Как утверждают разработчики супер магнита наука сделала достаточно для создания коммерчески выгодных термоядерных реакторов на базе традиционных токамаков. На основе добытых знаний можно создать компактный термоядерный реактор. Всё что необходимо — это сделать намного более мощные электромагниты, чем те, которые сейчас выпускают. Это позволит удерживать разогретую до 100 млн и более градусов Цельсия плазму в небольших по объёму реакторах. В частности, созданные в MIT новые сверхпроводящие магниты должны в 40(!) раз уменьшить объёмы рабочих камер реакторов.
Глядя на семиэтажное здание с термоядерным реактором проекта ИТЕР можно представить, что размер имеет значение. И всё же учёные не оставляют попыток уменьшить размеры термоядерных установок до каких-то вменяемых размеров, что по-настоящему сделает термоядерную энергетику экономически оправданной. Одно из таких направлений прокладывают в Массачусетском технологическом институте — это компактные сверхмощные сверхпроводящие магниты.
Идея разработчиков заключается в том, что традиционные сверхпроводящие магниты, например, задействованные в проекте ИТЕР, используют низкотемпературную сверхпроводимость (охлаждаются до температуры около -269 °C), а для кратного увеличения силы магнитного поля достаточно перейти на высокотемпературную сверхпроводимость. Простое повышении рабочей температуры магнитов позволит значительно усилить напряжённость поля без изобретения каких-либо уникальных технологий. Осталось только такой магнит сделать. И его сделали и даже испытали!
На днях в лаборатории MIT учёные совместно со стартапом Commonwealth Fusion Systems (CFS), который предложил идею нового магнита, испытали уникальный магнит для будущих компактных термоядерных реакторов. При охлаждении до температуры около -253,15 °C опытный магнит развил рекордную напряжённость магнитного поля, равную 20 тесла. Утверждается, что аналогов этому нет.
Для испытания концепции на базе 18 таких магнитов к 2025 году будет создан лабораторный термоядерный реактор SPARC. Его диаметр будет около 3 метров, но каждый электромагнит будет содержать 267 км специальной ленты из сверхпроводящих материалов, сложенных в 16 пластин D-образной формы. Утверждается, что новый материал в лентах (рулонах) недавно стал коммерчески доступный и это проложит путь к коммерциализации технологии.
Запуск лабораторного макета реактора в 2025 году должен будет продемонстрировать возможность вырабатывать больше энергии, чем поглощать на поддерживание реакции синтеза. На следующем этапе предполагается построить опытный реактор ARC с рабочей камерой вдвое большего диаметра — до 7 метров, но это всё равно будет в два раза меньше, чем у реактора ИТЕР. На проекте ARC, о котором было заявлено ещё в 2015 году, будет произведена добыча электричества с эффективностью больше единицы — до 3 или даже 6 крат.
«Ниша, которую мы заполняли, относится к тому, чтобы использовать обычную физику плазмы, обычные конструкции и инженерные решения токамаков, но привнести в них новую технологию магнитов, — говорят учёные. — Таким образом, нам не требовались инноваций в полудюжине различных областей. Мы просто внедрили инновации в магнит, а затем применили базу знаний, накопленных за последние десятилетия».
Среди акционеров CFS фонд основателя Microsoft Билла Гейтса Breakthrough Energy Ventures и итальянская энергетическая (нефтегазовая) компания ENI. В прошлом году к ним присоединилась норвежская нефтегазовая корпорация Equinor.
Также в прошлом году американский нефтегазовый концерн Chevron объявил об инвестициях в базирующийся в Сиэтле (США) стартап Zap Energy Inc., разрабатывающий «модульный ядерный реактор следующего поколения с инновационным подходом к продвижению экономически эффективного, гибкого и коммерчески масштабируемого термоядерного синтеза».
Исследования и конструкторские разработки в этой сфере ведутся уже лет 60-70, однако пока не получалось добиться промышленной работы термоядерных установок, всё время требуются те или иные доработки. В результате стала популярной шутка: «до начала термоядерного синтеза всегда 40 лет».
Комментарии
Сорок лет читаю, что вот-вот и термояд.
Надо просто Илона Маска выпустить - ему хомячки верят.
