Есть вот такая вот забавная картинка.
Это объём топлива, необходимый для работы в течение года электростанции мощностью 1 ГВт. Сравниваются угольная (привет немцам), АЭС, для устрашения - ЭС на дровах.
При том, что дейтерий содержится в воде, а литий добывается ежегодно тысячами тонн (для аккумуляторов). Становится понятно, что у УТС есть некоторые преимущества.
В прошлый раз мы остановились на количественных требованиях к удержанию плазмы, чтобы энергетический выход от УТС был положительным. Также упомянули, что есть два пути достижения Критерия Лоусона.
Настал черёд подробнее разобрать эти способы и посмотреть, как далеко продвинулись физики за 50 лет.
Начнём с методов, направленных на увеличение времени удержания.
В настоящее время наиболее успешными и подающими главные надежды на получение термоядерных реакторов являются токамаки (токамак – тороидальная камера с магнитными катушками).
Токамак глазами голодных студентов-физиков.
Первые эксперименты по управляемому удержанию плазмы начались в 1956 году в СССР, Первый токамак (Т-1) был построен в 1958 году. За 10 лет удалось создать первый большой токамак Т-3, на котором были получены небывалые по тем временам температуры и плотности частиц. Полученная температура составила 10 миллионов градусов, а показатель n*Te – 5*1011. Удержание плазмы длилось 20 миллисекунд.
Токамак Т-3 - первый значимый шаг к УТС.
Прорыв был настолько существенным, что американские и европейские учёные приезжали и на своём оборудовании измеряли эти значения, так как поверить в это было трудно. После подтверждения результатов в мире наступила эра токамаков.
Принцип работы токамака
Из камеры откачивают воздух, чтобы посторонние атомы не вмешивались в процесс, а затем в нее вводят рабочую смесь. Снаружи расположены катушки, подключенные к переменному электрическому напряжению. Подобно первичной обмотке трансформатора, они создают кольцевой ток в водородной плазме. В газе всегда есть свободные ионы и электроны,которые начинают двигаться в камере по кругу. Этот ток нагревает газ, количество ионизированных атомов растет, одновременно увеличивается сила тока, и повышается температура плазмы. А значит, количество водородных ядер, слившихся в ядро гелия и выделивших энергию, становится все больше.
Магнитное поле, удерживающее плазму, поддерживается как за счет тока, протекающего через обмотку вокруг камеры, так и за счет тока, индуцированного в плазме. Для получения более устойчивой плазмы используется внешнее продольное магнитное поле.
К сожалению, ряд технических ограничений не позволял получить необходимые для реактора показатели. Плазменный шнур не получалось нагреть до нужных температур, он обладал неусточивостями, которые приводили к выбросу плазмы на стенки.
В 70-е годы появилось второе поколение установок. Была существенно усовершенствована система нагрева, несколько изменилась конструкция (появился дивертор - специальная область, куда "уходит" часть плазмы вместо того, чтобы вылетать на стенки), испытаны методики диагностики и управления плазмой. В СССР это были машины Т-7 и Т-10. На Т-7 была впервые в мире использована сверхпроводящая обмотка (рабочая температура – 4 градуса кельвина, охлаждение жидким гелием ). На Т-10 удалось получить температуру 90 миллионов градусов. Показатель n*Te был улучшен на порядок и достиг 5*1012 (отставание в 200 раз от критерия Лоусона). Было выявлено, что дополнительный нагрев плазмы вызывает появление собственных токов в шнуре (не индуцированных увеличением внешнего магнитного поля, которое, понятно, нельзя увеличивать бесконечно), что теоретически позволяет получить стационарный режим горения.
Наступило чёткое понимание, что термоядерный реактор возможен. И были сформированы задачи для токамаков нового поколения.
В 80-е годы было построено 5 токамаков нового поколения (Т-15 в СССР, JET и TORUS-SUPRA в Европе, JT60-U в Японии, TFTR - в США ). Все они являются прототипами будущего ИТЭРа. В основном тексте не хочу вдаваться в детали, что именно было сделано, так как это уже довольно специфические технические подробности, но суть в том, что отставание от критерия Лоусона составляет менее порядка. То есть за 10 лет был достигнут прогресс на два порядка. Время удержания увеличилось более чем в 1000 раз. Рекорд сейчас принадлежит TORUS-SUPRA с временем горения – более 350 секунд.
