Чиста енергія для пені

Коли з'являються термоядерні електростанції? Вчені часто говорять про те, що «на 20 років ми вирішуємо всі фундаментальні питання». Ядерні інженери говорять про другу половину 21 століття. Політиці говорять про море чистої енергії для пені, не турбуючись з датами. Економісти говорять ніколи.

Люди, як правило, роблять прогнози за рахунок екстраполяції свого досвіду. У разі спроб створення комерційної фузійної електростанції, досвід негативний - 60 років зусиль привели до половини успіху - щось, але це чітко не те, що можна використовувати щодня, щоб генерувати електроенергію. Intuition коментує, що Якщо протягом 60 років ми не подолали цю стіну, то не варто очікувати нічого хорошого в майбутньому.й





У 20-х роках творці першого токамака Т-1 Артимович, Явлінський також обіцяли електростанції.

Немає причин. Оскільки кількість технологій та знань постійно зростає, зокрема про плазму та її утримання. На деякий момент, наші знання будуть достатньо, щоб зробити fusion можливо в нормальному і рутинному процесі інвестування в технології, без особливих зусиль.

доб.

Тут є рутинний приклад установки C-2U.



На шляху до цього «перхапсу» сьогодні існує безліч психологічних бар’єрів. Часто розробники фузійних реакторів стикаються з непередбачуваністю, завищеними оцінками, новими неприємними фактами з галузі фізики плазми. Дуже часто спосіб боротьби з цими фактами призвели до поняття до господарського мертвого кінця, коли два десятки інженерних диви були викручені до простого спочатку машини, а отримана установка стала рекордно-розривним розчином, в якому не було приміщення для «корисності», «надійності», «похилості».



Розкішний новий плакат з ITER вирізається натяками на глибині задачі з складністю fusion рослин.



На цьому фоні дуже важко взяти відповідальність за вирішення майбутнього, оскільки ще невідомі проблеми і постулювати, що реактор fusion може бути побудовано навіть якщо фізика і інженерія світло зеленого світла вперше. Що робити, якщо розмір реактора виростає, новий неприємний тип нестійкості відкриває? Що робити реактор нижче плінтуса? Що робити, якщо матеріали fusion реактора, коли тривалість операції збільшується від 10 до 31,000,000 секунд, не витримувати?

, Україна



Офіційні плани Європи навіть у дуже оптимістичній формі обіцяють прототип fusion потужністю 2050 року. Чи можливо, що хтось буде робити це рано?



Сьогодні, Каліфорнія компанія Tri Alpha Energy (TAE) – це психологічно найближчий до будівництва електростанцій. Тут, команда 150 осіб, в тому числі багато емінесентних плазмофізиків, поставляються в умовах, де вони повинні показати нове досягнення кожні 2-3 роки в загальному контурі руху в комерційну fusion електростанції. По суті, він поставив план відкриття в плазмі фізики. Фліп-пошта цього тиску є божевільним темпом, в якому реалізовані ідеї науковців – експериментальна установка Tri Alpha легко модернізується через місяць після появи нових ідей – у порівнянні з роками для університету та академічних налаштувань.



Підпишіться на наш канал YouTube, який дозволяє дивитися онлайн, завантажити з YouTube безкоштовно відео про відновлення, омолодження особи. Любов для інших і для себе, як відчуття високих коливань, є важливим чинником в загоєнні.



Цікаве відео з TAE – відновлення картини, що відбувається з плазмою в установці C-2U. Зверніть увагу на таймер зліва зверху - він стає зрозумілим, що плазма без западу 8 000 мікросекундів (поточний запис) досить довго.



