2 августа 2026 года в Вестях на канале «Россия 1» показали интервью директора Юго-Западного института физики при CNNC в Чэнду. После того, как они создала плазменный ток силой более 1 млн ампер и смогли удержать его 1056 секунд (17,6 минуты) при температуре 70 млн °C, он заявил, что через 30 лет будет у них термоядерный реактор, т.е. надеется получить практически неограниченный источник энергии уже к началу 2030-х.
«Реактор HL-2A в Юго-Западном институте физики при CNNC в Чэнду отработал в заданном режиме удержания, позволяющем добиться заметного роста температуры и плотности плазмы», — заявили в корпорации[1]. Причём, температура плазмы превысила температуру на Солнце[2] в 4,45 раза = 70*106 / 15,7*106 . Кроме того есть вопросы: ИЗ[2]: - «В сердце Солнца бушует термоядерный котел, но настоящая загадка скрывается в атмосфере звезды. Температура Солнца меняется от 15,7 миллионов градусов Цельсия в ядре до относительно «прохладных» 5500 градусов на поверхности (фотосфере), а затем снова возрастает до 1-2 миллионов в короне — внешнем слое атмосферы. Температура Солнца во внешней короне вопреки всем законам термодинамики раскалена до миллионов градусов, и в сотни раз горячее поверхности. Этот парадокс десятилетиями ставил ученых в тупик».
В отношении Китая у меня создаётся такое внутреннее чувство, что в конечном эксперименте они попросту получат чисто термоядерный взрыв, без подогрева и запала ядерным взрывом, как это сделано в термоядерной бомбе[3]. И никакая автоматика защиты не сможет подавить эту мгновенную реакцию синтеза, да и вообще на реакторе HL-2A такой системы защиты нет. В сегодняшних параметрах плазмы реакция синтеза сама себя не поддерживает и поэтому она затухает. Посмотрим, чем все эти опыты закончатся. Возможно, это будет впервые в Мире чистый термоядерный взрыв без ядерного запала и «свечи» из урана или плутония [3], на торце которой со стороны ядерного заряда устанавливался защитный экран от нейтронов. При взрыве ядерного заряда «Свеча» полностью испарялась, и нейтроны осуществляли деление ядер урана (или плутония) уже в состоянии газа вдоль испарившейся «свечи», а осколки деления напрямую попадали на испаряющиеся термоядерное топливо. Все эти процессы происходили за доли секунды в стальном корпусе с толщиной стенок 10-12 дюймов.
Андрей Сахаров в Советском Союзе, по-видимому, независимо придумал такую конструкцию, которую он назвал "третьей идеей"[3].
Даже если получится плавно увеличивать и уменьшать мощность термоядерной реакции в реакторе HL-2A , всё равно существуют проблемы эту мощность передать на известную схему пароводяного цикла (генерация водяного пара + паровая турбина + электрогенератор) для получения электроэнергии. Проблемы в том, что 70% энергии от термоядерной реакции мы получим в виде излучения, а остальное энергией быстрых нейтронов. Стоимость электроэнергии будет заведомо больше стоимости электроэнергии от любой АЭС[4], и намного дороже от ТЭС, от сжигания газа, мазута или угля.
Я предлагаю производить синтез не во всем объёме плазменного шнура, а делать отдельные локальные реакции, т.н. микрореакции синтеза (МРС) за счет локального воздействия на смесь D + T осколками деления урана 235 внутри шаровых твэлов, расположенных равномерно в объёме активной зоны реактора. Съём тепла от шаровых твэлов известен, нормально работает. Плавное увеличение и уменьшение мощности термоядерного синтеза будет происходить, за счет плавного выделения осколков деления, т.е. плавным изменением количества делений урана235 в 1 сек, что мы уже научились делать за счет запаздывающих нейтронов в простых атомных реакторах.
