О физических условиях для возникновения управляемой цепной реакции синтеза с участием нейтронов в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы

29.12.2014 2014 - №04 Физика и техника ядерных реакторов

А.Н. Шмелев Г.Г. Куликов

https://doi.org/10.26583/npe.2014.4.13

При работе ядерных реакторов протекает цепная реакция деления (ЦРД) тяжелых ядер. В термоядерных установках с магнитным удержанием (DT)-плазмы в результате реакции синтеза наряду с выделением энергии рождаются нейтроны. В силу чрезвычайно низкой концентрации ионов в плазме по сравнению с концентрацией атомных ядер в бланкете баланс расхода нейтронов в установке практически полностью определяется физическими свойствами бланкета.

Цель работы заключается в выявлении физических условий, когда поглощение нейтронов в плазме и в бланкете окажется сопоставимым. Такие условия могут возникнуть, во-первых, если в плазме в качестве компонента содержится нуклид с большим сечением поглощения нейтронов (например, 3He, 6Li и 10B), во-вторых, если в бланкете одновременно применяются материалы с рекордно низким сечением захвата нейтронов (например, 208Pb, тяжелая вода, графит). Таким образом, в термоядерной установке тоже может возникнуть управляемая цепная реакция синтеза с участием нейтронов (ЦРСн).

При выполнении работы использовалась концепция малонейтронного (D–3He)-цикла. Для обоснования идеи предлагается применять установки (DT–3He)-топливного цикла со слабо поглощающим нейтроны бланкетом.

Получены следующие результаты.

1. В отличие от малонейтронного (D–3He)-топливного цикла предлагаемый (DT–3He)-топливный цикл привлекает своей противоположностью по потенциальной возможности производства нейтронов, т.е. тем, что в нем могут генерироваться нейтроны, которые к тому же размножаются в ЦРСн.
2. Воспроизводство трития в результате n(3He,T)1H-реакции перемещается из бланкета (как это обычно рассматривается) в объем плазмы. Тритий будет воспроизводиться в плазме, где и должен расходоваться, что улучшит его использование.
3. Обеспечивается дополнительный нагрев плазмы в результате поглощения нейтронов в плазме.

Термоядерный источник нейтронов считается самым «богатым» – в нем генерации нейтронов сопутствуют относительно маломасштабные энергетические процессы. Рассматриваемая термоядерная установка со слабопоглощающим нейтроны бланкетом позволяет создать в бланкете высокую плотность потока нейтронов. Общий вывод: такие термоядерные установки можно будет использовать для быстрой трансмутации долгоживущих продуктов деления с малым сечением поглощения нейтронов и, возможно, даже без их предварительного изотопного разделения.

Ссылки

1. Bell G.J., Glasstone S. Nuclear Reactor Theory. – USA: Van Nostrand Reinhold Company. 1970.
2. Rhodes R. Dark sun. The making of the Hydrogen Bomb. – New York: Simon & Schuster Inc. 1995.
3. Андрюшин И.А., Илькаев Р.И., Чернышев А.К. Решающий шаг к миру. Водородная бомба с атомным обжатием РДС-37. – Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». 2010.
4. Андрюшин И.А., Илькаев Р.И., Чернышев А.К. «Слойка» Сахарова. Путь гения. – Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». 2011.
5. Лукьянов С.Ю., Ковальский Н.Г. Горячая плазма и управляемый ядерный синтез. Учебник для вузов. – М.: МИФИ. 1999.
6. Зимин С.А. Некоторые нейтронно-физические параметры материалов // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. – 1985. – Вып.3. – С.35–37.
7. Ирдынчеев Л.A., Киселев Г.В., Малофеев A.M., Труханов Г.Я. Физические основы реактора ЯРДИС, совмещающего в стационарном режиме реакции деления и синтеза: Препринт ИАЭ-6709/1. Москва, 2012.
8. Kulikov G.G., Shmelev A.N., Apse V.A., Kulikov E.G., Artisyuk V.V. Feasibility study on high neutron flux ADS-system for RAW transmutation due to application of radiogenic lead / Abstracts of the tenth international topical meeting on nuclear applications of accelerators, Knoxville, TN USA, Apr. 3–11, 2011. Proceedings. – PP.318–324.

термоядерная установка бланкет сечение поглощения нейтронов высокая плотность потока нейтронов трансмутация

Ссылка для цитирования статьи: Шмелев А.Н., Куликов Г.Г. О физических условиях для возникновения управляемой цепной реакции синтеза с участием нейтронов в термоядерных установках с магнитным удержанием плазмы. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2014. – № 4. – С. 123-129. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2014.4.13 .