?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry


Слева - характерное развитие нестабильностей Z-pinch, не позволяющее его использовать в УТС, справа - подавление нестабильностей "вмороженным" магнитным полем.

В мае произошло еще одно интересное событие - ARPA-E ( агенство перспективных проектов министерства энергетики США) раздало девять грантов разным группам, занимающимися исследованиями в области термоядерного синтеза. Эти проекты объеденные в программу ALPHA и нацелены на альтернативную магнитному и инерциальному синтезу ветку, которая активно разрабатывается в штатах последние два десятилетия.

Если магнитное удержание работает с плазмой с плотность 10^13...10^14 атомов на кубический сантиметр, а инерционное с плазмой плотностью 10^22...10^24, то новое направление использует гибрид - плазму с плотностью 10^18...10^19, которая перед сжатием до такой плотности замагничивается и в результате сжатия еще и силовых линий магнитного поля получается состояние в котором подавлена теплопроводность и разлет. Подавлена не надолго, характерное время жизни таких образований - от единиц до сотен микросекунд, но этого вполне хватает что бы (теоретически) получить положительный энерговыход. Практически все работы сосредотачиваются на получении плазмы с помощью Z-pinch, т.е. на методе сжатия плазменного цилиндра по его радиусу ("утончения") путем пропускания мощного тока вдоль, и на Field-Reversed Configuration, плазменного вихря, который стабилизирует сам себя от распада (на какое-то время) собственным магнитным полем.


Перспективы данного направления не ясны: как инерциальный конфаймент, эксперименты могут столкнуться с чем-то неожиданным изначально, и даже если модели сойдутся с реальностью, электростанция на таких физических принципах получается довольно нестандартная (мощный импульсный энерговыход, магниты-вакуум-сильноточные системы-жидкие металлы) Давайте коротко посмотрим на 9 грантополучателей и их проекты.

1. California Institute of Technology – Pasadena,
CA Prototype Tools to Establish the Viability of the Adiabatic Heating and Compression Mechanisms Required for Magnetized Target Fusion - $800,000

Грант финансирует теоретические и экспериментальные исследования в области слияний плазменных струй, взаимодействия струй и FRC с тяжелыми газами (типа ксенона) и металлическими мишенями. Сильно пересекается с работой из пункта 4.

2. Helion Energy, Inc. – Redmond, WA Staged Magnetic Compression of FRC Targets to Fusion Conditions - $3,971,264

Контора Helion Energy довольно давно разрабатывает свой способ снабдить мир дешевой и чистой энергией. Надо заметить, что в Штатах у нее есть довольно много конкурентов, и все как один довольно скрытные. Helion отдделывается вот такими мурзилками:




Показанная схема много кем прорабатывается (например Tri alpha), но Helion заявляет высокие достигнутые параметры плазмы - 5 кЭв, 1 мс, впрочем, эти цифры не вызывают большого доверия (см. статью про Tri Alpha).

3. Lawrence Berkeley National Laboratory – Berkeley, CA MEMS Based Ion Beam Drivers for Magnetized Target Fusion - $2,200,000

Эти ребята не имеют прямого отношения к термоядерным установкам, занимаясь импульсными сильноточными ионными источниками и облучением такими источниками разных мишеней. Тема, под которую получен грант очень горячая - ускорители на кремниевых чипах. Технология позволяет интегрировать радиочастотный драйвер и ускорительную полость в кремниевую пластину и получить из стопки таких пластин источник с током в несколько ампер и энергией в 100 кЭв с высоким кпд и низким эммитансом.

4. Los Alamos National Laboratory – Los Alamos, NM Spherically Imploding Plasma Liners as a Standoff Magneto-Inertial-Fusion Driver - $5,500,000

Одна из давно разрабатывающихся идей, соединяющая сразу много других. Здесь с помощью Z-pinch будут получать FRC плазмойд, и выстреливать им в центр камеры. 25 таких стабилизированный потоков плазмы должны слиться в центре, и достигнуть условий термоядерного горения. Поскольку разработка ведется лабораторией, а не частной фирмой, то тут никто не обещает золотых гор, зато вполне открыты. Работа далека от проектирования энергетических реакторов, но ребята уже считают возможные конфигурации.


Импульсное магнитное устройство, с помощью которого создается FRC плазмойд и ускоряется в сторону мишени.


И камера с 25 такими "пушками", которые должны создать в центре что-то схожее с лазерным термоядом.



5. Magneto-Inertial Fusion Technologies, Inc. – Santa Ana, CA Staged Z-pinch Target for Fusion - $4,300,000

Еще одни обладатели "прорывных" решений. В данном случае во второй модной темы после слияния FRC плазменных вихрей - стабилизации Z-pinch. Вообще говоря пинч - самый древний способ, который был попробован в попытках достичь управляемого термоядерного синтеза. Идея проста - если взять пустотелый цилиндр, наполнить его дейтерий-тритиевой смесью и пустить ток, который ионизирует этот (обычно речь идет о мегаамперах) проводник, то магнитное поле тока сожмет получившийся плазменный цилиндр в сотню раз по диаметру, увеличив плотность и температуру внутри до параметров термоядерного зажигания. К сожалению, в реальности процесс компрессии сопровождается развитием неустойчивостей, разрушающими проводящий объем, и нужной плотности/температуры достичь невозможно. В последние 20 лет появилось много исследователей, которые считают, что им удалось найти способы стабилизации Z-pinch. Если это так, то это будет действительно самый простой и дешевый способ получить УТС. В числе таких Magneto-Inertial Fusion Technologies, предлагающих стабилизировать пинч аэродинамическими методами.