Идеи синтеза D + T является наиболее выгодной для создания установки, вырабатывающей электроэнергию. Вероятность того, что два ядра вступят во взаимодействие, характеризуется «сечением реакции», измеряемом в барнах (1 б = 10–24 см2). Пока не буду раскрывать результаты экспериментов по синтезу легких ядер осколками деления тяжелых ядер, поскольку надо ещё всё тщательно взвесить и получить разрешение. Тем не менее, если это явление синтеза осколками применить как гипотезу, то получим более выгодное и простое, реализуемое техническое решение генерации электроэнергии.
На рис. 1 схематично показано действие осколка на смесь D + T в герметичной капсуле шарового твэла. Осколки разлетятся с огромной скоростью — около 1/30 скорости света. Они и уносят б´ольшую часть высвобождающейся энергии (около 170МэВ из 200) [5, Яковлев И.В.]. Перед осколком формируется фронт давления, который сжимает атомы D и T в смеси и одновременно происходит её нагрев до высокой температуры, что собственно и нужно для реакции синтеза дейтерия и трития.
Теперь рассмотрим, какая должна быть структура смеси, заполняющая герметичную капсулу шарового твэла, чтобы все реакции и синтеза, и деления урана вместе не создавали бы большой нейтронный поток по радиусу и высоте активной зоны.
На рис. 2 показан шаровой твэл с «начинкой» для реакций синтеза и деления. Определим какая должна быть «начинка». Осколки деления, являясь достаточно тяжелыми ядрами (чаще всего Z = 40 – 50, A = 80 – 150), быстро замедляются в веществе за счет торможения при кулоновском взаимодействии с ядрами и электронами вещества (ядерного топлива). Длина пробега осколков деления составляет: 5–7 мкм в металлическом уране, 10 мкм в алюминии, 20 мм в воздухе (1мкм=10-6 м=10-3 мм). Можно предположить, что длина пробега в газовой смеси D + T будет соизмерима с пробегом в воздухе, т.е. 20 мм. В конце пути торможения осколки превращаются в нейтральные атомы, которые принято называть продуктами деления. Следовательно, чтобы осколок вылетел из частицы металлического урана, диаметр (или радиус) этой частицы должен быть не больше 5-7 мкм. Таким образом, в «начинку» мы должны вложить частицы урана, требуемого размера, и всё это пропитать газообразной смесью D + T под большим давлением, чтобы плотность газовой смеси была максимально возможной. Нейтроны больших энергий от реакций деления урана и слияния D + T будут замедляться дейтерием, который является очень хорошим замедлителем, как и тяжёлая вода. Поскольку реакции синтеза и деления являются случайными процессами, т.е. описываются в математике случайными функциями в зависимости от энергии нейтрона сечениями деления и сечением слияния легких ядер, то фактическое количество реакций будет меньше. Поскольку некоторые нейтроны могут быть потеряны, а некоторые осколки не создадут условий синтеза. Мы же, посчитаем выделение энергии по максимуму, а именно, будем считать, что один нейтрон произвел деление ядра, при котором выделилось 200 МэВ энергии, и два осколка от этого деления произвели две реакции синтеза D + T, от которых выделилось 17,6 + 17,6 МэВ энергии.
Из соображений технологичности изготовления шарового твэла его «начинку» можно изготовить из урановой проволоки толщиной 7 мкм, свёрнутой в клубок диаметром внутреннего размера герметичной капсулы. Это как вариант. Но будут проблемы с застойной газовой зоной D + T, в которой даже излучение/переизлучение не будет возможно работать для отвода тепла.
Что касается всей активной зоны ядерно-термоядерного реактора, то температура ионномодифицированного теплоносителя в цикле Брайтона S-CO2, direct cycle не должна превышать 1000 0С, поскольку при этой температуре достигается уже к.п.д. 60%, см. рис. 3, отмечено красным крестом. Больше температура попросту не требуется. На практике обычно держат температуру 850 0С, чтобы получить к.п.д. 50%. С одного шарового твэла мы сможем снять без труда мощность 50 Вт. Следовательно, в твэле должно выделяться тепла не более 50 Дж/сек.
