты дәстүрді» жалғастыра отырып, көптеген заманауи алаяқтар олардан «суық синтез генераторын», «кавитациялық реакторды» және басқа да «отын- тегін генераторлар»: философиялық туралы Барлығы тасты ұмытып кетті, олар мәңгілік қозғалысқа сенбейді, бірақ ядролық синтез қазір өте сенімді естіледі. Бірақ, өкінішке орай, шын мәнінде мұндай энергия көздері әлі жоқ (және оларды жасауға болатын кезде, бұл барлық жаңалықтар шығарылымында болады). Есіңізде болсын: егер сізге суық ядролық синтез арқылы энергия өндіретін құрылғыны сатып алу ұсынылса, олар сізді жай ғана «алдауға» тырысады!
Алдын ала болжам бойынша, технологияның қазіргі деңгейінің өзінде Күн жүйесінің планеталарына ұшу үшін термоядролық зымыран қозғалтқышын жасауға болады (тиісті қаржыландырумен). Мұндай қозғалтқыштардың технологиясын меңгеру адам басқаратын ұшулардың жылдамдығын он есеге арттырады және бортында үлкен резервтік отын қорының болуына мүмкіндік береді, бұл Марсқа ұшуды қазіргі ХҒС-да жұмыс істеуден қиындатпайды. Жарық жылдамдығының 10% жылдамдықтары автоматты станциялар үшін мүмкін болады, бұл жақын маңдағы жұлдыздарға зерттеу зондтарын жіберуге және оларды жасаушылардың өмірінде ғылыми деректерді алуға мүмкіндік береді.
Қазіргі уақытта инерциялық синтезге негізделген термоядролық зымыран қозғалтқышының тұжырымдамасы ең дамыған болып саналады. Қозғалтқыш пен реактор арасындағы айырмашылық зарядталған реакция өнімдерін бір бағытта бағыттайтын магнит өрісінде жатыр. Екінші нұсқа тығындардың бірі әдейі әлсіретілген ашық қақпақты пайдалануды қамтиды. Одан ағып жатқан плазма реактивті күш тудырады.
Термоядролық болашақ
Термоядролық синтезді меңгеру бастапқыда көрінгеннен әлдеқайда күрделірек болып шықты. Көптеген мәселелер шешілгенімен, қалғандары мыңдаған ғалымдар мен инженерлердің таяу бірнеше онжылдықтардағы қажырлы еңбегіне жетеді. Бірақ сутегі мен гелий изотоптарының трансформациясының біз үшін ашылатын перспективалары соншалықты үлкен және жүріп өткен жол соншалықты маңызды, сондықтан жарты жолда тоқтаудың мағынасы жоқ. Көптеген скептиктер не айтса да, болашақ синтезде екені сөзсіз.
1. Ядролық энергетикаатом энергиясын жылу және электр энергиясына айналдыру әдістері мен құралдары жасалып, тәжірибеде қолданылатын ғылым мен өнеркәсіптік технология саласы. Атом энергетикасының негізін атом электр станциялары (АЭС) құрайды. Атом электр станцияларындағы энергия көзі ауыр элементтердің ядроларының бөлінуінің бақыланатын тізбекті реакциясы жүретін ядролық реакторлар болып табылады, негізінен U-235 және Pu-239.
Ядролық реакторлар екі түрге бөлінеді: баяу нейтронды реакторлар және жылдам нейтрондық реакторлар. Әлемдегі атом электр станцияларының көпшілігі баяу нейтронды реакторлар негізінде салынған. АҚШ-та (1942), КСРО-да (1946) және басқа да дамыған елдерде салынған алғашқы реакторлар Пу-239 қару-жарақ плутонийін шығаруға арналған. Оларда бөлінетін жылу жанама өнім болды. Бұл жылу реактордан салқындату жүйесі арқылы алынып, жай ғана қоршаған ортаға шығарылды.
Реактордағы жылуды бөлу механизмі келесідей. Уран ядросының ыдырауы кезінде пайда болатын екі фрагмент шамамен 200 МэВ үлкен кинетикалық энергияны алып кетеді. Олардың бастапқы жылдамдығы 5000 км/с жетеді. Уран, модератор немесе құрылымдық элементтер арасында қозғала отырып, бұл фрагменттер атомдармен соқтығысады, оларға энергиясын береді және бірте-бірте жылу жылдамдығына дейін баяулайды. Реактордың өзегі қызып жатыр. Ядролық реакцияның қарқындылығын арттыру арқылы үлкен жылу қуаттарына қол жеткізуге болады.