В картинках прогресс в разных шкалах выглядит так:
То есть время удержания в среднем утраивается каждые 22 месяца.
Кроме того, были подтверждёны расчётные формулы, которые могут предсказать время удержания плазмы в будущих системах.
В 90-е годы существенных прорывов не случилось (видимо, исчезла страна, которая эти прорывы во многом и обеспечивала). Разве что британские учёные решили делать сферические токамаки (то есть малый радиус тора настолько таков, что камера с плазмой имеет форму шара). В теории у данной конфигурации есть определённые преимущества, но в настоящее время такие токамаки используется как вспомогательные для проведения ряда экспериментов (один из лучших в своём роде такой токамак введён в эксплуатацию в 1999 году в Санкт-Петербурге).
Сферический токамак Глобус-М. Как видно, достаточно компактный.
Тем не менее, эксперименты на уже созданных установках продолжались. Также было заключено важнейшее соглашение насчёт ИТЭРА (ITER – international thermonuclear experimental reactor, международные термоядерный экспериментальный реактор). Справедливости ради надо сказать, что первоначальные договорённости, были сделаны в 86-м году при участии Михаила «Иуды» Горбачёва, однако более менее оформились они лишь в 90-е.
В 2000-е рывок совершил Китай. Купив у России токамак Т-7, они сумели его усовершенствовать (тоже при помощи наших специалистов) и на его базе построили токамак EAST.
Великий китайски токамак - EAST.
По их словам, на нём превышен критерий Лоусона и отношении затраченной энергии к полученной составляет 1:1,25. То есть установка работает как источник энергии. Однако эта информация вызывает справедливый скепсис у специалистов в мире. Есть определённые сомнения, что китайцы при довольно небольших затратах (стоимость EAST – миллионы долларов) сумели практически с нуля добиться лучших в мире результатов.
Будущее
Будущее токамаков сейчас – это ИТЭР.
Модель ИТЭРа, внизу для сравнения нарисован человечек.
На сайте проекта есть подробная интерактивная схема с перечнем всех элементов, кому интересно - сюда.
Стоимость проекта – 10 млрд евро. Причём в конце 90-х страны-участники решили в два раза уменьшить финансирование проекта, ухудшив предполагаемые результаты установки. Деньги собирают с мира по нитке – в проекте участвует ЕС, Россия, Япония, США (в 1999 году выходили из проекта, в 2002 вернулись), Китай и даже Индия, Канада, Корея, Казахстан. Для сравнения: дотации в альтернативную энергетику измеряются сотнями миллиардов евро, олимпиада в Сочи уже обошлась в 30 миллиардов, ещё около 10 требуется. Про стоимость военных действий НАТО в Ираке и Афганистане тактично умолчим.
Тем не менее сейчас проект находится на стадии строительства. Победителем в десятилетней войне с Японией за место строительства вышла Франции.
Кадараш, Франция. 2012 год.
Время удержания должно составить около 1000 секунд. Может быть, получится добиться стационарного режима. Предполагаемая выходная мощность должна составить 500 МВт, при десятикратном усилении входящей (то есть на входе будет 50 МВт). Печально, что строительство ИТЭРа должно закончиться лишь в 2019 году.
При этом получать от установки электроэнергию не предполагается. Только эксперименты, на основе которых, будут строить первую термоядерную электростанцию мощностью 2-4 ГВт.
О некоторых других возможностях по достижению УТС, а также о перспективах гибридных реакторов в следующий раз.
Комментарии
А на лесоповале кто будет работать? И чем? Да и лес нужно доставить к месту потребления...Вспоминаем пилу Дружбу-2, лошадок и слов то какое смачное...ЛЕСОПОВАЛ.....
