» » К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

Вступительное слово Валерия Анатольевича Рубакова:

Сегодня у нас в гостях сэр Кристофер Ллевеллин-Смит. Разрешите мне сказать несколько слов о его биографии.

Вообще, Крис по своей научной специальности занимался и занимается физикой элементарных частиц, физикой высоких энергий, он автор многочисленных работ в этой области, ставших классическими работами. Это работы в области физики сильных взаимодействий, физики кварков, физики взаимодействий нейтрино с кварками, есть многочисленные хорошо известные работы и в области рассеяния частиц при высоких энергиях. Есть понятия в физике высоких энергий, которые носят имя Ллевелина-Смита — например, правило сумм Гросса—Ллевелина-Смита. Вот это его область научных интересов, до последнего времени была. А вообще-то, он закончил... он получил физическую степень в Оксфорде, в 1967 году.

Надо сказать, что первым местом работы Кристофера Ллевеллина-Смита был ФИАН, он здесь проработал хотя и не очень долго, но продуктивно, затем он был постдоком в ЦЕРНе, работал в SLAC'е — в Стэнфордском центре [линейного ускорителя], в Стэнфорде, в Соединенных Штатах, возвратился в Оксфорд в 1974 году, и с 1987 года по 1992 год он был председателем физики в Оксфорде (Chairman of Oxford Physics), и уже тогда его организационные способности проявились, он объединил пять — тогда — факультетов, которые занимались физикой, в единый мощный факультет. Сейчас это один из самых сильных факультетов по физике в мире.

С 1994-го по 1998 год он был генеральным директором ЦЕРНа, и то время, надо сказать, в ЦЕРНе (ну и сейчас тоже, конечно) тогда было очень интересным, тогда работал электрон-позитронный ускоритель LEP, самая мощная по тем временам машина, и очень информативная машина. В это время, как раз когда он был генеральным директором и под его, соответственно, руководством, происходила модернизация этого ускорителя, а в 1994 году, как раз в то время, когда он был генеральным директором ЦЕРНа, было принято окончательное решение о строительстве Большого адронного коллайдера — это машина, о которой мы все хорошо знаем, наслышаны и которая вводится в строй сейчас в ЦЕРНе.

С 1999-го по 2002 год он был президентом Юниверсити-Колледжа (University College) в Лондоне, а сейчас он председатель Консультативного комитета Евратома по термоядерному синтезу, а с 2007 года — председатель Совета ИТЭР и директор Калэмского отделения (Culham Division) Совета, или Агентства, Соединенного Королевства по атомной энергии, и это отделение отвечает как раз за термоядерную программу и работу токамака, который там существует, называемого «Объединенный европейский тор» (Joint European Torus, JET). Ну, кто такой токамак, вы, я думаю, еще услышите. Во всяком случае, в последнее время он занимается термоядерным синтезом.

В 1999 году Крис получил медаль и премию имени Глейзбрука (Glazebrook Medal) британского Института физики, с 1984 года он член Королевского общества — это аналог Академии наук в Великобритании. Ну и в 2001 году он был посвящен в рыцарское звание — теперь он сэр Кристофер Ллевеллин-Смит.

Вот такая богатая биография, очень интересный человек, мы все, конечно, приветствуем его и рады выслушать его лекцию.

 

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике


Введение

На вопрос «Когда появится термоядерная энергетика?» Лев Арцимович (признанный пионер и лидер исследований в этой области) как-то ответил, что «она будет создана, когда станет действительно необходимой человечеству»1.

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

Из реальных действий при подготовке к окончанию эпохи использования ископаемых топлив можно выделить следующие:

1. Существенное снижение уровня потребления энергии.

Этот путь подразумевает повышение эффективности уже существующих методов получения, передачи и использования энергии. Разумеется, внедрение таких улучшений режимов работы потребует начальных финансовых вложений, но они должны окупиться в дальней перспективе. Уже сейчас можно указать вполне доступные методики серьезного сбережения энергии (например, за счет повышения эффективности двигателей транспортных средств, рационализации методов строительства и т. п.). Лично я полагаю, что повышение эффективности использования энергии лишь незначительно сократит рост ее потребления в мировом масштабе, а реальное решение проблемы может быть найдено лишь на пути уменьшения огромного разрыва в уровне жизни населения развитых стран и стран третьего мира. Эти страны называют развивающимися, и в них миллионы людей отчаянно нуждаются хотя бы в некотором улучшении условий жизни (особую остроту проблеме придает тот факт, что население бедной части мира должно увеличиться к 2030 году примерно еще на 30%).

2. Развитие и расширение масштабов использования других источников энергии.