Реакторда пайда болған жылу сұйық немесе газ тәрізді салқындатқыштың көмегімен жойылады. Жалпы алғанда, салқындатқыш реактор бу түтігі қазандығына ұқсайды (су пештің ішіндегі құбырлар арқылы ағып, қызады). Сондықтан «ядролық реактор» ұғымымен қатар «ядролық қазандық» синонимі жиі қолданылады.
Суретте. 144-суретте 1-реактордағы атом электр станциясының диаграммасы көрсетілген. Жұмыс істеп тұрған реактор ішіндегі нейтрон ағынының тығыздығы секундына 1 см 2 сайын 10 14 бөлшекке жетеді.
Реактордың жылулық және электрлік қуаты арасында айырмашылық бар. Электр қуаты жылу қуатының 30% аспайды. Әлемдегі бірінші атом электр станциясы 1954 жылы КСРО-да Обнинск қаласында салынған. Оның жылу қуаты – 30 МВт, электр қуаты – 5 МВт. Уран-графитті баяу нейтронды реактордың белсенді аймағы диаметрі 1,5 м және биіктігі 1,7 м цилиндр тәрізді.Салқындатқыш су болып табылады. Реактордың кірісіндегі судың температурасы + 190 ° C, шығысында + 280 ° C, қысымы 100 атм.
Реактордың жүктемесі 5%-ға дейін байытылған уранның 550 кг құрайды. Номиналды қуатта жұмыс істеу ұзақтығы 100 күн. U-235 конструкциясының күйіп қалуы 15% құрайды. Реакторда 128 отын элементтері (отын элементтері) бар. Обнинск АЭС-і атом энергетикасының технологиялық шешімдерін әзірлеу мақсатында салынған. Кейінгі сериялық атом электр станцияларында реакторлардың жүктемесі мен қуаты жүздеген есе артады.
2. Баяу нейтронды ядролық реактор.§21-де айтылғандай, ядролық реакторларды дамытудағы негізгі міндет реактордың табиғи уранмен жұмыс істей алатындығы болды, яғни. рудалардан химиялық жолмен алынған және құрамында изотоптардың табиғи қоспасы бар: U-238 (99,282%), U-235 (0,712%), U-234 (0,006%) немесе құрамында изотоптары бар салыстырмалы түрде арзан төмен байытылған уранда болып табылады U-235 немесе Pu-239 2-5% дейін өсті.
Ол үшін үш шарт орындалуы керек: біріншіден, реактордағы (U-235 немесе Pu-239) бөлінетін материалдың массасы оның берілген конфигурациясы үшін критикалық деңгейден кем болмауы керек. Бұл орта есеппен әрбір ядролық бөліну оқиғасында өндірілген саннан бір нейтрон келесі бөліну оқиғасын тудыруы мүмкін дегенді білдіреді. Екіншіден, нейтрондарды жылу жылдамдығына дейін баяулату керек және бұл бөлінбейтін материалдардың ядроларымен радиацияны ұстаудан олардың жоғалуын барынша азайтатындай етіп жасалуы керек. Үшіншіден, ядролық тізбекті реакцияны басқарудың принциптерін және құралдарын жасау. Осы жағдайлардың барлығы өзара байланысты болғанымен, олардың әрқайсысы үшін оларды жүзеге асырудың негізгі жолдарын анықтауға болады.
А. Бөлінетін материалдың сыни массасына қол жеткізу екі жолмен мүмкін: жай ғана уран массасын арттыру және уранды байыту. Бөлінетін материалдың концентрациясы төмен болғандықтан, оның реактордағы критикалық массасы атом бомбасына қарағанда әлдеқайда көп. Мысалы, Обнинск АЭС-де /м кр U-235 шамамен 25 кг құрайды. Қазіргі заманғы жоғары қуатты реакторларда m cr бірнеше тоннаға жетеді. Реактордан нейтрондардың ағуынан болатын шығындарды азайту үшін оның өзегі нейтронды шағылдырғышпен қоршалған. Бұл нейтрондарды (графит, бериллий) әлсіз сіңіретін жеңіл ядролары бар зат.
