npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.1134/S2079562919050178npe-116Research ArticleМатериалы и технология для новых источников энергииMaterials and Technologies for New Sources of EnergyHE как источник термоядерной энергии: малорадиоактивный синтез и большие возможностиHelium-3 as a Perspective Fuel for Power Generation through Aneutronic Thermonuclear FusionРыжковС. В.RyzhkovS. V.

Москва, 105005

Moscow, 105005

svryzhkov@bmstu.ruМосковский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)РоссияBauman State Technical UniversityRussian Federation2020230420241114349Copyright © Рыжков С.В., 20242024Рыжков С.В.Ryzhkov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/116

Рассмотрен D–3 He (дейтерий–гелий-3) топливный цикл, который представляет компромиссный вариант для термоядерного синтеза – экологически чище, чем D–T (дейтерий–тритий), практически как безнейтронная p–11B (протон–бор-11) реакция. Интерес к таким малорадиоактивным топливам проявляют венчурные компании, финансируемые из частных источников. Приведен обзор параметров и типов удержания плазмы в подобных планируемых энергетических реакторах и установках. Обсуждаются вопросы добычи гелия-3, в работе также проведена оценка запасов изотопа гелия-3 на планете Земля. Рассмотрены разные возможные приложения малорадиоактивных и безнейтронных реакций и топливных циклов.

The aneutronic D3 –He (deuterium–helium-3) fuel cycle is considered as a viable alternative to D– T (deuterium–tritium) fusion since it is ecologically much safer than the latter. It is practically as safe as the aneutronic p–11B (proton–boron-11) reaction. The interest to aneutronic fuel cycles as perspective sources of thermonuclear energy is largely shown by privately-financed venture companies. The plasma-confinement techniques to be employed in planned D–3He thermonuclear reactors and their parameters are reviewed. The problem of helium-3 mining is discussed, and its terrestrial abundance is estimated. Possible applications of weakly-radioactive and aneutronic reactions and fuel cycles are considered.