Суммарная энергия, выделяющаяся в одном акте деления ядра урана, составляет
QU ≈ 200 МэВ = 32·10-12 Дж.
Суммарная энергия, выделяющаяся в двух актах синтеза D+T двумя осколками, составит
QDT ≈ 35,2 МэВ = 5,632*10-12 Дж.
В сумме 37,632*10-12 Дж. Тогда в шаровом твэле в секунду должно происходить актов реакций не более (50 Дж/с) / (37,632*10-12 Дж) = 1,32*1012 Дел /сек. Т.е. и нейтронный поток в активной зоне должен соответствовать этой величине. С учетом площади сечения герметичной капсулы шарового твэла порядка 1 см2 средней поток нейтронов должен составлять около 1012 нейтрон/см2*сек , что ниже чем в критической активной зоне таких же размеров с одним только ураном. Т.е. у нас активная зона получилась подкритичной, и требует впрыск нейтронов для поддержания реакций деления урана и выхода на требуемую мощность.
Теперь можно посчитать стоимость энергии.
Стоимости даны приблизительные по состоянию на 2016 год. Курс принят 1$ = 100 руб.
1). Стоимость 1 г урана 235 обогащения 90% составляет 2400 руб./г. Источник [6].
2). Литий металлический технический 99%. Базовая цена 14.12.2016 8,582 руб./г
(/magazin/folder/po-elementu-osnovnomu-veshchestvu), источник SMM.
3). Допустим, стоимость дейтерия - 400 долларов за килограмм или 0,4 $/г = 40 руб./г. [7].
Стоимость H Водород 1 754,00 руб./кг = 1,754 руб./г 01.03.2013. Источник Praxair
1). 1 г урана содержит 1*6,02*10+23 /235 = 2,56*10+21 атомов.
2). 1 г лития содержит 1*6,02*10+23/6,94 = 0,867*10+23 атомов.
3). 1 г дейтерия содержит 1*6,02*10+23/2 = 3,01*10 +23 атомов.
Стоимость 1-го атома урана235(2400 руб./г) / 2,56*10+21 = 937,5*10-21 руб./атом
Деление 1-го атома выделяет 200 МэВ = 3.11*10-11 Дж (1 Дж = 1 ватт*сек), тогда
стоимость 1 Дж =937,5*10-21 / 3.11*10-11= 301,45*10-10 руб./Дж
Стоимость 1-го атома лития-6 (8,582 руб./г) / 0,867*10+23 =9,8985*10-23 руб./атом
Один атом лития преобразуется в один атом трития, следовательно, 1 атом трития стоит
столько же 9,8985*10-23 руб./атом.
Стоимость 1-го атома дейтерия (40 руб./г) / 3,01*10 +23 =13,289*10-23руб./атом
Тогда стоимость17,6 МэВ = 0,27368*10-11 Дж будет равна стоимость лития + стоимость дейтерия (водорода тяжелого): (9,8985*10-23 + 13,289*10-23) = 23,188*10-23 руб., и далее,
стоимость 1 Дж будет равна (23,188*10-23 / 0,27368*10-11 ) = 84,7250*10-12 руб./Дж=
= 0,84725*10-10 руб./Дж
Таким образом, энергия в размере 1 Дж от синтеза дешевле энергии от деления урана
в (301,45*10-10/0,84725*10-10) =355,8 раза. Впечатляюще, правда?
Теперь определим, какое количество энергии в активной зоне реактора будет получаться от деления урана и от синтеза на один нейтрон. От урана получим 200 МэВ, далее 2 осколка дадут 2 синтеза 17,6+17,6= 35,2 МэВ. Вместе дадут 235,2 МэВ. Из чего следует, что деление урана дает 200/235,2 = 0,85 или 85 % энергии, а синтез дает 35,2/235,2 = 0,15 или 15% энергии.