Скажет, что в 2023 году начнутся продажи мини-термоядерных установок - сектанты опять послушно заказывать с предоплатой начнут.
Эти дела, на самом деле так не делаются.
Монополии Ученных, невыгодно это делать, а скорее всего не по силам, не по Сеньке шапка.
Зато выгодно вытягивать денюшку из бюджетов...
Закончится все это, скорее всего, решением этой задачи каким нибудь частным лицом...
Вы не в теме. Задача более-менее решена.
Да не говорите, ученые жируют будьте здрасьте, ни чета олигархам или хотя бы айтишникам. Особенно в РФ. Даешь сокращение финансирования науки!
Ага, холодный термояд на кухне уже давно изобретен. Только до магазинов не дошел.
" должны в 40(!) раз уменьшить объёмы рабочих камер реакторов. "
- как будут решать вопрос теплоотвода с поверхности в этом случае? Плотность теплового потока будет очень высока. Возрастёт примерно в 6-8 раз.
Я рассматривал лаб. Голанта как один из вариантов в 1998, "Глобус" и прочее вживую видел - скучно.
Реакции на внутренних оболочках электронных до первых десятков кЭв могут выделять рентгеновское излучение. В США работы велись в основном с водородом порядка 25 лет - Black light power было ли что там реальным или нет не мне судить т.к. подробных результатов сторонних нет - у них было в EUV выход излучения.
Это пароварка, даже МГД нет с определёнными режимами работы реактора как предлагали ещё в 1950-е.
Тепло может нормально отводиться жидким литием, например. Нам считанные десятки МВт/м2, то есть лишь в разы больше, чем у обычной конфорки и в разы меньше, чем у радиатора процессора, например.
Но вот плотность потока нейтронов (соотвественно, требования к материалам) - это да, проблема.
А что градиент? С поверхности нагрев как раз маленький, почти вся энергия - нейтроны. А они греют объём (характерная длина термализации 14МэВ нейтрона в литии - десяток+ см)
Я знаю что такое абляция материалов, лазерной профессионально занимался. Так что она там будет и будет загрязнение вакуума даже при бешенной откачке. Много чем.
Вы неправильно считаете. Энергия передаётся квантами. У "обычной конфорки" это кванты с энергией типичной для ИК-излучения. А из ТЯР энергия кванта приходится на крайне жёсткую гамму. Никакое химическое соединение не выдержит такой квант, более того, многие тяжёлые атомы будут разваливаться на части от таких квантов. Есть сомнения, что атомы свинца и висмута способны выдержать воздействие таких квантов. А ещё есть поток нейтронов, с которым всё ещё сложнее и тяжелее, как Вы и пишите.
ПС. Считается, что "тепло" из ТЯР будут выносить нейтроны, а не гамма. Но даже в этом случае передача даже части энергии от нейтрона любой молекуле будет означать её разрушение. И это даже если не учитывать возможные ядерные реакции с нейтронами такой энергии, а также "остывшими" нейтронами.
ТЯР сам по себе не излучает гаммы, только достаточно мягкий рентген. Тем более, там нет энергий, характерных для фотоядерных реакций.
Ну и у Вас очень странное представление о воздействии даже жёсткой гаммы на вещество. Вещество не "выдерживает" излучение, вещество его почти не замечает, это процессы другого уровня. При попадании гамма кванта он выбивает с какой-то оболочки быстрый электрон, который даёт лавину ещё быстрых электронов, которые, термализуясь, дают уже всякие плазмоны-экситоны "химических" энергий и уже могут как-то влиять (а могут и не влиять) на химию. Ну и термодинамическое равновесие никто не отменял: быстрый (или выбитый) электрон могут дать химическую реакцию, но она же в абсолютном большинстве случаев "отматывается" сразу обратно: например, восстановленый из оксида металл сразу же окислится, кислород-то - рядом, никуда не делся. Есть класс материалов, в которых происходят необратимые реакции (как пример - стекло, реагент фотоплёнки), но они часто ТД-неравновесны или даже метастабильны. Относительно простые вещества (молекулы которых из 1-3 разных элементов) очень сложно разрушаются, можно сказать, почти не разрушаются электромагнитным излучением (вплоть до десятков МэВ, где значимыми становятся фотоядерные реакции и (при энергиях выше) импульс фотона).
