Термоядерный синтез. 2

 

Министерство образования  Нижегородской области

Государственное образовательное  учреждение

Нижегородский государственный  инженерно-экономический институт

(ГОУ ВПО НГИЭИ)

 

 

Кафедра: физико-математических наук

 

 

Реферат

По дисциплине: «Концепция современного естествознания».

Тема: «Термоядерный синтез».

 

 

 

 

Выполнила студентка

экономического факультета

1 курса, группа 09 БО

Созыкина А.А.

Проверила:

Смыслова А.      

 

 

г. Княгинино

2010г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

По современным физическим представлением, существует всего несколько фундаментальных источников энергии, которые, в принципе, могут быть освоены и использованы человечеством. 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. Можно сказать, что Солнце - это большой естественный термоядерный реактор, снабжающий энергией экологическую систему Земли.

В настоящее время, более 85% энергии  производимой человеком получается при сжигании органических топлив - угля, нефти и природного газа. Этот дешевый источник энергии, освоенный  человеком около 200 - 300 лет назад, привел к быстрому развитию человеческого  общества, его благосостоянию и, как  результат, к росту народонаселения  Земли. Предполагается, что из-за роста  народонаселения и более равномерного потребления энергии по регионам, производство энергии возрастет  к 2050 г примерно в три раза по сравнению  с нынешним уровнем и достигнет 10²¹ Дж в год. Не вызывает сомнения, что в обозримом будущем прежний источник энергии - органические топлива - придется заменить на другие виды производства энергии.

Переход от органических топлив к  широкомасштабной альтернативной энергетике ожидается в середине 21 века. Основной и единственный кандидат для базовой  энергетики - это ядерная энергия. В настоящее время, для получения  энергии освоены лишь ядерные  реакции деления, которые используются на современных атомных электростанциях. Управляемый термоядерные синтез, пока, лишь потенциальный кандидат для базовой энергетики. Процесс термоядерного синтеза в значительной степени свободен от недостатков, присущих процессу деления. Основное и принципиальное отличие: в реакции синтеза не образуется долгоживущих радиоактивных изотопов, топливом для нее служат тяжелые изотопы водорода – тритий и дейтерия, запасов которого на Земле хватит, чтобы обеспечивать человечество энергией около миллиарда лет.  Этот выработавший ресурс нужно будет законсервировать всего на 30 лет, после чего материалы могут быть переработаны и использованы в новом реакторе синтеза. Эта ситуация принципиально отличается от реакторов деления, которые производят радиоактивные расходы, требующие переработки и хранения в течение десятков тысяч лет.

В итоге, получив управляемую реакцию синтеза, можно практически полностью обеспечит себя энергией. Поэтому поиски альтернативных источников энергии идут особенно интенсивно. Продолжающиеся исследования в области управляемого термоядерного синтеза, судя по всему, перешли в стадию технически реализуемых изделий. Если верить мировым научным авторитетам, таким как академик Сагдеев Роальд Зиннурович, в ближайшие 50 лет на Земле должны появиться первые термоядерные электростанции, которые решат проблему безопасного и практически неисчерпаемого источника энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Открытие термоядерного реактора.

  Идея создания термоядерного реактора зародилась в 1950-х годах. Тогда от нее было решено отказаться, поскольку ученые были не в состоянии решить множество технических проблем. Прошло несколько десятилетий прежде, чем удалось «заставить» реактор произвести хоть сколько-нибудь термоядерной энергии.

Решение о проектировании Международного термоядерного реактора (ИТЭР) было принято в Женеве в 1985 году. В проекте участвовали СССР, Япония, США, объединенная Европа и Канада. После 1991 года к участникам присоединился Казахстан. За 10 лет многие элементы будущего реактора удалось изготовить на военно-промышленных предприятиях развитых стран. Например, в Японии разработали уникальную систему роботов, способных работать внутри реактора. В России создали виртуальный вариант установки.

В 1998 году США по политическим мотивам  прекратили финансирование своего участия  в проекте. После того, как к  власти в стране пришли республиканцы, а в Калифорнии начались веерные  отключения электроэнергии, администрация Буша объявила об увеличении вложений в энергетику. Участвовать в международном проекте США не намеревались и занимались собственным термоядерным проектом. 

