?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Для концепции термоядерных реакторов на базе открытых ловушек (моя статьи про них, ну и в целом по тегу), как и для всех остальных существует такая дилема - реактор на этом принципе можно построить прямо сейчас, но он будет очень большим. Насколько большим? Для ГДЛ в свое время эта величина была посчитана титанами физики плазмы Рютовым и Мирновым в статье в журнале "Итоги науки и техники: Физика плазмы" за 1988.



Я вынесу ключевые факты: Реакция D+T->He4 + n, инженерный диаметр реактора порядка 2-3 метров, длинна 3200 и 6100 метров (два варианта), мощность подогрева инжекцией нейтралов 4,8 и 2,8 ГВт, мощность реактора тепловая 14,4 ГВт, и 8,4 ГВт соотвественно, поток мощности в стенку 1,8 МВт/м^2 (чуть меньше минимального ИТЭРовского значения) и 0,55 МВт^2

Экономически, конечно, такой реактор бесмысленнен, причем в основном даже не из-за длины (хотя и это серьезная проблема), а из-за крайне высокой степени энергии, которая будет циркулировать внутри системы - т.е. основная часть полученной в реакторе электроэнергии уйдет в питание инжекторов нейтралов.

Реактор Мирнова-Рютова подразумевает наличие пробоченых магнитов в 45 Тл с просветом в 10-15 см, что является очень амбициозным значением, в несколько раз выше достигнутых рекордов (я, кстати, хочу написать статью про существуюшие рекордные магниты, это кому-то интересно?)

Есть, правда, и хорошие новости - с 1988 года, из-за прогресса в удержании плазмы в ГДЛ, Q=3 (Q - это отношение мощности термоядерной реакции к мощности подогрева) стал достигаться при длине реактора в 3-5 раза меньше. Или что важнее, при той же длине и меньшей мощности инжекции. Кроме того, не стоит мысль по концептуальному улучшению (=уменьшению размером при заданном Q) реактора, можно вспомнить проект ГДМЛ, и концепт винтового удержания.

Интересно при всем этом, что инженерия все равно помешает сделать термоядерный реактор на основе линейных магнитных ловушек компактным. Причина - в тепловой и нейтронной нагрузке на стенки реактора. Предельные нагрузки в 2-5 МВт/м^2 при Qeng = 5 (т.е. с учетом затрат энергии на поддержание работы систем реактора) заставят делать гигаваттный реактор (тепловой мощностью около 2500 МВт, кпд теплового цикла 50%, и долей энергии на подогрев - 200 МВт) длиной 150-300 метров. при разумных значениях диаметра (до 6 метров по внешнему диаметру криостата, что еще транспортабельно).

К сожалению, из-за того, что открытые ловушки на сегодня развиваются, фактически, в двух местах на планете, очень сложно найти какие-то статьи по инженерной оптимизации подобных решений, т.к. физики считают, что полезнее сначала разобраться с принципиальными физическими сложностями, а потом уже из полученного решения ковать инженерно-оптимальное. На мой же взгляд оптимальнее двигаться с двух сторон, например из видимых ограничений по экономике и инженерным пределам материалов и механизмов. 

Comments

( 103 comments — Leave a comment )
2born
May. 14th, 2017 01:35 pm (UTC)
Спасибо! Да, про магниты тоже интересно!
egh0st
May. 14th, 2017 01:47 pm (UTC)
во, это уже правильно.

ну и что такого в 300х6м дивайсе? причем гигаваттной мощности? всяко лучше чем ИТЕР будет <3
А 150м так вообще фигня. Блоки на АЭС немаленькие совсем.

Интересней капитальные расходы -- насколько дорого (с точностью до порядка) сделать такой линейный реактор?

tnenergy
May. 14th, 2017 01:56 pm (UTC)
>Интересней капитальные расходы -- насколько дорого (с точностью до порядка) сделать такой линейный реактор?

Зависит в основном, как будет выглядеть бланкет и обращение с тритием. Если тритий у нас возникает магическим путем прям в плазме, а в реакторе просто стоит более-менее дешевая нейтронная защита (сталеводная, например) то это все будет не дороже АЭС такой же мощности.
(no subject) - b_my - May. 14th, 2017 02:58 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 14th, 2017 03:15 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Алексей Беклемишев - May. 14th, 2017 03:26 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 14th, 2017 04:40 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 14th, 2017 08:07 pm (UTC) - Expand
niktos12
May. 14th, 2017 01:53 pm (UTC)
Спасибо, интересно. Про магниты тоже интересно узнать.
Алексей Беклемишев
May. 14th, 2017 03:24 pm (UTC)
Спасибо за интересную тему.

