Термоядерный реактор

Олег Грановский

Модератор
Команда форума
Физикам удалось достичь прорыва:
http://mignews.com/news/technology/090816_150812_11918.html

Российским физикам удалось достичь ошеломительных успехов в процессе работы над термоядерным реактором. Ученые Института ядерной физики проинформировали о результатах многолетней работы, которые оказались ошеломительными.

В результате проведенных исследований удалось поднять температуру плазмы до десяти миллионов градусов по Цельсию. В будущем это даст возможность создания термоядерной системы.

Замдиректора института Александр Иванов заявил, что специалисты уже долгое время ломают головы над проектом термоядерного реактора на основе открытой ловушки. Новое изобретение станет альтернативой международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР). Ученые уверены, что в ходе дальнейших экспериментов смогут существенно поднять температуру плазмы. На данный момент минимальный показатель уже выше того, который необходим для создания термоядерного реактора.

К тому же ученые смогли разработать новейший метод генерации плазмы с помощью мощного микроволнового излучения в крупномасштабной магнитной ловушке открытого типа. Это дало возможность осуществить эксперименты, состоящие в улучшении удержания плазмы с "термоядерными" параметрами.
 

Олег Грановский

Модератор
Команда форума
Вопрос всё ли из перечисленного связано с поломкой этой катушки, но там много чего сказано:

1) отставка главы Принстонской лаборатории физики плазмы Стюарта Прагера;
2) закрытие одного из двух мощных термоядерных реакторов в США;
3) замена катушки, а также еще одного магнита, находящегося на противоположной установке, займет год;
4) закрытие лаборатории Alcator C-Mod в Массачусетском технологическом институте.

P.S.

Полный токамак. Как США потратили миллиарды и проиграли термоядерную гонку:
https://lenta.ru/articles/2016/10/10/fusion/
 

Олег Грановский

Модератор
Команда форума
Полный токамак. Как США потратили миллиарды и проиграли термоядерную гонку
Видать не всё так плохо.

США совершили революцию в области термоядерного синтеза:
https://lenta.ru/news/2016/10/18/tokamak/

Физикам из Массачусетского технологического института, работавшим на токамаке Alcator C-Mod, удалось добиться самого высокого давления плазмы за всю историю наблюдения. О результатах работы исследователи сообщили на саммите Международного агентства по атомной энергии в Японии. Кратко об этом рассказывается на сайте Gizmodo. ...

В результате давление внутри плазмы достигло беспрецедентных двух атмосфер. Хотя этого недостаточно для ее устойчивости, рекорд, по мнению специалистов, является шагом на пути к энергетически выгодным реакторам. ...
А какое давление нужно для достижения устойчивости?
 
А какое давление нужно для достижения устойчивости?
Сложно ответить при такой постановке вопроса. В центре ядерного взрыва огромное давление, но плазма там неустойчива. Логично, что устойчивой плазма будет тогда, когда ее кто-то сдерживает, например сила гравитации в звезде, или сила магнитного поля в токамаке.

Энергетически выгодный реактор - тот, при котором плазма как минимум греет сама себя (благодаря идущей внутри термоядерной реакции). Иными словами - нагрев равен сбросу тепла. Сброс тепла (в вакууме) идет только излучением, если подавить все паразиты типа фотоизлучения (исключительной чистотой плазмы), добиться того, что плазма не светится, то унос будет только нейтронный, для самоподогрева нужно пару мегаватт на куб. Одно столкновение (с синтезом) дает 10^-11 Дж, умножаем на сечение (вероятность) реакции D-Т, соответственно для температуры 100 кэВ нам нужно навскидку 10^19 атомов в кубе, что при такой температуре дает нам одну атмосферу давления.

Конечно на практике идеально темной плазмы не сделать, будет некоторый сброс тепла фотонами. И количество атомов (и соответственно давление плазмы) придется повышать. Насколько - зависит от чистоты плазмы, точнее от того, сколько в плазме осталось атомов, где не оборвали все электроны. Подчеркиваю - все электроны, ведь фотон излучается именно там, возбужденным на орбите электроном.