Ідея за реактором TAE полягає у використанні плазмозних вихрових вихорів (з'єднаної конфігурації поля), які мають властивість самовідновлення та деякі інші переваги, зберігаючи їх стабільність з нейтральними векторами балки, досить свіжим - хайлінг від середини 90. У будь-якому випадку це нова, ніж ідеї токамака, столяратора або класичної відкритої пастки. FRCs має досить незвичайний набір властивостей, які в такому реакторі зручно використовувати термоядерну реакцію H1 + B11 = 3*He4 (H1 тут звичайний водень, B11 є найбільш поширеним ізотопом бору, і He4 є вихідним альфа-часткою, звідси назва компанії Tri Alpha). Парадоксально це одна з найважчих термоядерних реакцій – вона вимагає температур 15 разів вище, ніж «класичний» деuterium-tritium, і тому 15 разів вищий магнітний тиск для збереження і більш жорсткі вимоги до плазмової чистоти.

р.



Швидкість різних термоядерних реакцій при однаковій щільності залежно від температури. Зверніть увагу, що вага зліва логарифмічна. При температурі 320 кВ, pB11 практично ідентичний DHe3 і кілька разів сповільнюється, ніж класична DT.



Тим не менш, FRCs дозволяють використовувати практично всю кількість магнітного тиску поля, на відміну від токамаксів, де можна використовувати лише 10%. Є переваги PB11 - як компоненти поширені, так і безпечні (наприклад, радіоактивний тритіум і гелій ізотоп He3, які не існують на Землі, і якщо тритію можна принаймні отримати з літію, то He3 - тільки витягується десь в космосі), а крім того, реакція не дає потужного нейтронного випромінювання. Для реактора ДТ, нейтронного випромінювання, який несе 86% енергії реакції настій, буде справжнім осморозом, швидко руйнує і активізує структурні матеріали. Для pB11 потужність нейтронів буде ~0.1% від потужності реактора через несприятливі реакції.

18564



Сама ФРК влаштована так - плазма в зовнішній поздовжньому полі ковтається у вигляді циліндра і займає власне поле. Ця конфігурація, як правило, швидко згортається, але засновник TAE придумав ідею того, як це утворення може підтримуватися, і команда TAE доведе її правильно.


Плазми зазвичай звертають увагу на екстремальну складність отримання плазмових параметрів, необхідних для pB11, ніж до значних економічних переваг цієї реакції. Тритієві і нейтрони в реакторі є величезним тягаром, помножуючи вартість і складність концепції реактора, однак, для вирішення цих труднощів не більше фізиків. З іншого боку, можливий варіант для D + Він3 реакція практично також анутрон (невтрон живлення становить 1-4% від потужності реактора) страждає від необхідності побудови інфраструктури для видобутку гелію3 паралельно з електростанціями, сьогодні незахищена окупація (наприклад, вона може бути передана в атмосферу Урану, як ви любите цей варіант? Хоча деякі люди будуть нещасливими, що ми не перевозимо паливо з Урану.





Для інвесторів TAE вже промальовує попередній вигляд на реакторі fusion 380 мегават (електричний) Плани побудови п'ятдесят таких електростанцій в 2030-х роках



Гідроген і Бор-11 більш доступні, ніж ядерні палива, такі як уран 235 або флутоній 239.

Три Альфа, що зібрав фахівців на рівні кращих центрів світу для вивчення плазми фузії, швидко рухається. Не до 2015 року ФРК вихрестів показали шляхи збереження себе без розпаду потужних таргентних балок нейтральних частинок — одна з ключових звітів засновника компанії, фізика Norman Rostoker. І тепер вони побудують нову інсталяцію, в якій буде досягнуто 30-кратне збільшення потрійного параметра (продукт щільності, температури і часу затримки). Якщо TAE знову чекає успіху, то ця установка дозволить вам знайти так званий масштабування - емпірична залежність потрійного параметра на характеристиках установки (розмір, магнітне поле, потужність нейтральних форсунок тощо). Скальлінг, в свою чергу, дозволить визначитися з високою точністю, чи дійсно можна зробити реактор на основі ідеї Tri Alpha, або він буде непристойним.





Машина, зібрана TAE тепер – C2W, буде обладнана 8 інжекторами нейтрального променя INP, і здатна утримувати FRC з температурою 1-3 кВ і термоядерною щільністю для ~ 30 мілісекундів, можливість працювати з воднем, деутеріумом і плазмою бору.







