Таким чином, вимальовується неприємна альтернатива: жалюгідний енергетичний пайок або дуже повільне, однак постійно прогресуюче радіоактивне забруднення планети, боротися з яким надзвичайно важко.

Саме із цих позицій ми й повинні підходити до перспективи використання керованого синтезу легких ядер як основи енергетики майбутнього суспільства.

Практичний інтерес являють для нас дві реакції синтезу.

Тут  — важкий ізотоп водню — дейтерій,  — інший, більш важкий ізотоп водню — тритій,  і  — ізотопи гелію.

Дейтерій, який з усіх природних ядер є найбільш придатним для термо-ядерних реакцій, є в морській воді — його вміст становить 0,0153 %. Цієї кількості дейтерію достатньо для виробництва 30 Q енергії щорічно протягом 109 років.

Є підстави вважати, що вартість неядерного пального й пального, яке використовується в реакціях поділу, буде з часом зростати, у той час як вартість дейтерію (яка і зараз низька) буде знижуватися.

У процесі синтезу не утворюються шкідливі або довгоіснуючі радіоактивні речовини. Прийнято вважати, що відношення радіоактивної небезпеки для реакторів поділу і реакторів синтезу виражається як 1000:1.

Відповідь на питання про те, навіщо потрібний керований синтез, отримана, і ми можемо перейти до обговорення особливостей проведення процесу термоядерного синтезу.

Сама природа реакції синтезу створює дуже великі труднощі. Щоб два ядра могли злитися, вони повинні підійти досить близько одне до одного, незважаючи на електростатичне відштовхування між ними. Для цього ядра повинні мати велику енергію, тобто необхідне нагрівання ядерного пального. Необхідна для цього температура вища за температуру у внутрішніх областях зірок і дорівнює приблизно  К. При таких температурах усі легкі атоми повністю іонізовані й газ складається з голих ядер і вільних електронів. Така сукупність заряджених часток називається плазмою. Фізика плазми набула фундаментального значення в середині двадцятого століття, коли широко розгорнулося вивчення процесів у космосі і стартувала програма досліджень з керованого термоядерного синтезу. Із цього часу почався її стрімкий розквіт, що пояснюється величезним пізнавальним значенням і грандіозністю завдань, які покликана розв'язати фізика плазми. Від її успіхів залежить значною мірою здійснення тих надій, що покладаються на вирішення проблеми керованого синтезу легких ядер у плазмовому середовищі, а разом з тим і на реконструкцію енергетики майбутнього.

Коли йдеться про універсальну поширеність плазми, ми не випадково звертаємо свої погляди до зірок і космічного простору, а не до поверхні Землі. Плазма, тобто іонізований газ, атоми якого (усі або більшість) утратили частину своїх електронів і перетворилися на позитивні іони, утворюється й існує тільки в екстремальних умовах. Зрозуміло, слово "екстремальний" означає винятковість тисків, температур, потоків випромінювання та електромагнітних полів, які спостерігаються в зірках і космосі, порівняно з тими, котрі нас оточують під щитом щільної атмосфери й у межах того вузького температурного інтервалу, який необхідний для життя. Поява плазми в земних умовах — порівняно рідкісна подія; спалахи блискавок під час грози, полярні сяйва або слабке світіння на металевих вістрях при тихих коронних розрядах, імовірно, вичерпує список природних плазмових феноменів у нашому оточенні. Зате технічна цивілізація наших днів достатньо постачає нам плазмових пристроїв та інструментів. Різноманітні вогні газосвітлових реклам і набір газорозрядних приладів (випрямлячів, тиратронів, МГД-перетворювачів і т.д.) — усе це породження технічної електроніки і тих досліджень у галузі фізики газового розряду, які неухильно розвивалися протягом десятиліть.

У наш час досить гарячу й досить щільну плазму одержують у лабораторних умовах поки що тільки на короткі проміжки часу; до того ж вона ще не має повною мірою того бажаного комплексу властивостей, без якого процес керованого синтезу легких ядер неможливий.

Як уже зазначалося, для здійснення реакцій синтезу необхідно нагріти плазму до високих ( К) температур (таку плазму називають "гарячою" або "термоядерною"). Очевидно, що головні труднощі полягають у тому, щоб ізолювати цю високотемпературну плазму від стінок апарата, в якому вона знаходиться. Інакше плазму через її величезну теплопровідність не вдасться нагріти навіть до температури в кілька сотень тисяч градусів, тому що вся енергія, яка надається їй, буде негайно поглинатися стінками. Необхідно розробити дуже ефективний метод термоізоляції, який би унеможливлював контакт плазми з будь-якими навколишніми речовинами. Це означає, що плазма з усіх боків повинна бути оточена вакуумним простором. Але як перешкодити частинкам плазми піти за її межі, інакше кажучи, як утримати плазму від розширення у вакуум? Очевидно, що цього можна досягти лише шляхом застосування магнітного поля, силові лінії якого оточували б плазму і були паралельними стінкам апаратури. Заряджені частинки обвивалися б навколо силових ліній і рухалися б уздовж поля, практично не зміщуючись до стінок. Цю ідею магнітної термоізоляції стосовно проблеми здійснення керованого термоядерного синтезу вперше в СРСР висловили у 1950 році А. Д. Сахаров і І. Є. Тамм. Цілком самостійно до тієї ж думки прийшли приблизно в ті ж роки фізики США й Англії, але через непроникні бар'єри таємності, що існували тоді, ніхто не знав, що відбувається в цій галузі в інших країнах. Системи, в яких для термоізоляції плазми використовується магнітне поле, називаються магнітними пастками.