Почти все конструкционные материалы чрезвычайно устойчивы к электромагнитному излучению. Проблему составляют только нейтроны, которые передают ядру достаточный импульс, чтобы сместить его из окружения и сделать невозможным мгновенный обратный процесс. Собссно, даже повреждающую дозу изменяют в с.н.а - "смещениях на атом".
Я знаю, что лёгкие атомы не имеют линии излучения такой энергии и написал, что энергия выносится нейтронами. Но грязная плазма будет светить очень ярко и остывать из-за этого. А тепловое излучение даже лярда К - это всего лишь 86 кэВ, вполне себе средний рентген, но о лярде К в ТЯР пока и речи нет.
Выбитым может быть любой электрон в атоме, но в процессе заполнения вакансии в ход пойдут и валентные электроны, что приведёт к разрыву химической связи(дефекту кристаллической решётки).
Именно это я и хотел передать в своём коменте, что энергия будет передана ввиде сосредоточенного кванта, а не размазана по квадратным метрам, как средняя температура по больнице. Но тяжёлым атомам импульс передаётся плохо и именно здесь будут возможны фотоядерные реакции - между нейтроном большой энергии и ядром тяжёлых атомов.А вот уже после взаимодействия нейтрона с веществом появятся гамма кванты с большой энергией, которые также будут разрушать химичские связи из-за фотолиза.
Даже молекулы воды хорошо разрушаются радиацией, а органические диэлектрики - эффективно обугливаются. Как поведёт себя в этих условиях криогенная керамика вполне понятно. На морозе самовосстановление практически невозможно.
Вы видели хоть раз как выглядят руки настройщика рентгеновской аппаратуры анализа, конкретно у ногтей пальцев кожа? Я видел одного уникума, как и сам настраивал. Нам можно ;-) вам скорее нет, умрёте. Если при регенерации такое имеет место быть при малых дозах сравнительно, там в борту где копаешся ручками десятки миллирентген обычно светят, то видел распад тканей и неорганики от излучения длительного - в СССР много кто экспериментировал "а что если...". В частности материалы применявшиеся для покрытия внутренних поверхностей токамаков 1990-2000-х.
Касаемо характера разрушений вам практики точно детали не скажут. По ряду причин.
Нету потому, что пока не нужен.
С 7 техукладом, коий вяло лет 50-60 назад начался с гетероструктурами и прочим он также ненужен будет, вам материя будет вторична.
Точно! Нужны ветряки и солнечные панели. Чтобы, в случае шухера, было как этой зимой в Техасе.
Я только "за".
Хрусталь
Подожди ещё двадцать.
И ничего не изменится за ещё 20 лет.
Да ни чё таакого не было.
По ИТЭРу программа лет на 40-60 вперёд написана. Но кто даст гарантию, что задержек и накладок не будет? Там же всё ещё работы по строительству первого этапа идут. Проектирование и строительство уже почти 30 лет продолжается и непонятно когда к самим опытам первого этапа по существу приступят.
технология которую с 50 годов 20 века так и не смогли осуществить - тупиковая ветвь развития , превратившаяся в банальный распил денег , и mit тоже хочет ухвать хоть немного под себя
Ну, не факт. Может и токамаки выстрелят. Или новые решения типа того, что делают в Новосибе. Или гибриды какие-то.
Но они все точно не будут компактными, ибо жесточайшее излучение.
там ещё может быть эффект масштаба - возможно стабилизировать плазму не получается из-за недостаточного объёма существующих реакторов, а в реакторе объёмом в несколько кубических километров это сделать будет проще. Может, какие новые технологии и уменьшат этот критический объём.
нет никаких предпосылок для этого.
Дык, задачей этой, занимаются откровенные дебилы - не могли даже догадаться как улучшить данные простого прямого разряда в обычных цилиндрических камерах, не могли допереть сделать установку с пинчэффектом полностью симметричной, т.е. увеличить результаты минимум на порядок...
Зато вы не дебил. Вас в команде явно не хватает. Нужен же штатный клоун.
В бан. Много вас таких на АШ, с умным видом пишущих ахинею.
С удовольствием дал ответку жидочку из псакии... :)
О, гениальный изобретатель на АШе
Какая оголтелая реклама. Само собой, полная откровенной туфты.