Обычно люди работают )) Техника для этого серийно выпускантся )))
Для техники нужны ГСМ и углеводороды. Разговор вроде бы идёт о том, чё делать при дефиците углеводородов и о том, чем их заменить. Приотсутствии ГСМ для хайвейстера, прийдётся вспомнить про Дружбу-2 и ЛЕСОПОВАЛ.
Лесоповал-это тяжёлая физическая работа. Зимой в снегу, и на морозе, летом, весной и осенью под дождём , в жару, в грязи...Да и кровососущие насекомые тоже не улчшают производительность труда.
Синтетеческое горючее слышали? Да и не много его нужно. Там 2/3 техники на электричестве может работать. Это все в 10-15км от станции.
Синтетическое горючее весьма дорого.
У нас 1Гвт под боком. Потратить 1% на горючее не проблема. Да и обходных путей очень много. Есть и газогенераторы и банальные паровозы.
1 процент? Да вы непуганный оптимист, батенька.
Ага )) Работа тяжелее некуда.
Красиво. Тока три волшебных буквы (ГСМ) портят всю идилию. Овёс будет дорог. Если БУДЕТ.
А так...идилия. С электростанции бросаем кабель и вырабатываему электроэнергию тратим на вырубку леса и транспортировку дров. Из этих дров вырабатываем электричество и тратим его на вырубку леса. Вечный двигатель. Зато куча народку при деле.
Так это и есть вечный двигатель. Проблемы с ГСМ нет. Неть то пока есть. Это способ рационального природопорльзования. Вы еще упустили подсечное земледелие. Такие хозяйства сами себя кормыт и производят сх продукцию на экспорт. Как золу и дёготь.
Боюсь, что при подсечном земледелии , земли , чтобы прокормить всех кто хочет сейчас кушать просто не хватит. Но дёгтя будет много. На всех оставшихся хватит.
Боюсь вы не видели карту родины. У нас мягко говоря леса много.
Леса много там, где мало людей.
Гладко было на бумаге, да забыли про овраги. Я вот живу в селе, где был леспромхоз. Сельсовет когда-то даже назывался Притаёжный. Десятки лет пилили и сплавляли на строительство Новониколаевска-Новосибирска. В результате лес уже не увидеть даже в бинокль, леспромхоз закрылся. А места вырубок вовсе не заросли лесом. Ведь для работы нужны были лошади, также нужны были коровы. Они вытоптали весь подрост.
Сколько человек будет жить на этих 900км2?
Столько сколько может обеспечить Станция в 1 Гвт. Небольшой город.
Средний. Тока промышленность в нём какая будет?
Промышленность от АЭС.
А зачем АЭС если вы про подсечное земледелие? Тема смога не раскрыта.
А в космос? в космос-то, как полетим? когда? с таким уровнем требований к себе. Лет через много и не мы, может хватит себя жалеть. Природа - вон сама собой рационально пользуется., оставь ее в покое.
главное, чтобы пожара не было. А то пиздец вечному двигателю.
посмеялси ))
Лес валят тока зимой, осенью весной его просто не вывезешь утонешь как немцы под Москвой, летом куча дел
По нынешним временам выгоднее топливо синтезировать будет. А золу - обратно на вырубки.
Я другого не пойму - если всё так хорошо, что ж англичане с углем парятся. Уж на делянки 100 на 100 км в неудобьях, где можно было бы берёзы растить, на островах место всяко найдётся не один десяток мест.
Вообщето бритты с углём уже не парятся. Ибо М.Тетчер нахер закрыла эту парилку за ненадобностью.
Французы тоже прекратили добычу угля. В Бельгии уголь более не добывают.
100 на 100 да на неудобьях?...Неудобье...А дрова как возить? По неудобьям то....
А тут...И Фукусима бабахнула. И на Северном Море добыча углеводородов более не растёт...Скорее снижаетца....
Я именно о том, что добыча снижается и Фукусима бабахнула. Неудобье неудобью рознь. Всяко не из тайги брёвна таскать. Мало у них там пустошей? Озаботились бы заранее, вместо того, чтобы в океане ветряки втыкать.
Интересно, а однолетний растений нет таких, чтобы горели, как дрова?