По грубым оценкам, в настоящее время доля разных источников в общемировом производстве энергии составляет»2:

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

«Концентрация» солнечной энергии, осуществляемая параболическими зеркалами и гелиостатами, позволяет фокусировать солнечное излучение и производить тепло, однако при этом возникают сложные проблемы его сохранения (например, использование в качестве теплоносителя расплавленных солей осложняется из-за разности дневных/ночных температур и т. п.). Если ученым удастся создать вещества, позволяющие повысить рабочую температуру гелиостатов до требований «каталитического разложения» воды, то такие системы могли бы производить водород, что в значительной степени решило бы проблему накопления энергии. С другой стороны, уже созданы (и производятся коммерчески) фотогальванические элементы с эффективностью выше 15%, и хотя их стоимость пока остается высокой, они уже применяются как для электролитического производства водорода, так и в качестве источников тока.

 

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

В настоящее время на атомных электростанциях в широких масштабах получают энергию, выделяющуюся при реакциях деления атомных ядер. Я полагаю, что следует всячески поощрять создание и развитие таких станций, однако при этом необходимо учитывать, что запасы одного из важнейших для их работы материала (дешевого урана) также могут быть полностью израсходованы в течение ближайших 50 лет. Возможности основанной на делении ядер энергетики могут (и должны) быть существенно расширены за счет использования более эффективных энергетических циклов, позволяющих почти вдвое увеличить количество получаемой энергии. Для развития энергетики в этом направлении требуется создавать реакторы на тории (так называемые ториевые бридерные реакторы или реакторы-размножители), в которых при реакции возникает больше тория, чем исходного урана, в результате чего общее количество получаемой энергии при заданном количестве вещества возрастает в 40 раз. Перспективным представляется также создание плутониевых бридеров на быстрых нейтронах, которые значительно эффективнее урановых реакторов и позволяют получать в 60 раз больше энергии. Возможно, для развития этих направлений понадобится разработать новые, нестандартные методы получения урана (например, из морской воды, что представляется наиболее доступным).

 

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

 

Еще одним важным направлением развития является использование ядерного синтеза (слияния ядер), которое выступает сейчас в качестве основной надежды на спасения, хотя перспективы успеха в его использовании пока остаются неопределенными. Именно этой теме посвящена данная лекция.


Ядерный синтез

Ядерный синтез, являющийся основой существования Солнца и звезд, потенциально представляет собой неистощимый источник энергии для развития Вселенной вообще. Эксперименты, проводимые в Великобритании в рамках программы Joint European Torus (JET), являющейся одной из ведущих исследовательских программ в мире, показывают, что ядерный синтез может обеспечить не только текущие энергетические потребности человечества (16 ТВт), но и гораздо большее количество энергии.

 

К. Ллуэллин-Смит На пути к термоядерной энергетике

 

Энергия ядерного синтеза является совершенно реальной, и основной вопрос состоит в том, сможем ли мы создать достаточно надежные и экономически выгодные термоядерные установки. Для ответа на этот важнейший вопрос я разобью его на части и попробую ответить на более частные вопросы. Что такое реакции ядерного синтеза вообще? Как будет выглядеть установка или станция термоядерного синтеза? В чем состоят сложности создания термоядерных энергетических установок? Почему создание таких установок затянулось на столь долгий срок?


Что такое ядерный синтез?

Процессами ядерного синтеза мы называем реакции слияния легких атомных ядер в более тяжелые с выделением некоторого количества энергии. Прежде всего, среди них следует отметить реакцию между двумя изотопами (дейтерий и тритий) весьма распространенного на Земле водорода, в результате которой образуется гелий и выделяется нейтрон. Реакция может быть записана в виде

D + T -> 4He + n + энергия (17,6 MэВ)
(1)

Выделенная энергия (возникающая из-за того, что гелий-4 имеет очень сильные ядерные связи) переходит в обычную кинетическую энергию, распределяемую между нейтроном и ядром гелия-4 в пропорции 14,1 MэВ : 3,5 MэВ.3 4 5 6 7 8). Ответы на вопросы после лекции
Текст лекции и видеозапись в оригинале (по-английски)


Примечания

1 2 3 4 5 6 7 8 Эта величина представляет собой лишь очень грубую оценку размеров рынка энергетики. Кроме того, необходимо учитывать, что стоимость потребляемой миром энергии очень сильно зависит от цен на нефть, которые колеблются в широких пределах. Например, объем энергетического рынка в 2008 году (когда баррель нефти стоил $140) составил около 7 триллионов долларов.

08 июль 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Дешевый хостинг: преимущества и недостаткиБокал шампанского на термограмме«Золотой» астероид угрожает мировой экономике, заявили экспертыПросмотр фильмов онлайнНебольшим планетам-океанам пообещали долгую жизнь в обитаемой зонеПрелюдия истинной многоклеточности или ранние эволюционные эксперименты?Как выбрать кондиционер для домаОбыкновенная солнечная рыба