дейтерий–гелий-3безнейтронная энергетикамалорадиоактивное топливотермоядерный источникэнергетическая установкаdeuterium–helium-3aneutronic power generationweakly-radioactive fuelthermonuclear sourcepower plantReferencesKukulin V.I., Voronchev V.T. // Phys. At. Nucl. 2010. V. 73. P. 1376–1383Kukulin V.I., Voronchev V.T. // Phys. At. Nucl. 2010. V. 73. P. 1376–1383Кузенов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2016. Т. 7. С. 342–346 [Kuzenov V.V. // Phys. At. Nucl. 2017. V. 80. P. 1683–1686].Кузенов В.В. // Ядерная физика и инжиниринг. 2016. Т. 7. С. 342–346 [Kuzenov V.V. // Phys. At. Nucl. 2017. V. 80. P. 1683–1686].Курнаев В.А., Воробьев Г.М., Николаева В.Е. и др. // Ядерная физика и инжиниринг. 2019. Т. 10. С. 24– 27 [Kurnaev V.A., Vorobyov G.M., Nikolaeva V.E. et al // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82. P. 1329–1331].Курнаев В.А., Воробьев Г.М., Николаева В.Е. и др. // Ядерная физика и инжиниринг. 2019. Т. 10. С. 24– 27 [Kurnaev V.A., Vorobyov G.M., Nikolaeva V.E. et al // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82. P. 1329–1331].Khvesyuk V.I., Ryzhkov S.V., Santarius J.F. et al. // Fusion Technol. 2001. V. 39. No. 1. T. P. 410—413.Khvesyuk V.I., Ryzhkov S.V., Santarius J.F. et al. // Fusion Technol. 2001. V. 39. No. 1. T. P. 410—413.Кузенов В.В., Лебо А.И., Лебо И.Г., Рыжков С.В. Физико-математические модели и методы расчета воздействия мощных лазерных и плазменных импульсов на конденсированные и газовые среды. 2015. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана.Кузенов В.В., Лебо А.И., Лебо И.Г., Рыжков С.В. Физико-математические модели и методы расчета воздействия мощных лазерных и плазменных импульсов на конденсированные и газовые среды. 2015. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана.Ryzhkov S.V. // Fusion Sci. Technol. 2007. V. 51. No. 2. T. P. 190–192.Ryzhkov S.V. // Fusion Sci. Technol. 2007. V. 51. No. 2. T. P. 190–192.Ryzhkov S.V. // Sustainable Cities Soc. 2015. V. 14. P. 313–315.Ryzhkov S.V. // Sustainable Cities Soc. 2015. V. 14. P. 313–315.Ryzhkov S.V. // Fusion Sci. Technol. 2005. V. 47. No. 1T. P. 342–344.Ryzhkov S.V. // Fusion Sci. Technol. 2005. V. 47. No. 1T. P. 342–344.Рыжков С.В., Чирков А.Ю. Системы альтернативной термоядерной энергетики. 2017. Москва: Физматлит.Рыжков С.В., Чирков А.Ю. Системы альтернативной термоядерной энергетики. 2017. Москва: Физматлит.https://tae.com.https://tae.com.https://www.helionenergy.com.https://www.helionenergy.com.https://generalfusion.comhttps://generalfusion.comwww.emc2fusion.orgwww.emc2fusion.orghttps://lppfusion.comhttps://lppfusion.comАзизов Е.А., Ананьев С.С., Беляков В.А. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2015. Т. 38. № 2. С. 5–18 [Azizov E.A., Ananyev S.S., Belyakov V.A. et al . // Phys. At. Nucl. 2016. V. 79. P. 1125–1136].Азизов Е.А., Ананьев С.С., Беляков В.А. и др. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2015. Т. 38. № 2. С. 5–18 [Azizov E.A., Ananyev S.S., Belyakov V.A. et al . // Phys. At. Nucl. 2016. V. 79. P. 1125–1136].Chirkov A.Yu., Ryzhkov S.V., Bagryansky P.A., Anikeev A.V. // Fusion Sci. Technol. 2011. V. 59. No. 1T. P. 39–42Chirkov A.Yu., Ryzhkov S.V., Bagryansky P.A., Anikeev A.V. // Fusion Sci. Technol. 2011. V. 59. No. 1T. P. 39–42Ryzhkov S.V. // Fusion Sci. Technol. 2009. V. 55. No. 2T. P. 157–161.Ryzhkov S.V. // Fusion Sci. Technol. 2009. V. 55. No. 2T. P. 157–161.Тимошилов В.П. // Нефтегазовая вертикаль. 2006. No. 7; Mastepanov A.M., Timoshilov V.P., Shelekhov D.Yu. // Int. Gas Union World Gas Conf. Papers. 2009. V. 6. P. 4465–4474.Тимошилов В.П. // Нефтегазовая вертикаль. 2006. No. 7; Mastepanov A.M., Timoshilov V.P., Shelekhov D.Yu. // Int. Gas Union World Gas Conf. Papers. 