это фирменный стиль Herz, когда он про новости из США пишет
Там одну такаю же девицу, обещавшую чудо, сейчас в калифе судят, а ведь к успеху шла...
Вообще не понял.
Для увеличения мощности поля надо перейти на высокотемпературную сверхпроводимость. Поэтому мы остаёмся на низкотемпературной, но увеличиваем максимальное выдерживаемое поле…
???
Да там половина статейки - полная туфта.
Начиная с заголовка.
Для тех, кто не в курсе. " Фирма Bruker, в частности, серийно производит спектрометры с полем до 23,5Т. "
А эти со своими чахлыми "рекордными" 20 Тл на экспериментальной установке чуть не обосрались от счастья.
Ну справедливости ради следует сказать, что 20 тесла это дохренища. Не рекорд, но очень много.
А вот пассаж про:
я не понял, от слова совсем.
В статье не указаны условия, при которых достигаются эти 20 тесла. Конкретно - частота переменного магнитного поля. Если это постоянный ток, то катушку на 20 тесла можно школьнику на фанерке намотать проводом трансформаторным. Рекорд в случае, когда рукотворная катушка не делает ПЫХ - что-то за тысячу Тесла. А когда делает - в несколько раз выше. Поэтому тут просто очередной ученый изнасиловал журналиста. Проблема больших переменных магнитных полей в том, что поле пропорционально количеству витков, только вот индуктивность катушки и соответственно реактивное сопротивление пропорционально частоте и квадрату количества витков. И количество витков из союзника для постоянного поля превращается во вредителя для переменного. В идеале - один виток создающей магнитное поле катушки (сиречь магнит) вокруг бублика по которому бегает плазма.
B= I*R/(2*3.14*f*N*S) ,где B - индукция, I-ток, R-сопротивление, f- частота тока,N-количество витков,S-поперечная площадь сечения сердечника
Хочешь держать плазму - создай переменное магнитное поле в тороидальной катушке, которое заставит заряженные частицы бегать по кругу с такой скоростью, что начнется ядерная реакция, а не тратить свою кинетическую энергию, она же температура, чтобы разлетаться куда попало. Ну а дальше попытки обмануть природу - для магнитного поля нужен ток, большой ток разогревает провод, поэтому увеличивается сопротивление, выход - сверхпроводимость, приятно умножать проблему на ноль, только та сама по себе требует энергии и чем ниже температура, тем больше. Высокотемпературная сверхпроводимость - колоссальная экономия. Дальше хочешь разумные размеры конструкции - увеличивай частоту, а это снова энергия. И т.д., и т.п. Сжать плазму - нужно овердофига энергии. Но и выход в случае успеха - такое же овердофига. Человечество - жлобская организация, тратить колоссальную энергию на внедрение термояда не хочет, да и коэффициент выхода пока современные технологии обеспечивают только чуть выше единицы и недолго, причем это недавнее достижение, а надо бы хоть 5-6 каких и постоянно, к чему неспешно и двигаемся. Как припрет - бабки найдутся в любом необходимом объеме и дело пойдет быстро, а пока всем и так хорошо, поэтому работы напоминают строительство коммунизма в позднем СССР.
Что-то Вы какую-то хрень, простите, несёте. Разумеется, это постоянное поле.
А катушку намотать-то, конечно, просто, равно как и сказать, что она на 20Тл... вот её охладить и реально получить 20Тл в объёме кубометров - нет.
Катушка на полТл с полезным объёмом в литр для нашего ЭПР-спектрометра весила 5 тонн и охлаждалась водой из крана, включенного на полную. 20Тл в объёме кубометр достигнуть реально, но в течении считанных секунд, дальше уже никакое охлаждение не спасёт. Даже если она целиком из серебра.
Вот теперь понятно стало.
Прелестное замечание. Вы таки точно уверены, что ТОЛЬКО постоянное?
обмотки трансформатора... вихревое электрическое поле... чего то википедия не договаривает
таки отказаться от переменного поля не получается, печалька... Поле там конечно поменьше, чем в тороидальных витках, и не отменяет всех приключений с постоянным полем, только проблем с ним ничуть не меньше. Жизнь - она как член, только тверже, бгыгыгы...