І це далекі плани, які завершують встановлення лінії, вже з термоядерним вихідом. Q тут є одним з найскладніших параметрів для pB11 - співвідношення термоядерного виходу на опалення.



Цікаво, що на цьому шляху природа іноді кидає не тільки труднощі, але й подарунки. Наприклад, у всіх навчальних посібниках написано, що термоядерна реакція водню-борона (p + B11 -> He4 + He4 + He4 + He4) в оптично прозорій плазмі завжди втратить більше енергії, ніж вона випромінює, тобто для підтримки її, вам потрібно зовнішній обігрів - ідеальний спосіб і досить невеликий ~15% потужності fusion реактора. Цей неприємний характер pB11 досить легко обчислюється з розділу (пробабельність) реакції при зіткненні протону і бронювального і розрахунку електромагнітних втрат під час розсіювання гарячих електронів (і pB11 вимагає 20 разів більше температури, ніж реакція ITER D+T->He + n). Тепер нові, більш точні заміри перерізу pB11 показали, що переріз вище, ніж раніше продуманий. При певних температурах, відповідно до нових даних, fusion випускає більше енергії на цю реакцію, ніж втратиться! Цікаво побачити фізичні підручники.





Нові значення перерізу pB11 залежно від температури (червоний).







І дивовижний момент, коли необхідно переписати підручники фізики – якщо раніше (блакитний пункт) енергетичний урожай реакції був менший, ніж втрати (червона лінія) навіть в теоретичній версії, зараз це приблизно рівний (блакитний рядок), і ще трохи більше.



Тим не менш, відстань долати Три Альфа ще дуже довге - навіть якщо масштаби точні, необхідно поліпшити якість затримки на сотні разів - магнітний тиск, потужність і час експлуатації НБІ і всі інші системи. Команда TAE може добре зіткнутися з типовою проблемою фузійних рослин - це занадто великий, занадто складний, і занадто повільно на шляху до комерційних реакторів. Повернувшись до чисел, я повинен сказати, що зараз температура запису FRC трохи менше одного тис. еВ, і вам потрібно - 320,000 eV. Час затримки енергії - це кілька мілісекундів, і вам потрібно десятки секунд. Також не менше десяти разів не досягають необхідних параметрів в промисловій установці. Деякі з цього можна побороти просто, збільшуючи розмір і потужність реактора, але деякі повинні бути побудовані якісно – поліпшення чистоти плазми, ефективності систем підтримки, пошуку нових, більш успішних плазмових режимів.





Ще одна робота художника по можливому появі майбутніх автомобілів TAE.







Картина з зіркою — різні варіанти першого термонуклеючого верстата Tri Alpha — з кращими і гіршим завершенням. Час затримки FRC від 7 до 30 секунд (не мілісекунди!), вам знадобиться системи подачі палива FRC, накачування гелію «ош», яка «захищає печі», нові мегавольтні нейтральні промені інжектори, які зараз розроблені в Новосибірську ІНП і трохи удачі, так що плазма не викидає наступного тунелю.



Три Альфа планують піти таким чином в 5 установках і близько 15 років, і отримав близько половини мільярдів доларів з різних інвесторів для цієї роботи.





Фото з всередині вже розібраного C-2U. До речі, співробітник вдягнув такий спосіб не так, щоб кожен розумів його прохолоду, але щоб не залишити органічні речовини на внутрішніх стінках камери - плазма надзвичайно чутлива до якості вакууму і до забруднень, а одне волосся в вакуумній камері може не дозволити проводити експеримент.



Але я нічого не говорю про психологію. В той час як команда TAE впевнено їсть очима інвесторів, інших фахівців, багаторазово горять на прогнози, більш скромно про актуальні перспективи термоядерної енергії. Тим не менш, останні теоретичні ідеї в Інституті ядерної фізики в м. Новосибірськ, якщо підтверджено в експерименті, можна значно спростити роботу по створенню fusion реактора, зменшуючи його розмір і складність.