2009. V. 6. P. 4465–4474.Kulcinski G.L. et al. // Fusion Technol. 1992. V. 21. P. 2292–2315.Kulcinski G.L. et al. // Fusion Technol. 1992. V. 21. P. 2292–2315.Bathke C.G. et al. // Fusion Eng. Design. 1997. V. 38. P. 59–74.Bathke C.G. et al. // Fusion Eng. Design. 1997. V. 38. P. 59–74.Schmitt H.H. Return to the Moon: Exploration, Enterprise and Energy in the Human Settlement of Space. 2005. Berlin: Springer.Schmitt H.H. Return to the Moon: Exploration, Enterprise and Energy in the Human Settlement of Space. 2005. Berlin: Springer.Гасилов B.A., Захаров СВ., Смирнов В.П. // Письма в ЖЭТФ. 1991. Т. 53. No. 2. С. 83–86; Aleksandrov V.V., Branitski A.V., Gasilov V.A. // Plasma Phys. Control. Fusion 2019. V. 61. P. 035009.Гасилов B.A., Захаров СВ., Смирнов В.П. // Письма в ЖЭТФ. 1991. Т. 53. No. 2. С. 83–86; Aleksandrov V.V., Branitski A.V., Gasilov V.A. // Plasma Phys. Control. Fusion 2019. V. 61. P. 035009.Рыжков С.В. // Известия РАН. Сер. физ. 2014. Т. 78. No. 5. С. 647–653. [Ryzhkov S.V. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2014. V. 78. P. 456–461].Рыжков С.В. // Известия РАН. Сер. физ. 2014. Т. 78. No. 5. С. 647–653. [Ryzhkov S.V. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2014. V. 78. P. 456–461].Chirkov A.Yu., Ryzhkov S.V. // J. Fusion Energy. 2012. V. 31. P. 7–12.Chirkov A.Yu., Ryzhkov S.V. // J. Fusion Energy. 2012. V. 31. P. 7–12.Asle Zaeem A., Ghafoori Fard H., Sadighzadeh A., Habibi M. // Plasma Phys. Rep. 2018. V. 44. No. 3. P. 378–386.Asle Zaeem A., Ghafoori Fard H., Sadighzadeh A., Habibi M. // Plasma Phys. Rep. 2018. V. 44. No. 3. P. 378–386.Mozgovoy A.G., Romadanov I.V., Ryzhkov S.V. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21. P. 022501.Mozgovoy A.G., Romadanov I.V., Ryzhkov S.V. // Phys. Plasmas. 2014. V. 21. P. 022501.Ryzhkov S.V., Chirkov A.Yu., Ivanov A.A. // Fusion Sci. Technol. 2013. V. 63. No. 1T. P. 135.Ryzhkov S.V., Chirkov A.Yu., Ivanov A.A. // Fusion Sci. Technol. 2013. V. 63. No. 1T. P. 135.Ryzhkov S. V., Khvesyuk V. I., Ivanov A. A. // Fusion Sci. Technol. 2003. V. 43. No. 1T. P. 304.Ryzhkov S. V., Khvesyuk V. I., Ivanov A. A. // Fusion Sci. Technol. 2003. V. 43. No. 1T. P. 304.Рыжков С.В. // Прикладная физика. 2010. No. 1. С. 47–54 [Ryzhkov S.V. // Plasma Phys. Rep. 2011. V. 37. P. 1075–1081].Рыжков С.В. // Прикладная физика. 2010. No. 1. С. 47–54 [Ryzhkov S.V. // Plasma Phys. Rep. 2011. V. 37. P. 1075–1081].Ковальчук М.В., Ильгисонис В.И., Кулыгин В.М. // Природа. 2017. No. 12 (1228). С. 33–44; Арсенин В.В., Жильцов В.А., Кулыгин В.М., Обрезков О.И., Переславцев А.В., Спицын А.В. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2018. Т. 41. № 2. С. 13–22.Ковальчук М.В., Ильгисонис В.И., Кулыгин В.М. // Природа. 2017. No. 12 (1228). С. 33–44; Арсенин В.В., Жильцов В.А., Кулыгин В.М., Обрезков О.И., Переславцев А.В., Спицын А.В. // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2018. Т. 41. № 2. С. 13–22.Ryzhkov S.V., Kuzenov V.V. // Zeitschr. Angew. Math. Phys. 2019. V. 70. P. 46.Ryzhkov S.V., Kuzenov V.V. // Zeitschr. Angew. Math. Phys. 2019. V. 70. P. 46.Рудинский А.В., Ягодников Д.А. // Теплофиз. выс. темп. 2019. Т. 57. С. 777–785 [Rudinskiy A.V., Yagodnikov D.A. // High Temp. 2019. V. 57. P. 753–760].Рудинский А.В., Ягодников Д.А. // Теплофиз. выс. темп. 2019. Т. 57. С. 777–785 [Rudinskiy A.V., Yagodnikov D.A. // High Temp. 2019. V. 57. P. 753–760].Belyaev V.S., Vinogradov V.I., Matafonov A.P. et al. // Phys. At. Nucl. 2009. V. 72. P. 1077–1098.Belyaev V.S., Vinogradov V.I., Matafonov A.P. et al. // Phys. At. Nucl. 2009. V. 72. P. 1077–1098.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.