Другим ключовим питанням, яке необхідно вирішити, є проблема стійкості плазми. Потрібно встановити, за яких умов гаряча плазма, урівноважена магнітними силами, може зберігати стійкість. Для цього було виконано теоретичні розрахунки й проведено різноманітні експерименти, у результаті яких було виявлено ті умови, за яких щільна гаряча плазма, повністю відірвана від стінок і утримувана у вакуумі магнітними силами, буде залишатися в рівновазі досить тривалий час. Слово "тривалий" уживається тут у тому розумінні, що кожен нейтрон протягом часу існування нагрітої плазми матиме значний шанс вступити в ядерну реакцію.

Третє питання, яке в наш час теж фактично вирішене, — це нагрівання плазми до високих, "термоядерних" температур. Розв'язати цю проблему можна різними шляхами: пропусканням сильних струмів через плазму, введенням у плазму високочастотної електромагнітної енергії або інжекцією швидких частинок, розігнаних до високих швидкостей у спеціальних пристроях.

Як виглядатиме термоядерний реактор?

У результаті злиття ядер дейтерію народжується ядро гелію (альфа-частинка) і нейтрон. Термоядерна енергія, яка виділяється у вигляді кінетичної енергії продуктів реакції, розподіляється між ними обернено пропорційно їхнім масам, так що 80 % енергії синтезу припадає на нейтрони. Альфа-частинки будуть залишатися всередині плазми, витрачаючи свою кінетичну енергію на її "підігрів". Нейтрони ж практично безперешкодно (магнітне й електричне поля на них не діють) будуть виходити з плазменного об'єму назовні. Таким чином, завдання використання енергії зводиться, в основному, до використання енергії швидких нейтронів.

Щоб досягти цієї мети, реагуючу плазму потрібно оточити спеціальною оболонкою, в якій енергія нейтронів буде поглинатися й перетворюватися на тепло. Цю оболонку прийнято називати бланкетом (англійською — "ковдра"). У бланкеті повинні бути канали для циркуляції теплоносія, який знімає енергію, що виділяється внаслідок гальмування нейтронів. У перших реакторах буде використовуватися звичайний пароводяний спосіб перетворення теплової енергії на електричну, тобто енергія теплоносія в теплообміннику буде передаватися воді, що циркулює в другому контурі, перетворюватиме її на пару під тиском, яка, відповідно, буде обертати турбіни й генератори, що виробляють електроенергію. Пізніше, можливо, будуть розроблені інші способи перетворення термоядерної енергії на електричну, у тому числі способи прямого перетворення.

Узагальнюючи сказане, зазначимо, що завдання створення промислової термоядерної електростанції зводиться в даний час до вирішення інженерних задач, які хоч і є надзвичайно складними та дорогими, однак не можуть стати принциповими перешкодами на шляху до розв'язання проблеми. За прогнозами, які враховують думку як оптимістів, так і песимістів, проблему створення термоядерної енергетики, можливо, вдасться вирішити в першій чверті нового століття. Природа може розставити на шляху до термоядерного Ельдорадо лише обмежену кількість труднощів, і після того, як людина, завдяки своїй невпинній творчій активності, зможе їх перебороти, природа вже не зможе придумати нові.

Список використаної літератури

1. Абачиеп С. К. Концепции современного естествознания (в 2-х частях). Балашиха. - 1988. - I ч.: 150 с, II ч.: 190 с.

2. Ампер А. Электродинамика. М.: ИЛ. — 1954. — 369 с.

3. Античная цивилизация. — М.: Наука. — 1973. — 269 с.

4. Аристотель. Соч. В 4-х тт. Т. 4. - М.: Мысль. - 1983. - 828 с.

5. Арцимович Л. А. Управляемые термоядерные реакции. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит. - 1961.-468 с.

6. Арцимович Л. А. Элементарная физика плазмы. М.: Госатомйздат. — 1963. — 192 с.

7. Бсрнал Дж. Возникновение жизни. — М.: Мир. — 1969. — 391 с.

8. Боголюбов А. Н. Математики и механики. Биографический справочник. — Киев: Наук, думка. - 1983. — 638 с.

9. Боннар А. Греческая цивилизация. Т. 1. От Илиады до Парфенона. — М.: Искусство. - 1992. - 269 с.