?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Пресс-релиз команды корейского токамака KSTAR по итогам работы в 2015 году позволяет неплохо проиллюстрировать, чем же сейчас заняты ученые, работающие с токамаками. Мне кажется странной ситуация, когда даже на англоязычных источниках физики не утруждают себя разжевыванием проблематики и стратегии развития этого направления, из-за чего складывается ощущение, что прогресса термоядерной энергетики нет и не будет, как минимум до 2025 года, когда должен быть достроен ИТЭР.


На самом деле это не так. Создание термоядерного реактора для энергетики можно условно разделить на несколько задач, и хотя самые большие из них будут закрываться ИТЭРом (превращение электрофизической установки в ядерную и инженерия термоядерного реактора) и IFMIF/EVEDA (новые стойкие материалы для ТЯЭС), существует несколько насущных вопросов физики плазмы, которые можно и нужно решать на существующих установках. Часть из них успешно исследуются на одном из самых современных токамаков мира — KSTAR.

криостат KSTAR (токамак внутри) и обвязка.

Эта полностью сверхпроводящая машина была введена в строй в 2008 году, имеет диаметр вакуумной камеры 3,6 метра и магнитное поле в центре плазменного шнура в 3,5Т. KSTAR сравним с крупнейшими действующими в разных странах токамаками мира - D-IIID (США), ASDEX-U (Германия), EAST (Китай) и лебединой песней СССР - T-15, уступая только французкому Tore Supra, японскому JT-60 (оба сейчас проходят апгрейд) и общеевропейскому JET.


Установка основания нового ИТЭР-подобного дивертора в Tore Supra в декабре 2015

В 2015 году во время закончившегося 8 кампании KSTAR многое сделал для исследования H-моды и поддержания неиндуктивного горения. H-мода — это такой режим существования плазмы, когда теплопотери из нее резко снижаются, а температура в центре нарастает. H-мода является необходимой для получения высоких энерговыходов от термоядерного горения в токамаках. Однако H-мода обладает неприятными ELM нестабильностями, с которыми надо уметь бороться для того, что бы термоядерный реактор смог постоянно ее поддерживать. В 2015 году на KSTARудалось удерживать плазму температурой 40 млн. градусов в H-моде в течении 55 секунд, что является мировым рекордом, и фактически снимает вопрос долговременного поддержания H-моды в будущих энергоустановках. Кстати, в ИТЭР планируется работа практически исключительно в режиме H-моды длительностью от 400 до 1000 секунд.


Во время сборки - слева криостат, в центре - вакуумная камера, справа - сверхпроводящие полоидальные катушки.
Второе очень важное достижение по физике плазмы — это 12 секунд неиндуктивного режима поддержания тока. Проблема тут в том, что классический токамак создает кольцевой ток в плазме (а этот ток — необходимый элемент удержания плазмы в магнитной ловушке) путем изменения поля в центральном соленоиде (ЦС). Перезарядка соленоида, очевидно, возможна только от максимально положительного значения тока до максимально отрицательного. Как только ЦС достигает максимально отрицательного тока , плазма в реакторе гаснет. Такой режим поддержания тока плазмы называется индуктивным, и много лет усилия разработчиков токамаков направлены на создание альтернативных механизмов поддержания тока (называемых не-индуктивными). Обычно поддержание тока возлагается на те же машины, что занимаются нагревом плазмы — ионный и электронный циклотронный радиочастотный нагрев и инжекция быстрых нейтралов.


Ролик, бодро рассказывающий о сборке KSTAR.
Однако до сегодняшнего дня на больших токамаках неиндуктивный режим работы поддерживался весьма недолго, доли секунды. Поэтому 12 секунд тут важный шаг на пути создания постоянно работающих (а не импульсных) токамаков — в пику стеллараторам. Напомню, что ИТЭР в первоначальной конфигурации не будет способен на полностью неиндуктивный режим, а только на режим с током, создаваемым на 60% с помощью внешних генераторов.