Проект по числу участников сравним  с другим крупнейшим международным  научным проектом – Международной  космической станции. Стоимость  ИТЭР, прежде достигавшая 8 миллиардов долларов, потом составила менее 4 миллиардов.

В 60-е годы прошлого века французским физиком Луисом Кервраном (Louis Kervran) было предсказана возможность термоядерного синтеза – слияния двух ядер легких изотопов, происходящее при комнатной температуре и сопровождающееся выделением огромного количества энергии. Термоядерный синтез идет в недрах звезд, так как для того, чтобы запустить эту реакцию, необходимы очень высокие температура и давление. Существует мнение, что Нобелевский лауреат просто пошутил, говоря о возможности обойти эти требования, однако многие ученые всерьез загорелись идеей найти способ осуществить реакцию термоядерного синтеза "на столе".

2.Термоядерный синтез

Термоядерная реакция — разновидность ядерной реакции, при которой легкие атомные ядра объединяются в более тяжелые. Для того чтобы произошла реакция синтеза, исходные ядра должны преодолеть силу электростатического отталкивания, для этого они должны иметь большую кинетическую энергию. Если предположить, что кинетическая энергия ядер определяется их тепловым движением, то можно сказать, что для реакции синтеза нужна большая температура. Поэтому реакция названа «термоядерной». Этот термин может использоваться даже в тех случаях, когда реакция ядерного синтеза происходит при низкой температуре, например в том случае, когда кинетическая энергия ядер связана с их направленным движением, а не тепловым.

Атомные ядра имеют положительный  электрический заряд. На больших  расстояниях их заряды могут быть экранированы электронами. Однако для  того, чтобы произошло слияние  ядер, они должны сблизиться на расстояние, на котором действует сильное  взаимодействие. Это расстояние —  порядка размера самих ядер и  во много раз меньше размера атома. На таких расстояниях электронные  оболочки атомов (даже если бы они сохранились) уже не могут экранировать заряды ядер, поэтому они испытывают сильное  электростатическое отталкивание. Сила этого отталкивания, в соответствии с законом Кулона, обратно пропорциональна  квадрату расстояния между зарядами. На расстояниях порядка размера  ядер величина сильного взаимодействия, которое стремится их связать, начинает быстро возрастать и становится больше величины кулоновского отталкивания.

Таким образом, чтобы вступить в реакцию, ядра должны преодолеть потенциальный  барьер. Например, для реакции дейтерий-тритий величина этого барьера составляет примерно 0,1 МэВ. Для сравнения, энергия  ионизации водорода — 13 эВ. Поэтому  вещество, участвующее в термоядерной реакции будет представлять собой  практически полностью ионизированную плазму.

Если перевести 0,1 МэВ  в температуру, то получится примерно 1 ГК. Однако есть два эффекта, которые  снижают температуру, необходимую  для термоядерной реакции. Во-первых, температура характеризует лишь среднюю кинетическую энергию, есть частицы, как с меньшей энергией, так и с большей. На самом деле в термоядерной реакции участвует  небольшое количество ядер, имеющих  энергию намного больше средней (т. н. «хвост максвелловского распределения»). Во-вторых, благодаря квантовым эффектам, ядра не обязательно должны иметь энергию, превышающую кулоновский барьер. Если их энергия немного меньше барьера, они могут с большой вероятностью туннелировать сквозь него. Этот же факт туннелирования используется в мюонном катализе реакций ядерного синтеза.

Термоядерное оружие, имея те же поражающие факторы что и у ядерного оружия, имеет намного большую мощность взрыва. Теоретически она ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов. Создание термоядерного оружия стало возможным только благодаря разновидности гидрида лития — дейтериду лития-6. Это соединение тяжёлого изотопа водорода — дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6. Дейтерид лития-6 — твёрдое вещество, которое позволяет хранить дейтерий (обычное состояние которого в нормальных условиях — газ) при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент — литий-6 — это сырьё для получения самого дефицитного изотопа водорода — трития. Собственно, — единственный промышленный источник получения трития:

.

Для того, чтобы создать необходимые для начала термоядерной реакции нейтроны и температуру (порядка 50 млн. градусов), в водородной бомбе сначала взрывается небольшая по мощности атомная бомба.

Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который носит управляемый характер в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерном оружии).

Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной  энергетики тем, что в последней  используется реакция распада, в  ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. Основные ядерные  реакции, которые используются в  целях осуществления управляемого термоядерного синтеза:

  и   .

УТС возможен при выполнении двух критериев:

• Температура плазмы:

• Соблюдение критерия Лоусона: ,

где - плотность высокотемпературной плазмы, - время удержания плазмы в системе.

В настоящее время управляемый  термоядерный синтез ещё не осуществлён  в промышленных масштабах. Однако, строительство международного исследовательского реактора ITER уже находится в начальной стадии.

Рассматриваются две принципиальные схемы осуществления управляемого термоядерного синтеза.

1. Квазистационарные системы. Нагрев и удержание плазмы осуществляется магнитным полем при относительно низком давлении и высокой температуре. Для этого применяются реакторы в виде токамаков, стеллараторов, зеркальных ловушек и торсатронов, которые отличаются конфигурацией магнитого поля. Реактор ИТЭР имеет конфигурацию токамака.

2. Импульсные системы.  В таких системах УТС осуществляется  путем кратковременного нагрева  небольших мишеней, содержащих  дейтерий и тритий, сверхмощными  лазерными или ионнными импульсами. Такое облучение вызывает последовательность термоядерных микровзрывов.

Исследования первого  вида термоядерных реакторов существенно  более развиты, чем второго.

Теперь более подробно рассмотрим неуправляемый и управляемый  ядерный синтез .неуправляемый

3.Неуправляемый термоядерный синтез.

Неуправляемый термоядерный синтез представляется в виде термоядерных оружий, бомб. Одной из таких бомб стала водородная.

В ноябре 1952 г. США первыми  в мире произвели термоядерный взрыв. Его мощность превысила 10 Мт, а поток  нейтронов был настолько велик, что американским физикам, изучавшим  продукты взрыва, удалось даже открыть  два новых трансурановых элемента, названных эйнштейнием и фермием.

12 августа 1953 г. в СССР  по схеме, предложенной Л. Д.  Сахаровым и названной у нас  "слойкой", был успешно испытан  первый в мире реальный водородный заряд. В этом заряде в качестве термоядерного горючего был использован, по предложению В. Л. Гинзбурга, литий в виде твердого химического соединения. Это позволило в ходе термоядерной реакции (при взрыве) получить дополнительное количество трития, что заметно повышало мощность заряда.

Испытанный в СССР термоядерный заряд был готов к применению в качестве транспортабельной бомбы, то есть представлял собой первый реальный образец водородного оружия. Он имел несколько больший вес  и те же габариты, что и первая советская атомная бомба, испытанная в 1949 г., но в 20 раз превышал её по мощности (мощность взрыва 12 августа 1953 г. составила  около 400 кт). Существенно, что вклад  собственно термоядерных реакций в  полную величину мощности приближался  к 15-20%. Состоявшийся эксперимент стал выдающимся приоритетным достижением  наших физиков и особенно А. Д. Сахарова и В. Л. Гинзбурга.

Водородная бомба, оружие большой разрушительной силы, принцип  действия которого основан на реакции  термоядерного синтеза легких ядер. Источником энергии взрыва являются процессы, аналогичные процессам, протекающим  на Солнце и других звездах.

Последовательность процессов, происходящих   при   взрыве   водородной   бомбы,   можно   представить   следующим образом. Сначала взрывается находящийся  внутри оболочки заряд-инициатор термоядерной реакции (небольшая атомная бомба), в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая  температура, необходимая для инициации  термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития - соединения дейтерия с литием (используется изотоп лития с массовым числом 6). под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе.

Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с  тритием, температура внутри бомбы  стремительно нарастает, вовлекая в  синтез все большее и большее количество водорода. При дальнейшем повышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, характерная для чисто водородной бомбы. Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные.

На самом деле в бомбе  описанная выше последовательность процессов заканчивается на стадии реакции дейтерия с тритием. Далее  конструкторы бомбы предпочли использовать не синтез ядер, а их деление. В результате синтеза ядер дейтерия и трития образуются гелий и быстрые нейтроны, энергия  которых достаточно велика, чтобы  вызвать деление ядер урана-238. Быстрые  нейтроны расщепляют атомы урановой оболочки супербомбы. Деление одной тонны урана создает энергию, эквивалентную 18 Мт. Энергия идет не только на взрыв и выделение тепла. Каждое ядро урана расщепляется на два сильно радиоактивных «осколка». В число продуктов деления входят 36 различных химических элементов и почти 200 радиоактивных изотопов. Все это и составляет радиоактивные осадки, сопровождающие взрывы супербомб.