б. Нейтронды модерация. 145-суретте U-235 бөлінетін ядролары шығаратын нейтрондардың энергетикалық спектрі көрсетілген. Абсцисса осі нейтрондардың Е кинетикалық энергиясын, ал ордината осі мұндай энергияның шартты бірліктерде қайталануының салыстырмалы жиілігін ΔN/N көрсетеді. Е = 0,645 МэВ кезінде қисық максимумға ие. Суретте U-235 ядроларының ыдырауы энергиясы E > 1 МэВ басым жылдам нейтрондар түзетінін көрсетеді.
Бұрын айтылғандай, U-235 ядроларымен нейтрондарды ұстаудың тиімді қимасы жылулық нейтрондар үшін максималды болады, бұл кезде олардың энергиясы Е.< 1 Мэв. Поэтому для наиболее эффективного использования нейтронов их надо замедлять до тепловых скоростей. Казалось бы, это можно сделать простым наращиванием массы естественного урана. В этом случае нейтроны, последовательно сталкиваясь с ядрами урана, должны постепенно уменьшать свою энергию и приходить к тепловому равновесию с массой урана. Но в естественном уране на 1 ядро U-235 приходиться 140 ядер U-238. Сечение радиационного захвата быстрых нейтронов ядрами U-238 невелико (σ=0,3 барна), и этот путь был бы возможен, если бы не резонансная область (см. рис.139), где σ возрастает в тысячи раз. Например, при энергии нейтронов E=7эВ σ достигает 5000 барн. Нейтроны этот диапазон энергий в уране не пройдут. Они почти все будут захвачены ядрами U-238
Мұндай сіңірудің алдын алу үшін нейтрондарды уран массасынан алып тастау керек, нейтрондарды әлсіз сіңіретін модераторда (графит, ауыр су, бериллий) баяулатып, қайтадан уран массасына (диффузды) қайтару керек.Оған уранды тиеу арқылы қол жеткізіледі. отын элементтерінің жұқа түтіктеріне (отын штангалары) . Ал жанармай штангалары модератор арналарына батырылады.
Әдетте, жанармай штангалары цирконий қорытпасынан жасалған диаметрі 15-20 мм болатын жұқа қабырғалы түтіктер болып табылады. Ядролық отын U0 2 уран оксидінен сығылған таблеткалар түрінде жанармай штангаларының ішіне орналастырылады. Оксид жоғары температурада агломерацияланбайды және жанармай өзектерін қайта зарядтау кезінде оңай жойылады. Реактор өзегінің көлеміне байланысты отын штангаларының ұзындығы 7-8 м жетуі мүмкін.Бірнеше отын штангалары контейнерлерге орнатылады, олар диаметрі 10-20 см құбырлар немесе призмалар болып табылады. Реакторларды қайта зарядтау кезінде бұл ыдыстар ауыстырылады, ал оларды бөлшектеу және отын штангаларын ауыстыру зауытта жүргізіледі.
Реактордың өзі көбінесе цилиндр болып табылады, оның жоғарғы негізі арқылы шахмат үлгісінде тік арналар жасалады. Бұл арналарда жанармай шыбықтары мен абсорберді басқару штангалары бар ыдыстар орналастырылған.
В. Ядролық тізбекті реакцияны басқарукадмий 48 113 Cd және бор 5 10 В - күшті нейтрондарды жұтып материалдардан жасалған таяқшаларды пайдалана отырып жүзеге асырылады. Соңғысы жиі карбид В 4 С (кадмий үшін балқу температурасы 321 ° C, бор үшін 2075 ° C) түрінде болады. Олардың сіңіру қималары сәйкесінше σ = 20 000 және 4 000 сарай. Абсорберлік өзекшелердің параметрлері өзекшелер толығымен салынған кезде реакторда міндетті түрде ядролық реакция болмайтындай етіп есептеледі. Шыбықтарды бірте-бірте алып тастау кезінде өзектегі көбейту коэффициенті K артады және стерженнің белгілі бір орнында бірлікке жетеді. Осы кезде реактор жұмыс істей бастайды. Жұмыс кезінде реактордың бөліну фрагменттерімен ластануына байланысты К коэффициенті біртіндеп төмендейді. К-нің бұл төмендеуі өзекшелердің ұзаруымен өтеледі. Реакция қарқындылығы кенет артқан жағдайда қосымша таяқшалар пайда болады. Олардың өзекке тез түсуі реакцияны бірден тоқтатады.