Возможности различных токамаков по удержанию плазмы в координатах Плотность * время удержание против температуры.
Я уже рассказывал про токамак ARC, предложенный плазменной лабораторией MIT, который собрал все эти (и многие другие) прогрессивные идеи — в том числе поддержание тока только радиочастотными средствами (для исключения дорогостоящих и сложных NBI из установки). В свете достижений KSTAR идеи, заложенные в перспективные машины становятся реальнее, как и облик возможной термоядерной энергетики.

Comments

( 22 comments — Leave a comment )
faleevv
Feb. 6th, 2016 06:05 pm (UTC)
Китай не отстает
tnenergy
Feb. 6th, 2016 07:51 pm (UTC)
Re: Китай не отстает
У Китая похожая по параметрам машина, но здесь они разменяли чуть меньший ток плазмы на чуть большую длительность удержания. Учитывая, что рекорд удержания ~1000 секунд, лучше заниматься более насущными вопросами, имхо.

Кстати, у Китая есть своебразный проект следующего национального токамака CFETR - точная копия ИТЭР, только чисто китайского %)
faleevv
Feb. 7th, 2016 07:42 am (UTC)
Re: Китай не отстает
Слабовато разбираюсь в данном вопросе, хоть и физик по образованию (оптик :-)), но сама архисложность и дороговизна данных агрегатов вызывает подспудное отторжение. Вот как то не вижу я их в основе энергетики будущего. Чисто ощущение на подкорке. Хочется простого и более мобильного.
P.S. Очень хочется услышать Ваше мнение о Росси.

Edited at 2016-02-07 07:44 am (UTC)
tnenergy
Feb. 7th, 2016 08:30 am (UTC)
Re: Китай не отстает
Я писал об этом в заключительной части вот этой статьи по принципам работы токамаков. Думаю, что подспудно все ожидают, что дальнейшее улучшение понимания физики и инженерии термоядерных реакторов + прогресс в нужных технологиях (например - сверхпроводниках) приведет к такому упрощению и удешевлению, что термоядерная энергетика станет реальностью. Но для этого надо много сил потратить на работу на имеющихся и будущих установках.

Собственно, такой прогресс уже виден. Есть предложение токамака ARC, который заметно проще ИТЭР и при этом уже способен вырабатывать электроэнергию, при стоимости сооружения на уровне самой дорогой атомной энергетики. Ну и вообще советую почитать про альтернативы основной дорогостоящей ветки с ИТЭР во главе.
faleevv
Feb. 7th, 2016 04:34 pm (UTC)
Re: Китай не отстает
Спасибо
mac_arrow
Feb. 6th, 2016 08:05 pm (UTC)
> полностью сверхпроводящая машина

Никогда такого не было, и вот опять! )))
Что нам на этот раз выдают за "сверхпроводимость"?
tnenergy
Feb. 6th, 2016 08:07 pm (UTC)
Вас там много?
mac_arrow
Feb. 6th, 2016 08:29 pm (UTC)
Лень гуглить. Подтвердите, что у них там действительно короткозамкнутые обмотки с отключаемыми внешними источниками тока. (как то навскидку не верю)
Иначе опять тень на плетень.
tnenergy
Feb. 6th, 2016 08:33 pm (UTC)
Нет, с неотключаемыми, т.к. им надо регулировать ток в них и компенсировать потери в резистивной части схемы Но есть и схемы с crowbar (фактически короткозамкнутые), только вы же знаете этих ученых - им ни в чем верить нельзя, наверняка схема поддельная.

Но вообще, конечно, вы бы сначала объяснили эффект Мейснера или бы тупо купили метр REBCO ленты и термос жидкого азота, да померили бы сопротивление четырехточечным методом, а потом уже до токамаков докапывались.

Edited at 2016-02-06 08:36 pm (UTC)
mac_arrow
Feb. 6th, 2016 08:41 pm (UTC)
я токамаки ещё в совке строил ))) отродясь "сверхпроводимости" там не было, как и в "каладыре" её нет

старина Хейке их бы не одобрил!

Edited at 2016-02-06 08:49 pm (UTC)
egh0st
Feb. 7th, 2016 04:26 am (UTC)
а почему не было? (ц)
mac_arrow
Feb. 7th, 2016 12:39 pm (UTC)
По сути там везде лишь криогенное охлаждение обмоток. С дополнительными кунштюками, но...
Без внешних источников питания это всё не работает. Да и джоулев разогрев всё равно происходит.
Я на что обратил внимание в заявлении автора, мол "полностью сверхпроводящая машина", ан нет! Фактически то же, что и у нас в 80-х.
tnenergy
Feb. 7th, 2016 12:46 pm (UTC)
>По сути там везде лишь криогенное охлаждение обмоток.