Другой вопрос - а можно ли эту жалкую одну атмосферу удержать? Теоретически магнитное поле, способное противостоять одной атмосфере - одна Тесла. Вполне разумное (хотя и большое) поле. Но плазма турбулентна. Чтобы сдерживать ее, поле придется делать много-много больше, этак раз в десять-двадцать. Вот это непростая задача.
 
Т.е. нужно примерно 10-20 атмосфер, а пока достигли 2. Т.е. ещё работать и работать...
Еще раз - основная проблема в магнитном поле. Отклоняющие магниты Большого адронного коллайдера, весьма уникальные изделия — до 8 Тесла. А нам для сдерживания плазмы при давлении 1 атмосфера нужны 10-20 Тесла, да еще и в огромном объеме. Это сложнейшая задача.

Поднять давление плазмы очень просто. Непросто удержать. Поэтому нет смысла говорить о давлениях 10-20 атмосфер, ибо магнитные поля силой в 100-200 Тесла в объемах кубометров - для 21 века это фантастика.

Есть ли решение у эффективной термоядерной реакции? Утечка тепла из плазмы растет при увеличении размера токамака. И выработка тепла растет (напомню, нам нужно, чтобы выработка была больше утечки). Хитрость в том, что утечка тепла растет, как квадрат от размера, а выработка - как куб. Итак, не увеличивая давление, мы можем построить эффективный реактор - просто увеличивая его размер (и мощность). Какой размер, какая мощность будет уже эффективным, точнее при какой мощности можно будет рассчитывать на непрерывную реакцию? При достигнутой темноте (чистоте) плазмы и при существующих магнитах (достижимой плотности/давлении)- более гигаватта.

Это значит, что строящийся реактор ITER (мощность 0,5 ГВт) непрерывной реакции синтеза не даст. А если увеличить его размер еще на 15% (и мощность соответственно в полтора раза) - реакция уже будет непрерывной.
 

Олег Грановский

Модератор
Команда форума
Это значит, что строящийся реактор ITER (мощность 0,5 ГВт) непрерывной реакции синтеза не даст. А если увеличить его размер еще на 15% (и мощность соответственно в полтора раза) - реакция уже будет непрерывной.
Так почему же его размеры сразу не сделали на 15% больше?
 
Так почему же его размеры сразу не сделали на 15% больше?
Наверное по той же причине, что не сделали там ни парогенератора, ни турбины, и все произведенное тепло в виде 33 тонн горячей воды в секунду сбрасывают в речку Дюранс.

ITER - экспериментальный реактор, его задача не электричество, а технологии. Например как противостоять чудовищному нейтронному облучению, превышающему в сотни раз излучение обычного ядерного реактора. Как нарабатывать тритий, как маневрировать мощность, как ремонтировать и т.п.

Больше гигавата (и, как следствие, непрерывную реакцию) планируется получать в следующем проекте - DEMO, который будет немного крупнее.
 

merab

 
На южнокорейском термоядерном реакторе KSTAR (Korean Superconducting Tokamak Advanced Research) достигнут один из мировых рекордов удержания плазмы. Разогретый до 50 миллионов градусов Цельсия, что в три раза горячее температуры в ядре Солнца, водород в современном сверхпроводящем токамаке удалось сохранить в режиме H-моды в течение 70 секунд. О работе физиков из Республики Корея рассказывает «Лента.ру».
 
F8C9556F-97C1-4923-8A4F-66E5807B8357.jpegE06C7E8F-E917-4AAA-B7AD-81F6DC82EC94.jpeg
Планируется, что строительство ITER завершится до 2025 года. Уже тогда он начнет вырабатывать энергию за счет ядерного синтеза. Впрочем, как отмечает Le Figaro, ожидать, что ядерный синтез себя окупит, стоит не раньше 2060 года.
 
Сверху Снизу