А для реактора в целом 15% по цене 0,84725*10-10 руб./Дж и 85% по цене 301,45*10-10 руб./Дж получим (0,15*0,84725*10-10+ 0,85*301,45*10-10)/1*301,45*10-10 = 0,8504 раза дешевле от использования в реакторе только одного урана.
Из чего следует что, энергия от ядерно-термоядерного реактора будет в сумме гораздо дешевле, даже если от синтеза будем получать меньше 15% энергии от всей энергии реактора, а остальное получим за счет деления урана.
ВЫВОД: Энергия от синтеза удешевляет получение энергии в ядерно-термоядерном реакторе Виноградова, и конструкция реактора для выработки электроэнергии получается во много раз проще ТОКАМАКа и ИТЕРа, и соответственно, на много дешевле.
Лозунг: - «Электричество сделать товаром, чем больше покупают его, тем оно дешевле для покупателя», может быть реализован в конце 21-го века.
Что касается конструкции активной зоны ядерно-термоядерного реактора, то она такая же, как и в случае подкритичного реактора, см. [8, рис.1 Размещение генераторов нейтронов в подкритичной зоне микро - АЭС], только вот активная зона окружена дополнительно графитовым замедлителем нейтронов.
Ожидается, что при расчетах теплосъёма с шарового твэла с «начинкой» обнаружится большая неравномерность температуры по наружной поверхности герметичной оболочки. Надо думать, как её сгладить, возможно, за счет увеличения теплопроводности «начинки», но чем это сделать. Вопрос.
Заключение
А нужны ли нам термоядерные реакторы вообще? Однако, сегодня, в начале 21-го века, нет особой надобности создавать такие реакторы, о чём подробно изложил 25.07.2021 Александр Березин в своей статье «Илон Маск прав: термояд не нужен. Будущее, которого у нас не будет» [4].
«До массовой термоядерной энергетики 30 лет — и всегда будет 30 лет».
ЛИТЕРАТУРА
1. Китай создал «искусственное Солнце»_ почему это важно, какие успехи в РФ.pdf
2. Какая температура на Солнце_ сколько градусов на поверхности и в ядре в Цельсиях и.pdf
3. Термоядерная бомба_ устройство. Первая термоядерная бомба. Испытание термоядерной .pdf
4. Илон Маск прав_ термояд не нужен. Будущее, которого у нас не будет.pdf
Авт. Александр Березин, 25.07.2021.
5. Яковлев И.В. Материалы по физике MathUs.ru. Ядерные реакции.pdf
6. Сколько стоит оружейный уран_.pdf
7. Допустим, стоимость дейтерия - 400 долларов за килограмм. Впрочем,…_ suvorow_ — ЖЖ.pdf
8. Эволюция конструкторской мысли Виноградова при создании микро-АЭС. Часть 3.pdf, https://aftershock.news/?q=node/1618890
Поиск статей по ссылкам надежней производить в Яндексе по названию статьи.
Комментарии
Зря автор в деньгах стоимость считает. Надо в энергозатратах, в джоуле и считать: на производство 1 дж энергии от деления урана затрачиваем ...дж энергии, а на термоядерный 1 дж, - ... джоулей энергии.
Ибо: Деньги не имеют объективной привязки к реальной материи, и никогда не имели. Ими нельзя что либо считать и измерять.
В деньгах тоже ... совсем непонятно.
Сколько стоит литий, понять невозможно. Сложная комбинация из цифр, точек, запятых.
Исправил, вставил пробел,
Спасибо!
лет 40 назад до промышленного термояда оставалось лет 20...
Нельзя
Для Пунто !" Увеличивая время удержания плазмы можно получить и чистый термоядерный взрыв!"
Можно, ...можно!
Забавно, что у автора, эта статья идёт сразу же после статьи:
В открытом доступе не хватает массовых коэффициентов взаимодействия (сечений захвата) с их зависимостью от энергии для реакций распада и синтеза. Только в случае их наличия можно сказать о том, насколько прав или не прав автор.