Очень хотелось бы увидеть магнит из NbTi, охлажаемый жидким азотом и дающий хотя бы пару тесла.

>Фактически то же, что и у нас в 80-х.

Фактически, пущенный в 1989 году Т-15 близок по геометрическим размерам и параметрам магнитного поля к KSTAR, и на этом все. В плане экспериментальных возможностей между ними пропасть.
mac_arrow
Feb. 7th, 2016 12:59 pm (UTC)
Так уж и "пропасть"? Хотя годы идут, я не сомневаюсь.
Ниже Вам ответил подробней, спасибо ещё раз.
tnenergy
Feb. 7th, 2016 07:13 am (UTC)
В СССРе было всего два токамака с сверхпроводимостью, но что-то я сомневаюсь, что вы хоть медные строили.
ratnikov_vv
Feb. 7th, 2016 10:34 am (UTC)
Можно спросить ?
1) О чем говорит иностранец. Я понимаю что он вроде как наезжая критикует. Но не могу понять что конкретно ?
он сомневается в наличии сверхпроводимости ?

2) И все же какой рекорд поставили Китайцы, из журналистких текстов я ничего не понял.
tnenergy
Feb. 7th, 2016 10:48 am (UTC)
Re: Можно спросить ?
1. Без понятия, спросите у него.
2. Рекорд длительности удержания плазмы для своего токамака с параметрами примерно в 10 раз хуже термоядерного горения. Т.е. так долго EAST плазму не удерживал.

Кстати, если глянуть на последнюю картинку поста, то можно прикинуть, что по температуре EAST превзошел изначальные планы.
ratnikov_vv
Feb. 7th, 2016 11:51 am (UTC)
Re: Можно спросить ?
cпасибо.
mac_arrow
Feb. 7th, 2016 12:26 pm (UTC)
Я в НИИЭФА работал, погуглите, что мы проектировали и строили.
А по теме, так для популяризаторов науки (в целом это хорошее, годное дело) очень характерно валить в одну кучу superconductivity и криогенное охлаждение обмоток. )))
Если Вам интересно "за сверхпроводимость", то с ней не всё так просто. Остались ещё вопросы.
Т.е. всё примерно так, как и в конце 80-х, когда я работал "секретным физиком". )))
tnenergy
Feb. 7th, 2016 12:42 pm (UTC)
Регулярно пишу про то, что делает НИИЭФА в рамках ИТЭР. Читал и про проблемы с обмотками Т-15. Разницу между сверхпроводимостью и криогенным охлаждением меди тоже понимаю. Обмотки KSTAR выполнены из Nb3Sn и NbTi - их как не охлаждай выше Tc, 3.5 Тесла не получишь.


Читать про альтернативное восприятие теорий, которые являются инженерно-рабочими, по которым оптимизируются сотни различных изделий, довольно смешно.
mac_arrow
Feb. 7th, 2016 12:56 pm (UTC)
Читать про альтернативное восприятие теорий, которые являются инженерно-рабочими, по которым оптимизируются сотни различных изделий, довольно смешно.

Вот вот, Вы читаете, а я "инженерно работал" с этим вот всем. ))) Я тут у Вас не пытаюсь закрыть "сверхпроводимость", эффекты от сверхнизких температур под коврик не спрятать. Я о точности в терминологии и осторожности с "полностью сверхпроводящая машина", а потом "резистивные цепи".

И довольно наивно, на Вашем месте, считать что всё уже открыли и поняли даже за 100 прошедших лет.

А так, благородным делом занимаетесь! Читать Вас интересно.
elf_wired
Feb. 8th, 2016 05:08 pm (UTC)
Если сравнивать токамак, у которого все катушки используют сверхпроводники с тем у которого сверхпроводящих только часть, можно назвать его полностью сверхпроводящим, и те, кто в теме, поймут, не так ли?
( 22 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