"Предельные нагрузки в 2-5 МВт/м^2..."
Мне кажется, что делать реакторы с предельными нагрузками на стенку нельзя - такая стенка будет инженерно сложной, короткоживущей и дорогой. Лучше реактор в два-три раза длиннее, но с простой стенкой <1МВт/м^2. То же соображение относится и к предельным магнитам.

"мощность реактора тепловая 14,4 ГВт" при мощности инжекции >5ГВт
Мощность реактора слабо совместима с устойчивостью энергосетей. Мощность инжекции - вообще запредельная. Нашей целью (ГДМЛ и т.д.) является снижение минимальной мощности реактора, что может быть достигнуто улучшением удержания. Если эта мощность невелика, то и размеры могут быть приемлемые. Мысль "двигаться с двух сторон, например из видимых ограничений по экономике и инженерным пределам материалов и механизмов" - правильная, но пока очевидно, что мяч на нашей стороне (физиков). Всем ясно, что проектировать реактор на основе физики ГДЛ 88года - пустая трата времени, а новые идеи ещё нужно верифицировать.

Интересные инженерно-экономические вопросы, имеющие отношение к теме, на которые я не знаю ответов:
1) Каково оптимальное соотношение длина/радиус большого сверхпроводящего соленоида на заданное поле с точки зрения стоимости и эксплуатации при постоянной поверхности LR=const?
2) Насколько дороги системы регенерации трития? Мы на тритии поставили крест, но это скорее интуитивное решение, чем научно-инженерно-экономически обоснованное.
3) Есть тезис, что нейтроны - дорогой продукт. Понятно, что он дорогой по себестоимости, но какова стоимость потребительская?
Являются ли нейтроны (наряду с энергией) возможным продуктом т/я реакторов, как это любит изображать т/я сообщество в проектах
нейтронных источников?
tnenergy
May. 14th, 2017 04:39 pm (UTC)
>Спасибо за интересную тему.

Надо еще сказать спасибо обзору Иванова и Приходько http://ufn.ru/ufn17/ufn17_5/Russian/r175e.pdf, которая привела меня к этой цитате.

>Мне кажется, что делать реакторы с предельными нагрузками на стенку нельзя - такая стенка будет инженерно сложной, короткоживущей и дорогой. Лучше реактор в два-три раза длиннее, но с простой стенкой <1МВт/м^2. То же соображение относится и к предельным магнитам.

Ну, безусловно так, хотя глобальный оптимум может заставить выжимать из стенки по максимуму.

>Нашей целью (ГДМЛ и т.д.) является снижение минимальной мощности реактора, что может быть достигнуто улучшением удержания. Если эта мощность невелика, то и размеры могут быть приемлемые.

Интересно, кстати, сколько у вас получалась мощность для километрового DT реактора в ГДМЛ физике, который имел бы бы Q=50 (если судить по известной картинке http://www.computerra.ru/upload/mkarpov/ZZ1F15A8CB.jpg)

>1) Каково оптимальное соотношение длина/радиус большого сверхпроводящего соленоида на заданное поле с точки зрения стоимости и эксплуатации при постоянной поверхности LR=const?

Стоимость сверхпроводящих магнитов до 6-7 Тл практически не зависит от диаметра, хотя тут есть такая штука как транспортируемость. Магниты больше 5 метров диаметром, де-факто, придется производить на месте, что их удорожает. Если это не проблема, то для ИТЭР без особых трудностей создали оборудование для намотки 25-метровых в диаметре магнитов на 6 Т. Говоря "без особых трудностей" я сравниваю с объемом работ по созданию линий производства Nb3Sn магнитов на поле 12-13 Т.

Так что, ориентируясь на "Поле <6 Т" оптимальным будет соленоид с диаметром магнитов ~4...4,5 метра. Магниты, видимо, будут выполняться из NbTI в жестком кондуите, с обмоткой сухой изоляцией, нагнетаемой затем эпоксидной смолой, во всяком случае это промышленно освоенная и самая дешевая на сегодня технология.

>2) Насколько дороги системы регенерации трития?

Очень дороги, поскольку речь идет о разделении изотопов, причем крайне неприятных изотопов. В ИТЭР стоимость только оборудования "фабрики трития" уже законтрактовано на 300 млн евро, и эта сумма вырастет (и она не включает в себя НИОКРы).
В целом, из 22-миллиардной стоимости ИТЭР (имеется в виду из статей, входящих в эти 22 млрд), тритий наверное составляет 5-10%

Причем с точки зрения 3-гигаваттного реактора речь идет о системе мощностью в несколько процентов от нужной.