Благодаря уникальной конструкции  и описанному механизму действия оружие такого типа может быть сделано  сколь угодно мощным.

Последствия взрыва такой бомбы колоссальны. Два главных поражающих фактора - ударная волна и тепловой эффект. Прямое (первичное) воздействие взрыва супербомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий - это ударная волна огромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва. Тепловое воздействие взрыва определяется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха - туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может вызвать серьезные ожоги.

В случае военных действий применение водородной бомбы приведет к немедленному радиоактивному загрязнению  территории в радиусе около 100 км от эпицентра взрыва. При взрыве супербомбы загрязненным окажется район в десятки тысяч квадратных километров. Столь огромная площадь поражения одной единственной бомбой делает ее совершенно новым видом оружия. Даже если супербомба не попадет в цель, проникающее излучение и сопровождающие взрыв радиоактивные осадки сделают окружающее пространство непригодным для обитания. Такие осадки могут продолжаться в течение многих дней, недель и даже месяцев. В зависимости от их количества интенсивность радиации может достичь смертельно опасного уровня. Даже спустя длительное время после прекращения прямого воздействия радиоактивных осадков будет сохраняться опасность, обусловленная высокой радиотоксичностью таких изотопов, как стронций-90.

4.Управляемый  термоядерный синтез.

Термоядерная энергетика – это источник, в которой используется абсолютно нерадиоактивный дейтерий и радиоактивный тритий, но в объемах в тысячи раз меньших, чем в атомной энергетике. А в возможных аварийных ситуациях радиоактивный фон вблизи термоядерной электростанции не превысит природных показателей. При этом на единицу веса термоядерного топлива получается примерно в 10 млн. раз больше энергии, чем при сгорании органического топлива, и примерно в 100 раз больше, чем при расщеплении ядер урана. И источник этот практически неисчерпаем, он основан на столкновении ядер водорода, а водород - самое распространенное вещество во Вселенной.

Однако проблема управляемого термоядерного синтеза настолько  сложна, что самостоятельно с ней  не справится ни одна страна. Поэтому  мировое сообщество избрало самый  оптимальный путь - создание проекта  Международного термоядерного экспериментального реактора - ИТЭР, в котором на сегодня  участвуют, кроме России, США, Евросоюз, Япония, Китай и Южная Корея.

4.1. Теоретическая база

Управляемый термоядерный синтез –  процесс слияния лёгких атомных  ядер, происходящий с выделением энергии  при высоких температурах в регулируемых, управляемых условиях. Скорости протекания термоядерных реакций малы из-за кулоновского отталкивания положительно заряженных ядер. Поэтому процесс синтеза  идёт с заметной интенсивностью только между лёгкими ядрами, обладающими  малым положительным зарядом  и только при высоких температурах, когда кинетическая энергия сталкивающихся ядер оказывается достаточной для  преодоления кулоновского потенциального барьера. В природных условиях термоядерные реакции между ядрами водорода (протонами) протекают в недрах звёзд, в частности  во внутренних областях Солнца, и служат тем постоянным источником энергии, который определяет их излучение. Сгорание водорода в звёздах идёт с малой  скоростью, но гигантские размеры и  плотности звёзд обеспечивают непрерывное  испускание огромных потоков энергии  в течение миллиардов лет. С несравненно большей скоростью идут реакции между тяжёлыми изотопами водорода (дейтерием ²H и тритием ³H) с образованием сильно связанных ядер гелия:

,

,

.

Именно названные реакции представляют наибольший интерес для проблемы управляемого термоядерного синтеза. В особенности привлекательна вторая реакция, сопровождающаяся большим энерговыделением и протекающая со значительной скоростью. Тритий радиоактивен (период полураспада 12,5 лет) и не встречается в природе. Следовательно, для обеспечения работы предполагаемого термоядерного реактора, использующего в качестве ядерного горючего тритий, должна быть предусмотрена возможность воспроизводства трития. С этой целью рабочая зона рассматриваемой системы может быть окружена слоем лёгкого изотопа лития, в котором будет идти процесс воспроизводства.