Реакторды басқару кешіктірілген нейтрондардың болуымен жеңілдетіледі. Әр түрлі изотоптар үшін олардың үлесі 0,6-дан 0,8%-ға дейін, U-235 үшін шамамен 0,64% құрайды. Кешіктірілген нейтрондарды түзетін бөліну фрагменттерінің орташа жартылай ыдырау периоды Т = 9 с, кешіктірілген нейтрондардың бір ұрпақтарының орташа өмір сүру уақыты τ = T/ln2 = 13 с.
Реактордың стационарлық жұмысы кезінде жылдам нейтрондардың көбейту коэффициенті K b = 1. Жалпы коэффициент K = K b + K бірліктен кешіктірілген нейтрондардың үлесімен ерекшеленеді және K = 1 + 0,006 жетуі мүмкін. Екінші ұрпақта 13 секундтан кейін нейтрондар саны N = N 0 K 2 = N 0 (1,006)2 = 1,012MN 0 болады. Оныншы ұрпақта 130 секундтан кейін олардың саны N 0 K 10 = 1,062 MN 0 болады, бұл әлі де төтенше жағдайдан алыс. Сондықтан ядродағы нейтрондар ағынының тығыздығын бақылауға негізделген автоматты басқару жүйесі реактор жұмысындағы ең кішкентай нюанстарды бақылауға және басқару шыбықтарын жылжыту арқылы оларға жауап беруге әбден қабілетті.
3. Реактордың улануы- бұл ондағы радиоактивті өнімдердің жиналуы. Онда тұрақты өнімдердің жиналуы реактордың қождануы деп аталады. Екі жағдайда да ядролар жинақталады, нейтрондарды қарқынды сіңіреді. Ең қуатты ксенон-135 уландырғышының басып алу қимасы 2,6 * 10 6 сарайға жетеді.
Xe-135 түзілу механизмі келесідей. U-235 немесе Pu-239 баяу нейтрондармен бөлінгенде, ықтималдығы 6%, фрагмент алынады - 52,135 Те теллур ядросы. 0,5 минуттық кезеңде Те-135 β - ыдырауға ұшырап, йод I изотопының ядросына айналады. Бұл изотоп сонымен қатар 6,7 сағат периодпен β - белсенді. I-135 ыдырау өнімі 54 135 Xe ксенон изотопы болып табылады. Т = 9,2 сағат периодында Xe-135 β - ыдырауға ұшырап, іс жүзінде тұрақты 55 135 Цз цезий изотопына айналады. (/T= 3*10 6 жыл).
Басқа ыдырау үлгілері басқа зиянды ядроларды шығарады, мысалы, самариум 62,139 Sm. Улану әсіресе реактор жұмысының бастапқы кезеңінде тез жүреді. Уақыт өте келе ыдырау өнімдері арасында радиоактивті тепе-теңдік орнайды. Осы сәттен бастап реактордың шлактары арта бастайды.
Бөлінетін материал (уран), модератор (графит) және сіңіргіш (кадмий) жеке фазалар болып табылатын және интерфейстері бар реактор гетерогенді деп аталады. Егер сұйық немесе газ тәрізді күйдегі осы элементтердің барлығы бір ортақ фазаны көрсетсе, реактор біртекті деп аталады. Энергетикалық тізбектер үшін тек гетерогенді реакторлар салынған.
5. Жылдам нейтронды реакторлар. U-235, Pu-239 және U-233 ядролары барлық нейтрондармен бөлінген. Сондықтан, егер сіз уранды байытуды, мысалы, U-235 изотопымен арттырсаңыз, онда бөлінетін ядролардың концентрациясының жоғарылауына байланысты нейтрондардың көбірек үлесі уран массасын қалдырмай U-235 ядроларын ыдыратады. . Бөлінетін ядролардың белгілі бір концентрациясында және ядродағы жеткілікті уран массасы кезінде нейтронды көбейту коэффициенті оларды модерацияламай-ақ бірлікке жетеді. Реактор жылдам нейтрондарда жұмыс істейді (қысқартылған жылдам реакция).
