Участник:Llaw Gyffez

Прикидки на страницу: термоядерный / плазменный реактор

Фактология:

Термоядерный реактор = реактор на синтезе, в отличие от ядерного реактора на распаде. Преимущества: в первую очередь, топливо само по себе не радиоактивно. Недостатки: топливо нетривиально, местами предполагающее натуральный хренполучий, производство которого не окупает выгоду от реакции, часть реакций фонит, причём фонит нейтронами, которые плохо ловятся.

Сложность реакции обычно определяется по критерию nTτ - произведение плотности на температуру и на время удержания, необходимое, чтобы реакция произошла.

Но главное даже не это. Реагирующие вещества нужно разогреть до такой температуры, что они превращаются в плазму, удержать которую можно разве что в магнитном поле - причём это самое поле будет во взаимодействии с плазмой постоянно меняться, так что управлять им до недавнего времени не получалось - не хватало вычислительных мощностей. Советские рекорды непрерывного удержания плазменного шнура составляли, кажется, доли секунды, про современное состояние, увы, ничего сказать не могу, нужно гуглить отдельно.

Стандартные реакции, работающие в выкладках ученых и лабораториях:

Дейтерий + тритий: (2/1)H + (3/1)H -> He + n + 17.6 МэВ (с одной пары ядер. Для справки: при распаде ядра урана-238 выделяется порядка 4.3 МэВ). Недостатки: тритий = хренполучий (в природе не встречается, а генерить его в ядрёном реакторе - значит, гонять помянутый ядреный реактор), вылетающие высокоэнергетичные нейтроны - звездец на тонких ножках, чтобы извлечь из них эту самую энергию, нужно сильно извратиться.

Дейтерий + гелий-3: (2/1)H + (3/2)He -> He + p + 18.4 МэВ. Недостатки: гелий-3 - ещё более хренполучий, чем тритий, хотя его, скорее всего, завались в лунном реголите; сама реакция крайне сложна по условиям (по критерию nTτ - где-то в 100 раз сложнее предыдущей).

Ещё более сложной является реакция между двумя ядрами дейтерия, причём в среде дейтерия при достижении нужных условий начинают происходить сразу несколько типов реакций, окончательным итогом которых оказывается гелий и большое количество жесткого излучения (превращать которое в энергию мы, вроде как, научились более-менее неплохо).

Кроме этого, экспериментально воспроизведены несколько реакций с участием лития-6, тоже весьма редкого и дорогого материала.

Наконец, водород-водородные реакции, как на Солнце. Отличаются потрясающе низкой энергоэффективностью (для тех, кто не знал: человеческое тело производит на несколько порядков больше тепла, чем кусок Солнца такого же размера), и требовательностью к условиям.

Ещё недостатки

Удаление из зоны реакции продуктов реакции. Поскольку как реагенты, так и продукты реакции - плазма, выделить из неё всего лишь вдвое более тяжелые ядра (в лучшем случае, при дейтерий-дейтериевой реакции; в случае же литиевого реактора продукты находятся ровно посередине между реагентами) - задачка не для слабых духом. Учитывая, что эти самые "вдвое более тяжёлые ядра" во всех работающих сейчас реакциях - ещё и инертный газ гелий, задачка превращается в близкую к нереальной. В итоге вместо топливного стержня, который после работы можно просто вытащить, в термоядерном реакторе содержимое рабочей зоны потребуется извлекать целиком и тащить на завод, где разделят ещё не прореагировавших агнцев от инертных и никуда уже не собирающихся козлищ.

Размеры реактора. Если на спутник можно засадить небольшой тепловой реактор на десятке килограммов плутония-238, который будет давать свои двести ватт годами, термоядерный реактор громоздок, создания бешеного давления, высокой температуры поджига, а затем улавливания и переработки огромного же количества тепла. В итоге станция размером с обычную АЭС - нормально, а вот маленький термоядерный реактор - из области далёкой фантастики.

Преимущества

Синтезировать что-то из водорода, уловившего от Солнца лишний нейтрон - заманчиво. Водорода в океане дохрена, годный рано или поздно найдётся (даже вон нацистам удавалось, пока английские коммандос им завод не раздолбали). Ну а немного водорода можно нагрести даже в межзвездном пространстве.

Масса топлива. Удельная энергоёмкость килограмма дейтерия в стопятьсот раз выше, чем килограмма урана. То, что при этом плотности тоже разные, а удержать килограмм водорода сильно сложнее, чем килограмм урана - вопрос, обычно проходящий мимо ушей фантастов (есть у водорода такая проблема: он способен просачиваться сквозь стенки даже металлических сосудов. Да, его молекулы настолько маленькие; это один из основных тормозов водородных элементов для автомобилей).