Катушка до 2 Тесла без проблем намотается колючей проволокой на ферритовом сердечнике даже цирковым медведем. Выше и не в ферритах - сложнее, нужна определенная ловкость и хитрость, но в целом тоже студенты намотают и для открытого контура. Разумеется, не в кубометрах, а в сантиметрах - природу не обманешь, и провод в палец толщиной, и танковый аккумулятор в качестве источника, нагрев обмотки током тоже нужно куда-то сбросить, придется в маслице утопить, к примеру, тем не менее добиться уровня 20 Тл и не сделать ПЫХ в течение времени, чтоб точно знать, что там 20 тесла, легко можно и на меди. Реально полагаете, что при удержании плазмы максимум минуту на текущий момент проблема токамака в постоянном поле? Да нет там проблем, только бабки на жидкий гелий давай. Переход на жидкий азот - экономия колоссальная, но не технологический прорыв.
ЗЫ. Не знаю, что у Вас там весило полтонны - ЭПР спектрометр на 0,7 тесла со всем барахлом сейчас весит 56 кг у людей. Открыты новые законы физики? Или Вы в камеру анализа танк загоняли?
Я уверен, что та катушка даёт постоянное поле. На картинке - катушка тороидального поля. Оно не меняется. Меняется полоидальное поле, создавая тороидальный ток. В новых токамаках не меняется (может не меняться) и оно, тороидальный ток создаётся другими способами, инжекцией нейтралов, например. ИТЭР сделан чтобы работать и так, и этак (по крайней мере, хотят попробовать такой режим).
Или Вы не понимаете, что читаете. :)
Вы не видели реальных магнитов с внутренним объёмом без значительного градиента. Это ОГРОМНЫЕ штуки. Причины я уже написал.
:) Я понимаю, что это контринтуитивно, но просто поверьте: не добьётесь. :)
Индукция поля растёт пропорционально плотности тока, а удельная мощность, рассеиваемая на резистивном (не сверхпроводящем) проводнике, - как квадрат тока. 20Тл в 40 раз больше, чем 0.5, а тепловая мощность катушки (на стационарном режиме, а не при росте поля) больше уже в 1600(!) раз. Большая катушка (для большого внутреннего объёма нужна большая катушка) очень быстро утыкается в то, что объём проводника растёт как куб, а поверхность, с которой рассеивается тепло - как квадрат. Поэтому простой теплоотвод с поверхности быстро перестаёт справляться.
Для стационарной работы приходится вводить теплоноситель (жидкий или кипящий) внутрь катушки, что уменьшает плотность тока и для сохранения поля в центре увеличивать катушку, что увеличивает проблемы. Бесконечно увеличивать катушку смысла нет, потому что крайние проводники перестают вносить достаточный вклад в полне в центре.
А импульсная работа ограничена дикой индуктивностью получившегося монстра - для быстрого нарастания тока приходится повышать напряжение, а напряжение нельзя повышать бесконечно из-за изоляции, которую тоже не улучшить, потому что она занимает объём, снижая инженерную плотность тока.
...
Я же говорю - катушка.
Вы плохо представляете себе замороки больших объёмов и полей. Я уверен, что у этого ЭПР камера для образцов микроскопическая. Это может казаться странным, но 1см3 - это в 1000 раз меньше литра. А катушка, создающая 0.7Тл в объёме 5мм ампулы "несколько" :) меньше и проще, чем катушка, создающая 0.5Тл в объёме литра.
Ну, танк-не танк, но иногда нужно измерять большие образцы, не деля и не разрушая их. Опять же равномерность поля. Задачи специфические, да, но вот есть такая область, где это очень нужно. При работе с радиоактивными материалами, например, простая перепаковка - это отдельный гемморой на много килобаксов, СВЧ вводится прямо в контейнер. А объём внутри катушки должен умещать контейнер целиком.
Это не я полагаю, это чуваки, которые этим занимаются, полагают. Удержание минуту - это очень дофига, промышленной электростанции хватило бы выстрела и в десяток секунд, а инерциальный термояд вообще на микросекунды счёт ведёт, дело не в этом. Нужно превысить критичное тройное произведение nTtau - плотность*температуру*время. Каждым параметром можно играть (температура только должна быть в некоторых границах), главное, чтоб этот итог был больше, чем требуемые 2Е23 (или сколько там нужно для коммЭрции).