Кроме того, тритий является определяющим с точки зрения ядерного лицензирования. Хотя и в DD он будет, но все же в количестве на пару порядков меньше и без необходимости оборачивать его в плазму, что резко упрощает дело.

>3) Есть тезис, что нейтроны - дорогой продукт. Понятно, что он дорогой по себестоимости, но какова стоимость потребительская?
Являются ли нейтроны (наряду с энергией) возможным продуктом т/я реакторов, как это любит изображать т/я сообщество в проектах нейтронных источников?

Интересный вопрос. В Росатоме работает приблизительно 400 мегаватт реакторов, работающих источниками нейтронов, в мире - порядка 1,5-2 гигаватт. Поскольку 1 МВт*день реактора - это ~0,8 грамм урана 235 (с учетом Кв), а 800 грамм "сгоревшего" урана 235 дают 1 грамм нейтронов, то можно оценить "рынок нейтронов" в 700 грамм в год.

При этом стоимость продуктов, получаемых с помощью нейтронов (т.е. всякие изотопы + прикладная нейтронная наука), не превышает, наверное, нескольких сот миллионов долларов в год в мировом масштабе, а стоимость нейтронов не должна превышать нескольких десятков миллионов долларов в год.

В принципе, если представить себе ТИН, производящий 0,1 грамм нейтронов в сутки, в мировом масштабе за такую установку государства готовы платить 1 миллиард долларов (т.е. не рыночную цену). Источники быстрых нейтронов еще интереснее с точки зрения задач, так что некоторые перспективы тут есть, вопрос в том, во что обойдется НИОКР по созданию такого.
(no subject) - b_my - May. 14th, 2017 07:47 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 14th, 2017 09:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 14th, 2017 11:15 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 15th, 2017 12:16 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 01:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nivanych - May. 15th, 2017 08:45 am (UTC) - Expand
(no subject) - Алексей Беклемишев - May. 15th, 2017 12:26 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nivanych - May. 15th, 2017 12:28 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Алексей Беклемишев - May. 15th, 2017 09:59 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 10:16 am (UTC) - Expand
(no subject) - Алексей Беклемишев - May. 15th, 2017 12:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 12:14 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 15th, 2017 12:26 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 12:41 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 15th, 2017 01:00 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 01:27 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Алексей Беклемишев - May. 15th, 2017 12:51 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 01:19 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 15th, 2017 12:09 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Алексей Беклемишев - May. 15th, 2017 01:03 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 01:09 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 15th, 2017 02:19 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Алексей Беклемишев - May. 15th, 2017 03:03 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 17th, 2017 04:38 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 14th, 2017 07:41 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 14th, 2017 08:58 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 14th, 2017 11:20 pm (UTC) - Expand
zilm
May. 14th, 2017 04:00 pm (UTC)
Магниты, конечно, только за!
rencom
May. 14th, 2017 04:18 pm (UTC)
(я, кстати, хочу написать статью про существуюшие рекордные магниты, это кому-то интересно?)

конечно !
the_blasted_one
May. 14th, 2017 06:52 pm (UTC)
О, давно по линейным ловушкам не видел ничего, спасибо!

По магнитам - да, конечно же! И еще, если хватит времени - про их будущее, возможно ли что-то прорывное/интересное :-)
freedom_of_sea
May. 14th, 2017 07:43 pm (UTC)
уже понятно что термояд даже при самом удачном раскладе не даст электричество дешевле чем парогазовый цикл природного газа.