Вероятность (эффективное поперечное сечение) термоядерных реакций быстро возрастает с температурой, но даже в оптимальных условиях остаётся несравненно меньше эффективного сечения  столкновений атомных. По этой причине  реакции синтеза должны происходить  в полностью ионизованной плазме, нагретой до высокой температуры, где  процессы ионизации и возбуждения  атомов отсутствуют и дейтон-дейтонные  или дейтон-тритонные столкновения рано или поздно завершаются ядерным синтезом.

Применение  законов сохранения энергии и  числа частиц позволяет выяснить некоторые предъявляемые к реактору синтеза общие требования, не зависящие  от каких-либо особенностей технологического или конструктивного характера  рассматриваемой системы. На рисунке изображена принципиальная схема работы реактора. Установка произвольной конструкции содержит чистую водородную плазму с плотностью п при температуре Т. В реактор вводится топливо, например равнокомпонентная смесь дейтерия и трития, уже нагретая до необходимой температуры. Внутри реактора инжектируемые частицы время от времени сталкиваются между собой и происходит их ядерное взаимодействие. Это полезный процесс; одновременно, однако, из реактора уходит энергия за счёт электромагнитного излучения плазмы и из рабочей зоны ускользает некоторая доля "горячих" (обладающих высокой энергией) частиц, которые не успели испытать ядерные взаимодействия. Пусть t – среднее время удержания частиц в реакторе; смысл величины t таков: за время в 1 сек из 1 см³ плазмы в среднем уходит n/t частиц каждого знака. В стационарном режиме в реактор надо ежесекундно инжектировать такое же число частиц (в расчёте на единицу объёма). Для покрытия энергетических потерь подводимое топливо должно подаваться в зону реакции с энергией, превышающей энергию потока ускользающих частиц. Эта дополнительная энергия должна компенсироваться за счёт энергии синтеза, выделяющейся в зоне реакции, а также за счёт частичной рекуперации в стенках и оболочке реактора электромагнитного излучения и корпускулярных потоков. Примем для простоты, что коэффициент преобразования в электрическую энергию продуктов ядерных реакций, электромагнитного излучения и частиц с тепловой энергией одинаков и равен η. Величину η часто называют коэффициент полезного действия (кпд). В условиях стационарной работы системы и при нулевой полезной мощности уравнение баланса энергии в реакторе имеет вид:

, (1)

где P_o - мощность ядерного энерговыделения, P_r - мощность потока излучения и P_t - энергетическая мощность потока ускользающих частиц. Когда левая часть написанного равенства делается больше правой, реактор перестаёт расходовать энергию и начинает работать как термоядерная электростанция. При написании равенства (1) предполагается, что вся рекуперированная энергия без потерь возвращается в реактор через инжектор вместе с потоком подводимого нагретого топлива.

Таким образом, даже в оптимальных  условиях, для наиболее интересного  случая - реактора, работающего на равнокомпонентной  смеси дейтерия и трития, и при  весьма оптимистических предположениях относительно величины η необходимо достижение температур ~ 2∙10⁸ К. При этом для плазмы с плотностью ~ 10¹⁴см^-3 должны быть обеспечены времена удержания порядка секунд.

Итак, сооружение реактора предполагает: 1) получение плазмы, нагретой до температур в сотни миллионов градусов; 2) сохранение плазменной конфигурации в  течение времени, необходимого для  протекания ядерных реакций. Исследования по управляемому термоядерному синтезу  ведутся в двух направлениях - по разработке квазистационарных систем, с одной стороны, и устройств, предельно быстродействующих, с другой.

