Глава 163 - Коэффициент Q
В физике управляемого термоядерного синтеза ключевым критерием эффективности является так называемый коэффициент Q.
Это простое отношение выделяемой реактором энергии к энергии, потраченной на запуск и поддержание самой реакции.
Если на разогрев и удержание плазмы вы потратили 1 МДж, а реактор выдал лишь 0,8 МДж, коэффициент Q равен 0,8. Процесс идет в убыток, и о практическом применении такой установки не может быть и речи.
Ещё в старую человеческую эпоху физики научились поджигать термоядерные реакции и даже подняли показатель Q примерно до 5.
Однако та технология сталкивалась с непреодолимыми препятствиями.
Во-первых, время удержания плазмы измерялось считанными минутами, после чего реакция гасла.
Во-вторых, коэффициент Q=5 был слишком уж ничтожен для промышленного использования.
Для сравнения: если применить концепцию коэффициента Q к классическим реакторам деления, их показатель уверенно превышает 100.
А зрелые термоядерные реакторы Ланьтуке выдавали стабильный коэффициент Q более 300!
То есть на 1 МДж затраченной энергии реактор Ланьтуке отдавал 300 МДж полезной мощности.
Разница между человеческими экспериментами и технологиями инопланетян была колоссальной.
Ещё до вторжения Ланьтуке Ли Цинсун проводил опыты с термоядерным синтезом и даже добился некоторых успехов, но начавшаяся гонка вооружений вынудила его заморозить эти изыскания.
Теперь же, опираясь на знания двухсот пленных специалистов Ланьтуке, Ли Цинсун вновь взялся за дело.
Вскоре на испытательном полигоне вырос массивный экспериментальный реактор.
Внешне он походил на монолитную каменную глыбу высотой более двадцати метров, а в длину и ширину достигавшую пятидесяти метров.
Впрочем, подавляющую часть этого исполинского объема занимали вспомогательные системы. Сама же рабочая зона, где происходило термоядерное таинство, занимала совсем немного места и представляла собой замкнутый тор — тороидальную вакуумную камеру.
Снаружи камеру оплетала паутина из кабелей, датчиков и патрубков.
Внутрь тора подали смесь дейтерия и стартовую порцию трития.
Газовая смесь прошла ионизацию и под воздействием первичных магнитных полей втянулась в рабочую зону.
Затем Ли Цинсун задействовал системы высокочастотного нагрева, инжекторы нейтральных пучков и мощнейшие лазерные установки, в считанные мгновения взвинтив температуру образовавшейся плазмы до безумных ста миллионов градусов Цельсия!
При такой температуре ни одно известное вещество во Вселенной не способно выдержать прямого контакта с плазменным шнуром.
Как же удержать эту рукотворную звезду? Ведь стоит плазме каснуться стенок, давление упадет, и реакция мгновенно потухнет.
И вот здесь Ли Цинсуну пригодились наработки, полученные им при создании системы вторичного нагнетания и импульсных электромагнитных орудий.
Технология магнитного удержания.
Мощнейшие токи сформировали невидимый, но прочный магнитный кокон, который сжимал и удерживал раскалённый плазменный шнур в воздухе, не давая ему касаться стенок вакуумной камеры.
Несмотря на чудовищное давление и колоссальную энергию, дейтерий-тритиевая плазма оказалась заперта в невидимых тисках.
И реакция синтеза началась.
Преодолевая кулоновский барьер под действием диких температур и давлений, ядра дейтерия и трития сливались воедино, образуя нестабильное составное ядро, которое мгновенно распадалось на ядро гелия и высокоэнергетический нейтрон.
В ходе этого процесса около 0,375% массы вступающих в реакцию частиц превращалось в чистую энергию, уносимую быстро движущимися ядрами гелия и нейтронами.
Добавив стартовую порцию трития лишь в самом начале, Ли Цинсун больше не впрыскивал его извне — в камеру подавался только дейтерий.
Но как поддерживать реакцию без трития?
Ли Цинсун применил изящную технологию — бридинг, или самообеспечение тритием.
Внутренняя облицовка тороидальной камеры содержала изотоп литий-6. Вылетающие из реакционной зоны высокоэнергетические нейтроны бомбардировали литиевые бланкеты. В результате ядерной реакции лития с нейтронами образуются новые ядра трития и гелия.
Таким образом, литий в стенках реактора непрерывно превращался в тритий, который тут же отсасывался и подавался обратно в плазменный шнур, вступая в реакцию с входящим дейтерием.
Этот замкнутый цикл полностью снимал проблему дефицита трития.
А ведь период полураспада трития составляет всего 12 лет, и в природе его в чистом виде практически не найти.
Реактор работал на полную мощность. Энергия, выделяемая при синтезе, снималась теплообменниками со стенок камеры — по сути, всё сводилось к классическому «кипячению воды» для вращения турбогенераторов.
Основную часть тепла приносили быстрые нейтроны. А ядра гелия, оставаясь внутри плазменного шнура, передавали свою энергию новым порциям дейтерия, поддерживая температуру горения.
Термоядерный цикл замкнулся.
Первый промышленный реактор непрерывно проработал целый час, после чего был планово остановлен.
Ли Цинсун с ликованием изучал телеметрию: за всё время работы соотношение полученной энергии к потраченной составило 12 к 1.
Коэффициент Q достиг 12!
Он сходу превзошёл лучшие показатели старой человеческой цивилизации!
Конечно, Q=12 — это всё ещё скромно для настоящей энергетики, но реактор уже можно было использовать на практике.
Ли Цинсун не стал спешить с массовым внедрением этой первой модели. Опираясь на указания учёных Ланьтуке и массив расшифрованных данных, он продолжил модернизацию.
Поколение за поколением, итерация за итерацией. Пока в смежных лабораториях шли тысячи других исследований, около десяти миллионов клонов без перерыва штурмовали секреты термоядерного синтеза.
Результаты не заставили себя ждать. Технология развивалась с невероятной, ошеломляющей скоростью, приводившей в изумление даже бывалых ученых Ланьтуке.
Меньше чем через 50 лет Ли Цинсун создал реактор нового поколения, чьё значение Q достигло 260! Он практически сравнялся с самыми передовыми установками Ланьтуке!