Жылдам реакцияның баяу реакциядан (яғни баяу нейтрондармен реакциядан) артықшылығы нейтрондардың тиімдірек қолданылуында. Нәтижесінде ядролық отынның ұдайы өндірісі артады. 2,5 нейтроннан тұратын баяу реакцияда 1-і реакцияны сақтай отырып, U-235 ядросына түседі, шамамен 1-і U-238 ядросына түседі, содан кейін Пу-239 (ядролық отын) түзеді және 0,5 нейтрон жоғалады. «Күйген» U-235 бір өзегі шамамен 1 Pu-239 ядросын шығарады. Жылдам реакцияда 2,5 нейтронның 1-і реакцияны сақтау үшін де қолданылады. Бірақ 0,5 нейтроннан аз жоғалады. Сондықтан U-238 ядроларына нейтрондар көбірек түседі. Нәтижесінде «күйген» U-235 бір өзегінде 1-ден астам Pu-239 ядросы түзіледі. Ядролық отынды кеңейтілген өндіру жүзеге асырылуда. Жылдам нейтронды реакторларды құру және пайдалану баяу нейтронды реакторларға қарағанда қиынырақ. Біріншіден, белсенді аймақтың көлемі күрт төмендейді. Бұл температураның жоғарылауына әкелетін энергияның тығыздығын арттырады және құрылымдық материалдар мен салқындатқышқа қойылатын талаптарды күшейтеді. Екіншіден, реакторларды басқару жүйесіне, яғни басқару жүйесі орындайтын операциялардың жылдамдығына қойылатын талаптар артып келеді.
6. Атом энергетикасының келешегі.Бүгінгі таңда қалыпты жұмыс істейтін атом электр станциялары барлық энергия көздерінің ішіндегі ең тазасы болып табылады. Олар жылу станциялары сияқты С0 2 және S0 2 шығармайды, сондықтан парниктік әсерді күшейтпейді және су электр станциялары сияқты егістік жерлерді сумен толтырмайды. U-238-ді Пу-239-ға және Тх-232-ні U-233-ке өңдеу мүмкіндігін ескере отырып, оңай қолжетімді ядролық отынның қоры жүздеген жылдарға жетеді. Атом электр станцияларын пайдалану химия өнеркәсібі үшін мұнай, газ және көмірді үнемдеуге мүмкіндік береді. АЭС паркін кеңейтудің екі қиындығы бар. Біреуі объективті, оның мәні ядролық отын мен реактордың қызмет ету мерзімін өткізген құрылымдық элементтердің қалдықтарын кәдеге жарату және кәдеге жарату мәселелерінің толық шешілмегендігінде.
Екінші қиындық субъективті. Жылу және су электр станцияларымен салыстырғанда, атом электр станцияларына қызмет көрсету жоғары техникалық мәдениетті талап етеді және адамға орасан зор жауапкершілік жүктейді. Технологиялық тәртіптен сәл ғана ауытқу мыңдаған адамдар үшін қайғылы жағдайға әкелуі мүмкін.
7. Біріктіру. Меншікті байланыс энергиясының таралу қисығынан жеңіл ядролардың бір ядроға қосылуы ауыр ядролардың ыдырауы сияқты орасан зор энергияның бөлінуімен қатар жүруі керек екендігі шығады. Барлық ядролар бірдей оң зарядты алып жүреді. Оларды синтез басталатын қашықтыққа жақындату үшін өзара әрекеттесетін екі ядроны бір-біріне қарай жеделдету керек. Мұны екі жолмен жасауға болады. Біріншіден, үдеткіштердің көмегімен. Бұл жол ауыр және тиімсіз. Екіншіден, газды қажетті температураға дейін қыздыру. Сондықтан жеңіл ядролардың газды қыздыру арқылы басталатын синтез реакциялары термоядролық реакциялар деп аталады. Дейтерий + дейтерийдің термоядролық синтезі басталатын дейтерий газының температурасын есептейік. 1 2 H+ 1 2 H→ 2 3 He + 0 1 n + 3,27 МэВ.
Ядроларды біріктіру үшін оларды r = 2*10 -15 м қашықтықта біріктіру керек.Мұндай жақындау кезіндегі потенциалдық энергия жүйедегі екі ядроның да кинетикалық энергиясына тең болуы керек.
масса центрі (1/4πε 0)*(e 2 /r) = 2*(mυ 2 /2) = 2*(3/2)* кТ. Газ температурасы T=(1/3K)*(1/4πε 0)*(e 2 /r)=3*10 9 K. Бөлшектердің энергиясының таралуы Максвеллге жақын. Сондықтан әрқашан «ыстық» бөлшектер болады, сонымен қатар туннельдік әсерге байланысты синтез реакциясы T ≈ 10 7 К төмен температурада басталады.