В специализированных КБ всё это есть. Что конкретно вас интересует? Кем и где вы работаете?
Многие данные попросту засекречены. Если вы обыватель, то ничего не получите.
Я в детстве мал-мал баловался радиационным переносом, в другой несколько тематике, до уровня д.ф.м.н. К специализированным КБ, соответственно, не отношусь.
Из тех данных, которые видел, максимум сечения взаимодействия дейтерия и трития где-то в районе 150 кэВ. Поэтому идея использовать осколок с энергией порядка 80-100 МэВ для генерации потока высокоэнергетических дейтерия и трития вроде как разумная (я бы не стал использовать термин давление). Далее немного высокоэнергетического гелия и нейтрон, в добавок к трем, которые уже были. Но вот оценка энергетической эффективности, стоит овчинка выделки, в том числе от геометрии, эавязана именно на сечения и их точность.
Я сторонник всё получать из эксперимента. Энергетическая эффективность,
и др. мы получаем из первых рук, т.е. сами. Так что: - "стоит овчинка выделки".
А что не хотите в спец. КБ работать, наверное "старенький пенсионер"?
Пока еще недопенсионер)))
магическая цифра )
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
Уважаемый автор, по моему у вас теоретическая ошибка в реакции синтеза легких ядер.
Вы предлагаете использовать быстрые нейтроны деления урана для соединения двух легких ядер. Что, по моему мнению, категорически не верно.
Ведь, чтобы произошла реакция синтеза необходимо сблизить ядра трития/дейтерия на расстояние действия ядерных сил и преодолеть кулоновские.
Как тут поможет внешний нейтрон - непонятно !
Дуб..., что читать разучился? Осколками деления создаются условия синтеза!!!
Автор, не опускайте руки! Тут работы непочатый край. А критики всегда были, есть, и всегда будут.
Плазму давно научились получать и поддерживать. Только прикол в том, что количество подведенной к установке энергии превышает количество выделившейся. КПД отрицательный. И с 70-х все обещают, что в следующем десятилетии будет точно мирный термояд.
30 лет? где-то я это уже слышал 🤔
Ядерно-термоядерный реактор)
А российские физики наоборот, термоядерно-ядерный конопатят. Где продукты ядерного синтеза потом разбивают тяжёлые ядра урана. 238.
Перспективная идея, как мне кажется. 238 урана хоть жопой жуй. Он дешев, его много. Самое любопытное, что при выключении термоядерного движка, реакция затухает мгновенно. Радиоактивные актиноиды дожигаются быстрыми нейтронами.
Со всех сторон интересно и перспективно.
Ваши 15% экономии погоды не сделают. Это было бы интересно, если бы раз на раз заменяло бы топливо в уже существующих станциях.
Но вы говорите, что топливо принципиально под критично и для его инициации требуется внешний источник нейтронов с замедлителем. И вообще, будет ли надежно и дешево такое сложно составное топливо, не выйдет ли весь дейтерий и тритий при высоких температурах?
Самое главное, это отсутствие принципиально нового уровня, как в БН реакторах, которые позволяют включить в оборот уран 238 и торий, которого на Земле овердохрена
Для АЧТ. В заключении я же отметил, что термоядерная энергетика пока не нужна, поскольку
навалом урана и уже созданные ядерные реакторы не плохо работают, производя, пусть и с низким к.п.д.,
но достаток электроэнергии. Принципиально новый уровень в ядерной отрасли это не так просто создать!
Изобретателей, знающих всё и вся, система выбрасывала из научной среды уже лет так 50. Мало, что осталось. За рубежом, я знаю из первых уст в германии, ещё хуже, все старики умирают, а новые от рождения дебилы. Приехали, называется. Что будет дальше?
Схемные решения атомных реакторов которые я предлагаю уже лет 10, в России не приживутся, а вот китайцы многие мои идеи прорабатывают, и делают стенды ...