Единственное, из-за чего нужно развивать это направление - термоядерный космический двигатель в виде открытой с одной стороны ловушки
Андрей Гаврилов
May. 15th, 2017 02:42 am (UTC)
расскажите пожалуйста про ваше "уже понятно" (в плане цены), в приложении к, гипотетическому пока (как, впрочем, и все прочие энергетические установки УТС) реактору Tri Alpha Enery на бор-протоне, и к гипотетическому же (пока) реактору на бор-протоне от ИЯФ им. Будкера.
(no subject) - freedom_of_sea - May. 15th, 2017 06:21 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - May. 15th, 2017 04:12 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - May. 15th, 2017 02:49 am (UTC) - Expand
(no subject) - freedom_of_sea - May. 15th, 2017 06:23 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 01:33 pm (UTC) - Expand
(no subject) - freedom_of_sea - May. 15th, 2017 01:38 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 01:44 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 15th, 2017 02:33 pm (UTC) - Expand
га - Андрей Гаврилов - May. 15th, 2017 04:26 pm (UTC) - Expand
Re: га - freedom_of_sea - May. 15th, 2017 07:25 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 16th, 2017 12:37 pm (UTC) - Expand
в горах газа нет, да - freedom_of_sea - May. 16th, 2017 12:47 pm (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - tnenergy - May. 16th, 2017 12:56 pm (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - tnenergy - May. 16th, 2017 02:22 pm (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - bash_m_ak - May. 16th, 2017 10:22 pm (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - tnenergy - May. 17th, 2017 11:52 am (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - bash_m_ak - May. 17th, 2017 01:38 pm (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - b_my - May. 17th, 2017 05:28 pm (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - bash_m_ak - May. 19th, 2017 10:38 am (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - tnenergy - May. 19th, 2017 11:01 am (UTC) - Expand
Re: в горах газа нет, да - bash_m_ak - May. 19th, 2017 12:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Николай Зубков - May. 15th, 2017 12:15 pm (UTC) - Expand
kuzmabest
May. 14th, 2017 10:03 pm (UTC)
Джесси Пинкман просил передать, что про магниты почитать ему будет очень интересно.
thorgeir
May. 15th, 2017 05:31 am (UTC)
Про магниты лично мне очень интересно - особенно про маленькие/импульсные.
vikshevchenko
May. 15th, 2017 07:47 am (UTC)
в другую, но актуальную тему:
В 2016 году объем добычи урана в Казахстане составил 24 тыс. 689 тонн
"Ожидается, что избыток урана на рынке сохранится до 2020 года, в результате чего прогнозируется высокая волатильность цен на уран и дисбаланс спроса и предложения". - министр энергетики Казахстана
http://tass.ru/ekonomika/4251432
tnenergy
May. 15th, 2017 07:52 am (UTC)
Пик урана, очевидно.

Где, блин, эти поклонники пиков, некого по столу лицом повозить.
(no subject) - vikshevchenko - May. 15th, 2017 08:02 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 01:31 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 15th, 2017 02:03 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 02:29 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 15th, 2017 02:35 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 15th, 2017 02:44 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 17th, 2017 11:21 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 17th, 2017 11:50 am (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 17th, 2017 12:23 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 17th, 2017 05:25 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 17th, 2017 07:22 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 17th, 2017 07:42 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 17th, 2017 07:52 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 17th, 2017 08:47 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 17th, 2017 09:33 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 17th, 2017 09:41 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 18th, 2017 07:50 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 18th, 2017 11:32 am (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 18th, 2017 05:51 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 18th, 2017 06:05 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 21st, 2017 11:07 am (UTC) - Expand
(no subject) - Master jkl - May. 21st, 2017 11:35 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 17th, 2017 11:49 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 17th, 2017 05:29 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 17th, 2017 07:25 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - May. 17th, 2017 07:26 pm (UTC) - Expand
Николай Зубков
May. 15th, 2017 12:07 pm (UTC)
1. Если делать ОЛ в дизайне ГДЛ с накачкой, то 90% нейтронной нагрузки будет приходиться на 5-7% длинны соленоида, у концов. ;)
2. Q растет не пропорционально длине -т.е. если Q=3 будет при 3000м, то Q=10 вовсе не при 30 000 м и даже не при 9000м, как казалось бы :)
3. При дейтерий-тритиевой смеси смысла в ОЛ вообще нет - дизайн ОЛ не позволяет эффективно утилизировать именно тепловую энергию торможения нейтронов и не требует большого значения бетты. А вот DHe3 с получением основной части энергии из заряженных частиц и высокими значениями бетта-показателя - самое оно.

P.S. Обязательно сделайте обзор по рекордным магнитным системам, обязательно! Особенно по ВТСП и гиперпроводникам. Заранее благодарю :)
Алексей Беклемишев
May. 15th, 2017 03:21 pm (UTC)
1. Реактор требует длительного удержания, ионы рассеиваются раньше чем реагируют, так что никаких пиков нейтронной нагрузки не будет. Они могут быть только при Q<<1, в нейтронных источниках.
2. При газодинамическом удержании таки Q~L.
3. "дизайн ОЛ не позволяет эффективно утилизировать именно тепловую энергию торможения нейтронов" - это почему? Казалось бы дизайн здесь не причём - бланкет ставь и утилизируй...
(no subject) - Николай Зубков - May. 18th, 2017 10:33 am (UTC) - Expand
Василий Матвиенко
May. 18th, 2017 05:44 pm (UTC)
Структуры
На ваш взгляд, плазменно-пылевой кристалл можно сравнить с бездной (композицией) открытых ловушек?
( 103 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

November 2017
S M T W T F S
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  
Powered by LiveJournal.com