Читать онлайн «Эврика-87». Страница 69

Инженеры "Киова" предлагают две "хайпоники" - вертикальную и горизонтальную. Горизонтальная "хайпоника" дает возможность развивать растению свою крону вширь. В этом случае урожай примерно в два раза выше, чем при вертикальном методе выращивания. Но размер плодов неодинаков - чем дальше от ствола, тем меньше становятся плоды. Вкусовые качества тоже снижаются. При вертикальной "хайпонике" помидор вырастает до 5 метров. Преимущество этого способа в строгой однородности урожая и экономии места. Все помидорное дерево при вертикальном способе умещается на площади примерно в один квадратный метр. Поэтому на сравнительно небольшой площади может быть создан мощный овощной цех.

Широкое распространение "хайпоники" пока сдерживает система мелких фермерских хозяйств, характерная для Японии. Мелкому собственнику не под силу провести капитальные вложения, необходимые для открытия "хайпонного" производства. Уже существующие хозяйства не могут в полной мере показать превосходство новой технологии из-за ограниченных масштабов. Однако уже сейчас ясно, что "хайпоника" может найти широкое применение в засушливых районах земли, Антарктиде и даже на крышах городских кварталов. Для членов будущих длительных космических экспедиций она может стать источником обильной и вкусной пищи.

6. ГДЕ ВЗЯТЬ ТЕПЛО?

"Токамак":

проблемы и перспективы

Рассказывает академик Е. В е л и х о в.

Исследования в области управляемого термоядерного синтеза (УТС)

имеют более чем тридцатилетнюю историю. Начатые почти одновременно и совершенно независимо в СССР, США и Англии, они в течение нескольких лет проходили в условиях абсолютной секретности. В это же время в мире интенсивно велись работы, завершившиеся демонстрацией термоядерной реакции в форме неуправляемого разрушительного взрыва водородной бомбы. В отличие от этого исследования по УТС имели целью разработку способа получения энергии, выделяющейся при слиянии ядер легких элементов, в режиме с контролируемой мощностью. В случае успеха в руках человечества оказался бы источник энергии с огромными ресурсами топлива, распространенного повсеместно, в том числе в воде Мирового океана.

В 1956 году во время посещения английского научного центра в Харуэлле академик И. Курчатов по поручению Советского правительства впервые сообщил зарубежным коллегам о работах по УТС, ведущихся в СССР. Так по инициативе Советского Союза было положено начало широкому научному сотрудничеству ученых различных стран мира, направленному на овладение колоссальной энергией термоядерного синтеза в интересах мира, прогресса и благосостояния.

Наиболее доступной для практического использования является термоядерная реакция в смеси тяжелых изотопов водорода - дейтерия и трития. В результате слияния ядер этих элементов на единицу веса топлива выделяется примерно в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании обычного органического топлива. Однако для зажигания такой смеси требуется нагреть ее до температуры "всего" около 100 миллионов градусов, при которой вещество может существовать только в виде плазмы. Поэтому, прежде чем перейти к практическому освоению управляемого термоядерного синтеза, ученым пришлось научиться получать в лабораторных условиях новый физический объект - высокотемпературную плазму, исследовать ее свойства и создать новую главу физики - науку о плазме, сегодня уже нашедшую многочисленные практические применения.

Существуют две принципиальные возможности осуществления управляемой термоядерной реакции: спокойное длительное горение термоядерного топлива в так называемых магнитных ловушках, в которых горячая плазма изолируется от контакта со стенками реактора с помощью магнитного поля /магнитное удержание плазмы/, и непрерывная серия микровзрывов твердых топливных таблеток, воспламеняемых с помощью мощных лазерных пучков, пучков заряженных частиц или при быстром сжатии магнитным полем, причем образовавшаяся плазма имеет возможность свободно разлетаться в пространстве инерционное удержание плазмы/.

В настоящее время наиболее близко к достижению условий осуществления управляемой термоядерной реакции подошли системы первого типа /системы с магнитным удержанием плазмы/, среди которых лидирующее положение занимает "Токамак", идея которого была выдвинута и практически осуществлена коллективом ученых Института атомной энергии имени И. В. Курчатова в Москве под руководством выдающихся советских физиков академиков Л. Арцимовича и М. Леонтовича.