Да, дело в поле.
Перехода на жидкий азот тут нет: -259С - это ни разу не азот. А вот более сильное поле есть. И это реально очень важно.
// я не понял, от слова совсем.
Да чо тут непонятного-то?
В статье с туфтяным заголовком может быть только туфта.
Это журналист изнасиловал учёного.
Суть: чем выше критическая температура сверхпроводника, тем больше при той же температуре критическое поле. То есть, НТСП работают при гелиевых температурах, ВТСП - тоже. Но ВТСП при гелии могут дать СИЛЬНО бОльшее поле.
ИТЭР начал проектироваться в конце 80-х, а ВТСП (азотные) открыли только в 86-м, ессно, что в 90-е технология ещё ничего не могла. Только-только кусочки керамики выпекали. Второе поколение ВТСП - плёнки на лентах - это середина нулевых или даже начало десятых годов этого века. И вот ленты - это уже реально почти-провода, материал с которыми можно делать катушки, двигатели и всё такое прочее.
Ну а поскольку давление магнитного поля зависит от поля как квадрат, можно запихать в тот же объём в В2 раз больше частиц (соотвественно, увеличив мощность установки) или уменьшить объём (при той же мощности). С новыми ВТСП поле можно поднять в 5-10 раз, то есть при сохранении мощности уменьшить объём в 25-100 раз. Тот же ИТЭР, если б его катушки были бы сделаны из ВТСП, можно было бы уменьшить в 2.5-4 раза, соотвественно, стоимость примерно в 10-15 раз.
Поэтому сразу после появления сколь-нить практичной технологии ВТСП начали появляться проекты термоядерных установок с сильным полем (В России - ТСП, например; хоть и очень мелкий, но те же идеи). В Штатах - ARC, и SPARC - это его дешёвый "младший братик". Термояда оне не зажжёт, но если он заработает как надо, то это гарантия того, что ARC будет работать 100%.
Свои проблемы у конкретной концепции ARC/SPARC тоже есть: у них высокая сферичность (что хорошо для плазмы, высокая бета - больше плотность частиц при том же поле), но у этого обратная сторона: в центре оченьт мало места, а там нужно разместить центральную катушку, её охлаждение и всё это защитить от нейтронов. Инженерно это, КМК, большая проблема. Физика отличная, но не факт, что будет хорошей экономика.
...
А так, развитая технология ВТСП даёт ОГРОМНЫЙ бонус всем термоядерным установкам. БОльшая часть их стоимости - именно магнитная система.
Подняли на 16 градусов температуру в сверхпроводнике, с -269 до -253. В принципе, круто, но это не революционный а эволюционный шаг. Как я понимаю, после стадии "получить больше энергии, чем вложено" наступит очередь стадии "повысить ресурс работы установки от нескольких минут до хотя бы нескольких часов".
Я бы сказал, что именно это внушает некоторый оптимизм. Шаг за шагом, а потом оказывается, что экономически обоснованное строительство энергетических реакторов было возможно уже вчера ;)
Текст дурной, но виноват не перевод, а исходник рекламного типа.
Как я понимаю, идея в том, что максимальное магнитное поле до срыва сверхпроводимости сильно зависит от от того, насколько вы далеко от критической температуры. Сколь-нибудь надёжно долго держать криотемпературу больших объектов можно только если это температура кипения чего-нибудь: -269 - это гелий, следующая точка -253 - водород. Классические сверхпроводники близки к гелию, а вот высокотемпературные доходят до азота (-196). Вот и получается, что если взять высокотемпературный, но использовать его подальше от критической температуры при водороде, то максимальное поле становится выше, чем если брать классический и гонять при гелии.
Остальное - деньгодобывательный звиздёж.
Именно так.
И оригинального тут чуть менее, чем ничего. Мысль "о, теперь можно сделать магнит помощнее!" посетила абсолютно всех причастных в тот самый момент, как были опубликованы первые измерения кривых Вк(Т)
Что-то нигде не попадалось про радиационную стойкость таких магнитов.
Нет. Подняли поле. То, что можно чуток температуру поднять - это незначимые печеньки вдобавок.
Главное - магнит сильнее, это очень сильно влияет на размеры установки.
"халва-халва" и этим всё сказано...
Страницы