Про Китайский гибридный реактор

Относительно недавно была новость про гибридный термоядерный реактор, который Китай собирается строить в провинции Цзинань. Ну и как это обычно бывает, новости науки максимально без информативны и перевраны. А некоторые на АШ и вовсе занимаются глупой пропагандой, не понимая даже что они пропагандируют....

Ну что ж, давайте разбираться. Проект далеко не новый, в СМИ он уже фигурировал примерно два года назад.  В частности здесь ( на китайском ) и здесь ( на английском ). И там фигурирует ни разу не токамак ( про который обыватели почему-то думают в первую очередь ), там Z-машина. 

Сам проект, судя по всему, двигает  весьма серьёзный человек, участвовавший ещё в китайском проекте водородной бомбы,  Сяньцзюэ Пен. 

Краткая характеристика в одном из источников

82-летний Пэн первоначально занимался разработкой ядерного оружия, прежде чем в 2000-х годах сосредоточился на термоядерной энергетике. В 1964 году он окончил Военный инженерный институт Народно-освободительной армии Китая, в настоящее время известный как Харбинский инженерный университет. Институт был основан в 1953 году, чтобы дать возможность китайским студентам изучать технологии Советского Союза. Пэн внес свой вклад в разработку первой китайской водородной бомбы, которая была создана китайским физиком Ю Минем и его командой в 1967 году. Юй был назван “отцом китайской водородной бомбы”, хотя лично он отказался принять этот титул. В 1996 году Пэн начал заниматься исследованиями, связанными с безопасностью и надежностью ядерного оружия, и изучением мирного использования ядерных взрывов. В 1999 году он стал академиком Китайской инженерной академии. В 2000 году он сосредоточился на исследованиях Z-пинча после того, как в 1997 году Национальные лаборатории Сандии совершили крупный прорыв в этой области.

У уважаемого Пена много открытых публикаций посвящённых гибридным термоядерным реакторам. В основном там обсуждаются различные типы бланкетов ГТР и Z-пинчи. Так же он неоднократно выступал на различных открытых лекциях посвященных ГТР, и ядерной энергетике в целом. 

Из недавнего было весьма забавное интервью. Приведу перевод части. 

Концепция гибридного реактора на самом деле была предложена давно, но, согласно плану исследований того времени, для работы гибридного реактора потребовалось бы более 10 тонн плутония и большое количество дополнительной обработки. (???) По сравнению с быстрым реактором у него вообще не было преимуществ.

"Гибридный реактор, который мы предлагаем сейчас, полностью отличается от прежних. Это новый тип гибридного реактора, который сочетает в себе источники термоядерных нейтронов и подкритические энергетические реакторы. Моя исследовательская группа и я начали исследования в 2008 году и предложили новую концепцию технологии реактора с подкритической энергией." Проект Z-пинч гибридного реактора, которому посвятил себя Пэн Сяньцзюэ и его исследовательская группа, позволит принципиально решить многие проблемы, с которыми сталкиваются современные реакторы на основе деления ядер, с помощью технологии ядерного синтеза и обеспечит стабильное энергоснабжение человеческого общества на тысячи или даже десятки тысяч лет. Среди них «Z-пинч-гибридный реактор» не только значительно повышает безопасность ядерной энергетики, но и реализует эффективный режим комбинированного производства тепла и электроэнергии (???), значительно повышая коэффициент полезного использования энергии.

Ну, не думаю, что много уважаемый Пен изобрёл когенерацию, которую у нас в России давно применяют) Журналисты опять всё переврали, новизна тут в использовании инерциального утс в качестве источника нейтронов. Так же не очень понятно, откуда журналисты взяли необходимость в 10 тоннах плутония для стартовой загрузки ГТР? Это совершенно не обязательно. 

Поэтому надо ориентироваться на публикации, и тот проект которому скорее всего дали зелёный свет ( или не дали, иногда этих китайцев не понять... ) описан статье Conceptual research on Z-pinch driven fusion-fission hybrid reactor от 2014го года , из которой можно заключить, что планируемый Z-ГТР должен быть устроен примерно следующим образом. 

В качестве Термоядерного источника нейтронов (ТИН ) предполагается использовать Z-машину. В ней очень мощные токи ( в миллионы ампер ) за короткий промежуток времени пропускаются через тонкие проводники ( у американцев это вольфрамовые нити в 0.1 толщины человеческого волоса, у китайцев точно они не описаны ), последние почти мгновенно испаряются. Получившаяся плазма из-за пинч эффекта сжимается, и начинает очень интенсивно излучать в рентгеновском диапазоне. Таким образом получается мощная рентгеновская вспышка, за счёт которой осуществляется радиационная имплозия топливной мишени.  Радиус взрывной камеры предполагается в 7 м ( у американцев в Сандии 32 метра ), а ток силой в  60 Ма ( у американцев соответственно 20 Ма ).

Бланкет предполагается модульным, само топливо подкритического реактора ( Keff<<1 ) будет состоять из уравново-циркониевого сплава ( Zr-10% ), а наработка трития будет производиться за счёт утечки тепловых нейтронов из подкритичной АЗ в бланкет из ортосиликата лития. Отвод тепла будет производиться водой под давлением, как в обычных ВВЭРах. 

В различных источниках фигурирует электрическая мощность опытного Z-ГТР  в 100 МВт, не очень понятно, учитывается ли тут потребление термоядерного драйвера. Скорее всего нет, тогда можно оценить тепловую мощность Z-ГТР в приблизительно 300 МВт. Отдельно остановимся на заявлении об Q = 30, оно не имеет под собой ни каких оснований. В статьях уважаемого Сяньцзюэ Пена для различных типов бланкета ( которые рассчитывались не только для Z-пинча но и для токамка ) фигурируют коэффициенты усиления от 4.5 до 4.75. Так что мощность ТИН можно оценить в примерно 74-63 Мвт. То есть большая часть электрической мощности будет потребляться самой установкой. Возможно ли увеличить КУ? В пределе один термоядерный нейтрон может вызвать до пяти делений U-238 ( за счёт того, что при делении нейтронами высоких энергий нейтроны второго поколения могут иметь энергию выше порога деления U-238 ), то есть КУ может быть до примерно 66. Так что  тут есть куда расти.

На самом деле даже более интересно в данный момент использовать такие установки скорее для наработки плутония, в том числе и для военных целей. Из нашей работы по ГТР можно оценить наработку плутония в такого рода системах на  уровне 17.56 кг/год на МВт термоядерной мощности, соответственно наработка плутония в данной опытной установке ожидается в ~1300-1106 кг/год, что на уровне лучших ПУГРов времён холодной войны, но данная установка не будет требовать для своей работы дефицитный U-235, она сможет работать и на отвальном уране. Так что даже если Z-ГТР не станет источником энергии, у него найдётся военное применение)