Научно-технологические разработки. Термоядерная энергетика

Физики работают над освоением управляемой термоядерной реакции синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия. При таком сое­динении выделяется громадное количество энергии, гораздо больше, чем при делении ядер урана. Доказано, что основная доля энергии Солнца и звезд выде­ляется именно при синтезе легких элементов. Если удастся осуществить управляемую реакцию синтеза, появится неогра­ниченный источник энергии. Весьма перспективными являются энергетические уста­новки, преобразующие одни виды энергии в другие нетради­ционными способами с высоким КПД. Ядерные реакции синтеза – это один из таких источников энергии. В реакциях синтеза энергия производится за счет работы ядерных сил, совершаемых при слиянии ядер легких элементов и образовании более тяжелых ядер. Эти реакции широко распространены в природе – считается, что энергия звезд и, в том числе, Солнца производится в результате цепочки ядерных реакций синтеза, превращающих четыре ядра атома водорода в ядро гелия [15].

В ядре Земли максимальная температу­ра достигает 4000°С. Земля непрерывно отдает теплоту, которая вос­полняется за счет распада радиоактивных элементов. Выход теплоты через твердые породы суши и океанского дна происходит за счет тепло­проводности и реже – с потоками расплавленной магмы при изверже­нии вулканов, с потоками воды горячих ключей и гейзеров. Термальные воды широко применяются для отопления и горячего водоснабжения в ряде стран: Исландии, Австралии, Новой Зеландии, Италии. Столица Исландии Рейкьявик почти полностью обогревается теплотой подземных вод. Температурные условия недр территории Беларуси изучены недо­статочно. По предварительным данным, наиболее благоприятные усло­вия для образования термальных вод имеются в Припятской впадине. Температура воды на устье скважин составляет 35-50 °С. Геотермальная энергетика – получение энергии от внут­реннего тепла Земли. Различают естественную и искусст­венную геотермальную энергию – от природных термаль­ных источников и от закачки в недра Земли воды, других жидкостей или газообразных веществ («сухая» и «мокрая» геотермальная энергетика). Данный вид энергетики широ­ко применяется для бытовых целей и отопления теплиц. Име­ются геотермальные ТЭС. Недостаток – токсичность термаль­ных вод и химическая агрессивность жидкостей и газов.

Космическая энергетика – получение солнечной энергии на специальных геостационарных спутниках Земли с узко­направленной передачей энергии на наземные приемники. На этих спутниках солнечная энергия трансформирует­ся в электрическую и в виде электромагнитного луча сверх­высокой частоты передается на приемные станции на Зем­ле, где преобразуется в электрическую энергию. Мощность одной орбитальной станции может составить от 3000 до 15000 МВт. Морская энергетика базируется на энергии приливов и отливов (Кислогубская ЭС на Кольском полуострове), мор­ских течений и разности температур в различных слоях морской воды. Иногда к ней относят волновую энергетику. Пока морская энергетика малорентабельна из-за разрушаю­щего воздействия на оборудование морской воды. Прилив­ная энергетика рентабельна на побережьях морей с исклю­чительно высокими приливами. Низкотемпературная энергетика – получение энергии с использованием низкотемпературного тепла Земли, воды и воздуха, вернее разности в температурах их различных слоев. Промышленное получение энергии с использовани­ем разности температур на поверхности и в глубинах океа­на пока не выходит за рамки опытных установок. «Холодная» энергетика – способы получения энергоно­сителей путем физико-химических процессов, идущих при низких температурах и сходных с происходящими в расте­ниях. Например, разложение воды на асимметричных мем­бранах под воздействием солнечного света. Молекула воды распадается на водород и кислород, скапливающиеся по разные стороны этой мембраны. Водород затем используют как энергоноситель. КПД таких мембран в последние годы удалось заметно повысить, а цену – понизить. Вероятно, это перспективный путь. Предполагается, что водород бу­дет широко использоваться в авиации, водном и наземном транспорте, промышленности, сельскохозяйственном про­изводстве. Сжигание водорода не дает вредных выбросов, но он взрывоопасен [18].