"Токамак" представляет собой замкнутую в кольцо вакуумную камеру, помещенную внутрь тороидального соленоида. В камере в разреженном газе, как во вторичной обмотке обычного трансформатора, возбуждается электрический разряд с током, текущим вдоль ее оси. Создаваемое соленоидом магнитное поле изолирует плазму разряда от стенок камеры.

При соблюдении некоторых дополнительных условий для равновесия плазменного кольца плазма должна нагреваться текущим по ней током. Нагрев плазмы можно увеличить, вводя в нее интенсивные пучки быстрых атомов или высокочастотную мощность.

Понадобились многолетние усилия советских специалистов, пока наконец в 1968 году на "Токамаке" Т-3 удалось нагреть водородную плазму до температуры 10 миллионов градусов. В "Токамак" поверили во всем мире, и 70-е годы прошли под знаком его последовательных успехов. На использование систем типа "Токамак" были переориентированы национальные программы США, Японии, Франции, ФРГ, Англии и ряда других стран.

Сегодня в мире насчитывается более 70 действующих "Токамаков". В СССР завершается сооружение "Токамака" предреакторного масштаба Т-15, особенностью которого является сверхпроводящий тороидальный соленоид, прототип аналогичной системы термоядерного реактора.

Совместные усилия ученых многих стран привели к быстрому прогрессу в понимании физических процессов в "Токамаках". Температуру плазмы удалось поднять до 80 миллионов градусов. Показано, что потери из плазмы находятся на допустимом уровне. Накоплен большой инженерный опыт по проектированию и сооружению установок в целом и эксплуатации их отдельных систем. В целом до настоящего времени экспериментальные результаты, полученные на "Токамаках", не обнаружили принципиальных препятствий к созданию термоядерного реактора.

В 1978 году Советский Союз предложил Международному агентству по атомной энергии /МАГАТЭ/ объединить усилия стран, активно ведущих термоядерные исследования, в деле создания первого демонстрационного термоядерного реактора. Об этом говорил с трибуны специальной сессии Генеральной Ассамблеи ООН 31 мая 1978 года А. А. Громыко.

Инициатива СССР была поддержана правительствами США, Японии и ряда стран Западной Европы, входящих в Евроатом. Был создан объединенный коллектив ведущих специалистов этих стран для разработки проекта первого в мире термоядерного реактора, получившего название ИНТОР. В таком реакторе должны быть получены параметры плазмы и осуществлены плазмофизические режимы работы, близкие к соответствующим параметрам и режимам будущих энергетических реакторов. Он должен содержать все основные системы и узлы, присущие энергетическим реакторам, должна быть проверена работоспособность этих систем и узлов, исследована работоспособность первой стенки реактора при высоких циклических нейтронных нагрузках. ИНТОР должен продемонстрировать надежность производства электроэнергии и воспроизводства трития, а также дать опыт эксплуатации и дистанционного обслуживания термоядерного реактора.

На основе проведенного анализа специалисты Международной рабочей группы ИНТОРа показали, что накопленный экспериментальный и теоретический опыт позволяет разработать проект такого реактора "Токамака", базируясь в основном на современном уровне развития техники. В 1982 году был завершен эскизный проект ИНТОРа, после этого проводились работы по оптимизации основных технических решений реактора.

Проектные параметры ИНТОРа: объем плазмы более 200 кубических метров, длительность горения реакции 200 секунд, термоядерная мощность 620 мегаватт, электрическая мощность экспериментального электрического модуля 50 мегаватт, коэффициент воспроизводства трития 0,65. Стоимость такого реактора оценивается около 3 миллиардов долларов. В научных кругах, руководствующихся прежде всего здравым смыслом и принципом рациональности, идея ИНТОРа пользуется популярностью и поддержкой. Сложность технологии и высокая стоимость демонстрационного реактора при реализации проекта делают весьма выгодным не соперничество, а объединение усилий различных стран.

Лучом лазера

Ученые лаборатории квантовой радиофизики Физического института имени Лебедева АН СССР предложили идею лазерного управляемого термоядерного синтеза и получили приоритетные результаты в этой области. На крупнейшей в мире лазерной термоядерной установке "Дельфин" ведутся эксперименты по нагреву и сжатию плазмы для получения термоядерного синтеза. Результаты этих исследований находят широкое применение в разработке новых приборов, технологических процессов, в получении веществ с новыми свойствами в медицине, метрологии и в новейших методах обработки информации.