До того, як я говорю про них, я хочу приховати на цікавий момент. Уявіть на те, що ядерні фізико-математичні засоби за останні роки на твердих планах для «потужного заводу» і кожного разу вони приходять і кажуть: «Пласма важче, ніж ми думали, нам потрібна ще 20 років». А потім вони приходять і кажуть, "Пласма важче, ніж ми думали, тому у нас є простий і дешевий розчин, але нам потрібно 20 років." Що ви сказали їм?

Таким чином, ми говоримо про два теоретичні, можливі ідеї – «діамагнітний бульбаш» та «плазма накачування гвинтового магнітного поля». Першим є занурення бульбашок плазми у відкритий пастці, тим самим істотно збільшуючи кількість плазми і її тиск – ідеальний напрямок подорожі, якщо ми хочемо зменшити втрати енергії з термоядерної плазми. Здавалося б, тривіальна ідея включає в себе кілька хитрощих функцій, які виникли в останні десятиліття. Такий бульбаш може ~10 разів зменшити розмір фузійного реактора на відкритій пастці. Експериментальне тестування цієї ідеї очікується в наступній парі років.





Бульба є дійсно бульбашки. Оригінальний плазмовий контур у пасці GDL намальовується синьою лінією.




Схематичний розділ відкритої пастки ГДЛ, на основі якого здійснюється ідея проростання бульбашок, і до якого здійснюється значне скорочення розмірів реактора живлення, якщо це працює.



Оскільки мова йде про відкриті пастки – давайте мені нагадувати вам, що ця найпростіша версія фузійної рослини «покинути» на час через дві основні проблеми – нестабільність, яку ми навчилися боротися тільки в 21 столітті, коли інтерес до пасток був переважно втрачений і велика поздовжня теплопровідність (тобто витік тепла з плазми через отвори в кінці циліндричної установки – потім це відкрита пастка). Друга проблема не повністю вирішена сьогодні, тому замість deuterium або boron ви повинні спалювати вугілля. Отже, «плазма накачування гвинтового магнітного поля» є прототипом магнітної системи, яка встановлена на відкритих кінцях пастки і «пампах» плазми спини, завдяки взаємодії гвинтового магнітного поля з плазмою, що обертається навколо осі, летять вперед. Ефективність при пригніченні поздовжньої теплопровідності такої системи може бути неймовірно високою, розв’язуючи решту фундаментальної проблеми OL.





Головною схемою установки SMOLA є плазма гармата зліва, спіральна магнітна система посередині, а відрізаний електронний бак зліва, що створює електричний градієнт в плазмі, що перекручує його. Гвинтова система може бути включена до "полонених" і "проти" плазми.



Найцікавіше, що установка СМОЛА для перевірки «збереження вітру» вже йде в ІНП, і можливо, що перші результати будуть бачити навесні 2017 року. Ще один раз, за 50 років ця проблема зберегла фузію реактора, який будується на основі відкритої пастки (у справедливості, поряд з іншими фізичними питаннями і багато інженерних питань все ще приходять), і може бути закритий в досить рутинному фізико-дослідному експерименті наступного року.





У 1958 р. стаття «Стєларатор перспективує значне лепа при отриманні корисної енергії з контрольованої фузи.»



Цікаво: Чому акумулятори нового покоління?

Росія для розробки альтернативної енергії в Арктики



Я знову подумав про психологію. За останні 30 років люди звикли до ідеї, що енергія настій не менш економічно не регульована, і, можливо, позаштатний заборонений для інженерних або фізичних причин. Вони звикли до епоху, коли успіхи фізико-психологів по цьому шляху були половинними, а запропоновані конструкції фузійних реакторів не були життєздатними. Тепер ми можемо ввести наступну епоху, коли ми повинні зважувати себе від того, що неможливі силові рослини. Коли відхилені ідеї 40 або навіть 60 років тому з новим розумінням плазмо-технічних можливостей (наприклад, надпровідників або цифрових систем управління) раптом світлом зеленого світла.



Кредит Валентина @tnenergy



P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!

Джерело: geektimes.ru/post/279868/