Горит и солома. Вот только собрать её с полей и доставить к кочегарке - это надо много горючего. Да и сохранить трудно. Из-за дождей гниёт. Из-за пироманов - горит.
Кизяки тоже горят. При должной сноровке можно поджечь даже вымоченные в болоте мухоморы.
Тока сколько ж нужно кизяков, чтобы заставить выпольнить ходя бы одну плавку в дуговой электросталеплавильной печи тонн этак на 300 вместимостью.
Наш вдохновитель Мискантус высаживал.
Понятно, что выжить и на дровах можно, но для достижения чего-то большего нужно топливо с большей эффективностью.
Для России таких станций нужно примерно 200 штук.
А решение вынужденно и будет общим - третья мировая называется...
что характерно, там, к сожалению, без термояда тоже может не обойтись.
Воевать будут в основном в северном полушарии. Поэтому надо призвать молодёжь любыми путями бежать в южное, пока не поздно. Лично мне уже без разницы, где помирать, а вот детей жалко. Но как ни объясняю им ситуацию - всё без толку. Страшно им куда-то ехать с пустыми карманами.
Вас пожалеть?
Шел рыцарь по пустыне. Долгим был его путь. По пути он потерял коня, шлем и доспехи. Остался только меч. Рыцарь был голоден, его мучала жажда.Вдруг в далеке он увидел озеро. Собрал рыцарь все свои оставшиеся силы и пошел к воде. Но у самого озера сидел трехглавый дракон.
Рыцарь сразу выхватил меч и из последних сил начал сражаться с чудовищем. Сутки бился,вторые бился. Две головы дракона уже отрубил.На третьи сутки упал дракон без сил, рядом упал обессиленный рыцарь,не в силах уже более стоять на ногах и держать меч.
И тогда из последних сил дракон спросил :
- Рыцарь,ты чего хотел то ?
Рыцарь отвечает :
- Воды попить....
- Ну,так и пил бы.....
В Антарктиду?
И все это благодаря термояду:) только коэффициент полезного использования мааааленький:(
Мальтус тоже говорил о скором конце цивилизации - еще бы ведь скоро кончится китовый жир! И нечем будет освещать дома!
Но оказался неправ. И люди живы, и киты не бедствуют!
да, киты не бедствуют, они просто передохли.
Водород в настоящий момент в промышленных масштабах производят из углеводородов.
Электролиз-штука ОЧЕНЬ затратная. А энергии много НЕ БЫВАЕТ...Никогда.
есть мнение что термояд возможен только в условиях гравитационнного магнитного поля.
все попытки удержать реакию на земле - тщетны
Вообще-то гравитационное поле - это одно, а магнитное - так и вовсе совсем другое :)
А термоядерная реакция давным-давно реализована, например, в таких устройствах как фузоры Франсуорта-Хирша, просто они положительного энерговыхода не обеспечивают, и поэтому используются на практике как нейтронные источники.
http://nnm.ru/blogs/voyager2/termoyadernyy_reaktor_na_stole_neveroyatno_no_fakt/
Задача технико-экономическая. Считаем, сравниваем. На сегодняшний момент выгоднее заставить потребителя поставить двух и более тарифные счётчики . Французский опыт-это РЕАЛЬНОСТЬ..Они сделали практически ровным график выработки-потребления лектричесства....Плюс ГАЭС.
Кстати...У мну двухтарифный счётчик. Примерно 1/5 лектричества-по пониженному тарифу. СМА у меня работает тока ночью.
Приезжал на Петербургский Экономический Форум испанский Министр торговли. Наши пытались впарить ему российский газ как моторное топливо (в частности, ё-мобилизм), но он упёрся, говорил, что рассчитывет на французскую ночную атомную энергию, полагал что сможет ею заряжать электромобили испанцев в моменты минимума потребления энергии.
Так что пока не всё так просто у французов с выравниванием потребления энергии днём и ночью.
Тем не менее провалы и пики выработки-потребления электричества у них намного меньше чем у нас. Четырёхтарифный учёт -это их выдумка.
Ночью то они электричество у французов возьмут. А днём где брать будут?
Страницы