Реакциядан басқа, тағы екеуі ерекше қызығушылық тудырады: дейтерий + дейтерий және дейтерий + тритий. 2 1 H + 1 2 H+ 1 2 p + 4,03 МэВ. (22,3) және 1 2 H + 1 3 H → 2 4 He + 0 1 n +17,59 МэВ. (22.4)
Соңғы реакция U-235 бөлінуіне қарағанда масса бірлігіне шамамен 5 есе көп энергия бөледі. Бұл энергия нейтрондар қозғалысының кинетикалық энергиясы және одан пайда болатын гелий ядролары болып табылады. Жер бетіндегі жағдайларда термоядролық сутегі бомбасының бақыланбайтын жарылысы түріндегі ядролық синтез реакциясын жүзеге асыру мүмкін болды.
8. Сутегі бомбасыкәдімгі атом бомбасы, оның ядролық заряды (U-235 немесе Pu-239) жеңіл атомдары бар заттың жамылғысымен қоршалған. Мысалы, литий дейтериді LiD. Атом заряды жарылған кезде пайда болатын жоғары температура жеңіл атомдардың термоядролық синтезін бастайды. Бұл бомбаның қуатын арттыра отырып, қосымша энергияны шығарады. (22.1) және (22.3) реакцияларынан басқа, литий дейтериді жамылғысы бар бомбада тағы бір реакция болуы мүмкін. 3 6 Li+ 1 1 p→ 2 4 He + 2 3 He + 4 МэВ. (22.5). (22.4). Бірақ тритий β - белсенді элемент. 12 жылдық кезеңмен ол He-3-ке айналады. Сондықтан тритий қосылған сутегі зарядтарының жарамдылық мерзімі шектеулі және оларды үнемі сынау керек. Термоядролық синтезге қатысатын заттар радиоактивті өнім шығармайды. Бірақ қарқынды нейтрондық ағынның арқасында құрылымдық материалдардың ядроларында және қоршаған денелерде радиоактивтілік индукцияланады. Сондықтан радиоактивті қалдықтарсыз «таза» синтез реакциясын жүзеге асыру мүмкін емес.
9. Басқарылатын термоядролық синтез мәселесі (U HS)әлі шешілген жоқ. Оның шешімі энергетика саласы үшін өте перспективалы. Теңіздер мен мұхиттардың суында шамамен 0,015% дейтерий бар (атомдар саны бойынша). Жер бетінде шамамен 10-20 кг су бар. Егер сіз осы судан дейтерийді алсаңыз, онда одан алуға болатын энергия 6*10 18 К)" тонна көмірге тең, бұл орасан зор мөлшер (шамамен 0,001 Жер массасы). Демек, дейтерий теңіздерде және мұхиттар энергияның іс жүзінде сарқылмайтын көзі болып табылады.
КТС мәселесі екі тапсырмаға келіп тіреледі.Біріншіден, шектеулі көлемде T>107K жоғары температураны құруды үйрену керек.Екіншіден, осы температураға дейін өңделген плазманың көлемін ядролық энергия үшін жеткілікті уақыт ішінде сақтау. синтез реакциясы пайда болады. Бұл екі мәселе де шешімін табудан алыс.
10. Жұлдыздардағы термоядролық реакциялар.Заманауи түсініктерге сәйкес, жұлдыз негізінен сутектен тұратын ұзартылған газ және шаң бұлттарынан туады. Гравитациялық сығылу нәтижесінде бұлт тығызырақ болып, протожұлдызға айнала бастайды. Протожұлдыздың центріндегі температура 10 7 К-ге жеткенде, онда жеңіл элементтердің, негізінен сутегінің синтезінің термоядролық реакциялары қозғалады.Гравитациялық сығылу газ-кинетикалық және оптикалық қысымның жоғарылауымен тоқтатылады. Протожұлдыз жұлдызға айналады. Сутекті гелийге айналдырудың екі мүмкін циклі бар. Әрбір циклді құрайтын негізгі реакциялар төменде келтірілген. Реакция теңдеулерінің жанындағы жақшада τ орташа реакция уақыты көрсетілген, ол жұлдыздың ішінде болатын қысымдар мен температуралар үшін әсерлі реакция қимасы арқылы есептелген.
Жүктелуде...