Управляемый термоядерный синтез с  магнитной термоизоляцией. Основной вопрос состоит в том, каким способом удерживать горячую плазму в зоне реакции. Диффузионные потоки частиц и  тепла при указанных значениях  оказываются гигантскими и любые  материальные стенки непригодными. Основополагающая идея, высказанная в 1950 в Советском  Союзе и США, состоит в использовании  принципа магнитной термоизоляции  плазмы. Заряженные частицы, образующие плазму, находясь в магнитном поле, не могут свободно перемещаться перпендикулярно  к силовым линиям поля. В результате коэффициенты диффузии и теплопроводности поперёк магнитного поля, в случае устойчивой плазмы, очень быстро убывают  с возрастанием напряжённости поля и, например, при полях ~10⁵ гс уменьшаются на 14-15 порядков величины против своего "незамагниченного" значения для плазмы с указанной выше плотностью и температурой. Таким образом, применение достаточно сильного магнитного поля в принципе открывает дорогу для проектирования реактора синтеза.

Исследования в области управляемого термоядерного синтеза с магнитной  термоизоляцией делятся на три основных направления:     

1) открытые (или зеркальные) магнитные  ловушки; 2) замкнутые магнитные системы; 3) установки импульсного действия.

В открытых ловушках уход частиц из рабочей  зоны поперёк силовых линий на стенки установки затруднён; он происходит либо в ходе процесса "замагниченной" диффузии (то есть очень медленно), либо путём перезарядки на молекулах остаточного газа. Заполнение ловушек плазмой обычно производится путём инжекции плазменных сгустков или отдельных частиц, обладающих большой энергией. Дополнительный нагрев плазмы может быть осуществлен с помощью адиабатического сжатия в нарастающем магнитном поле.

В системах замкнутого типа (токамак, стелларатор) уход частиц на стенки тороидальной установки поперёк продольного магнитного поля также затруднён и происходит за счёт замагниченной диффузии и перезарядки. Нагревание плазменного шнура в токамаке на начальных стадиях процесса осуществляется протекающим по нему кольцевым током. Однако по мере повышения температуры джоулев нагрев становится всё менее эффективным, так как сопротивление плазмы быстро падает с ростом температуры.

В установках импульсного действия нагревание плазмы и её удержание  осуществляются сильными кратковременными токами, протекающими через плазму. При одновременном нарастании тока и магнитного давления плазма отжимается от стенок сосуда, чем обеспечивается её термоизоляция.

Успешная работа любой из перечисленных  установок возможна только при условии, что исходная плазменная структура  оказывается макроскопически устойчивой, сохраняя заданную форму в течение всего времени, необходимого для протекания реакции. Кроме того, в плазме должны быть подавлены микроскопические неустойчивости, при возникновении и развитии которых распределение частиц по энергиям перестаёт быть равновесным и потоки частиц и тепла поперек силовых линий резко возрастают по сравнению с их теоретическими значениями. Именно в направлении стабилизации плазменных конфигураций развивались основные исследования магнитных систем, начиная с 1950, и эта работа всё ещё не может считаться полностью завершенной.

  Исследования в области управляемого  термоядерного синтеза сталкиваются  с большими трудностями как  чисто физического, так и технического  характера. К первым относится  уже упомянутая проблема устойчивости  горячей плазмы, помещенной в  магнитную ловушку. Правда, применение  сильных магнитных полей специальной  конфигурации подавляет потоки  частиц, покидающих зону реакции,  и позволяет получить в ряде  случаев достаточно устойчивые  плазменные образования. 

Вторая фундаментальная трудность  связана с проблемой примесей. Даже малая добавка чужеродных атомов с большим Z, которые при рассматриваемых температурах находятся в сильно ионизованном состоянии, приводит к резкому увеличению интенсивности сплошного спектра, к появлению линейчатого спектра и возрастанию энергетических потерь выше допустимого уровня. Требуются чрезвычайные усилия, чтобы содержание примесей в плазме оставалось ниже допустимого уровня.

Огромное значение, которое  придаётся исследованиям в области  управляемого термоядерного синтеза, объясняется рядом причин. Нарастающее  загрязнение окружающей среды настоятельно требует перевода промышленного  производства планеты на замкнутый  цикл, когда возникает минимум  отходов. Но подобная реконструкция  промышленности неизбежно связана  с резким возрастанием энергопотребления. Между тем ресурсы минерального топлива ограничены и при сохранении существующих темпов развития энергетики будут исчерпаны на протяжении ближайших  десятилетий (нефть, горючие газы) или  столетий (уголь). Конечно, наилучшим  вариантом было бы использование  солнечной энергии, но низкая плотность  мощности падающего излучения сильно затрудняет радикальное решение  этой проблемы.