Принцип работы управляемого термоядерного синтеза (УТС)

Управляемый термоядерный синтез, процесс слияния лёгких атомных ядер,

происходящий с выделением энергии при высоких температурах в регулируемых,

управляемых условиях. Скорости протекания термоядерных реакций малы из-за

кулоновского отталкивания положительно заряженных ядер. Поэтому процесс

синтеза идёт с заметной интенсивностью только между лёгкими ядрами,

обладающими малым положительным зарядом и только при высоких температурах,

когда кинетическая энергия сталкивающихся ядер оказывается достаточной для

преодоления кулоновского потенциального барьера. В природных условиях

термоядерные реакции между ядрами водорода (протонами) протекают в недрах

звёзд, в частности во внутренних областях Солнца, и служат тем постоянным

источником энергии, который определяет их излучение. Сгорание водорода в

звёздах идёт с малой скоростью, но гигантские размеры и плотности звёзд

обеспечивают непрерывное испускание огромных потоков энергии в течение

миллиардов лет. С несравненно большей скоростью идут реакции между тяжёлыми

изотопами водорода (дейтерием 2H и тритием 3H) с образованием сильно

связанных ядер гелия:

Именно названные реакции представляют наибольший интерес для проблемы УТС В

особенности привлекательна вторая реакция, сопровождающаяся большим

энерговыделением и протекающая со значительной скоростью. Тритий радиоактивен

(период полураспада 12,5 лет) и не встречается в природе. Следовательно, для

обеспечения работы предполагаемого термоядерного реактора, использующего в

качестве ядерного горючего тритий, должна быть предусмотрена возможность

воспроизводства трития. С этой целью рабочая зона рассматриваемой системы

может быть окружена слоем лёгкого изотопа лития, в котором будет идти процесс

воспроизводства

6Li + n? 3H + 4He.

Вероятность (эффективное поперечное сечение) термоядерных реакций быстро

возрастает с температурой, но даже в оптимальных условиях остаётся

несравненно меньше эффективного сечения столкновений атомных. По этой причине

реакции синтеза должны происходить в полностью ионизованной плазме, нагретой

до высокой температуры, где процессы ионизации и возбуждения атомов

отсутствуют и дейтон-дейтонные или дейтон-тритонные столкновения рано или

поздно завершаются ядерным синтезом.

Удельная мощность термоядерного реактора находится путём умножения числа

ядерных реакций, происходящих ежесекундно в единице объёма рабочей зоны

реактора, на энергию, выделяющуюся при каждом акте реакции.