6. NumerEx, LLC – Albuquerque, NM Stabilized Liner Compressor (SLC) for Low-Cost Fusion - $4,000,000

Эти ребята в свою очередь предлагают известное с 70х годов решение нестабильностей в Z-pinch - вращающийся цилиндр из жидкого металла, как изначальный элемент, схлопываемый ударной волной. Опять, очень сложно предсказать, что нового могли насчитать эти разработчики (они как раз занимаются кодами, симулирующими плазму), но их предложение напоминает канадцев General Fusion, где FRC плазмойды в центре схлопываются сходящей ударной волной в жидком литии. Волну в свою очередь вызывают специальные ударные механизмы (с ума сойти, решение, если подумать).



7. Sandia National Laboratories – Albuquerque, NM Demonstrating Fuel Magnetization and Laser Heating Tools for Low-Cost Fusion Energy- $3,800,000

А этот грант пойдет на развитие известного MagLIF (о котором очень хорошо в свое время написал antihydrogen), одного из самых продвинувшихся концептов в этой области. Он базируется на Z-pinch сжатии мишени, которая ионизированна и нагрета лазером и в которой расположенно затравочное поле. Поле при сжатии возрастает до уровня ~1000 тесла и получившийся компот расползается во все стороны очень неохотно. Некоторое время назад команда magLIF в реальном эксперементе  увидела термоядрные нейтроны, и хотя им не удалось достигнуть scientific breakeven, т.е. получить такое же количество термоядерной энергии, какое было вкачено в мишень, в целом результаты очень обнажеживающие. Данный грант должен поддержать проект и развивать его теперь будут сразу две национальные лаборатории.



8. Swarthmore College – Swarthmore, PA Plasma Accelerator on the Swarthmore Spheromak Experiment - $493,238

Разработка плазменных инжекторов для генерации "сферомаков" - это очень похожий на FRC плазменный вихрь, но с некоторыми отличиями. Грант видимо выдан по принципу "пусть цветет 100 цветов" - раз все занимаются FRC (причем аккумулировали на это весьма немалые деньги - не меньше полумиллиарда долларов собрали эксперементы на таком базисе) то пусть хоть кто-то исследует близкие альтернативы на случай провала проектов FRC.

9. University of Washington – Seattle, WA Development of a Compact Fusion Device based on the Flow Z-Pinch- $4,800,000

Разработка очередного реактора на базе газового Z-pinch'а. В данном случае разряд ионизирует газ в коаксиальном промежутке между электродами, далее плазменноей образование соскальзывает в соседнюю камеру, замыкает дальний торец и центральный электрод и "пинчуется" током.



Что ж, еще одни обладатели заветного знания, как стабилизировать Z-пинч.

Резюмируюя: выбрано интересное и "горячее" направление, но лично мне как-то интересными кажутся только пункты 4 и 7.

Comments

( 17 comments — Leave a comment )
_oxpa_
Jun. 7th, 2015 04:13 pm (UTC)
" экскременты могут столкнуться "
вероятно, опечатка.
tnenergy
Jun. 7th, 2015 04:26 pm (UTC)
Ха-ха, отличная правка от open office.
amginskiy
Jul. 5th, 2015 05:19 am (UTC)
ахаха :))))
alex_barenberg
Jun. 7th, 2015 08:24 pm (UTC)
А что насчет нашумевшей разработки от Локхида http://hi-news.ru/science/kompaktnyj-termoyadernyj-reaktor-ot-lockheed-martin-mozhet-izmenit-mir-navsegda.html ? Ее министерство энергетики не сочло достойной?
tnenergy
Jun. 7th, 2015 08:34 pm (UTC)
Ну, формально машина LM не попадает в данную программу, потому что это классическая магнитная ловушка, а тут рассматриваются именно промежуточные (между магнитными и инерциальными) установки.

Но вообще говоря, очень много специалистов говорят, что схема, которая видна в патенте (двойной или тройной касп в пробкотроне) исследовалась и страдает неустранимыми проблемами, типа "гибели" плазмы на держателях погруженных катушек, двойного нуля поля в центре и связанной с этим сепаратрисой большой площадади (т.е. большой дырке в магнитном конфайменте) и т.д. и .т.п. То есть то, что показали - работать не будет.
Андрей Гаврилов
Jun. 10th, 2015 09:11 pm (UTC)
я патенты мельком просматривал, но товарищ Ch. с НК (IYKWIM) говорил, что действительно увидел там держатели миксин (если вам знакома эта морозовская терминология, если нет - это погруженные в плазму проводники с током. Такой тип ловушек он называл галатеями), и именно это одной из причин его громкого "Фе!" было. На самом деле в МИФИ-шном "МАГНЕТОР"'е, к примеру, тоже держатели использовали, правда магнитноизолированные (отдельную работу про это видел), и там малый зазор был, и пробка в том месте была (там ловушка - две соосные разнонаправленные катушки в одной плоскости, одна в другой; тоже галатея)... правда и плазма там, видимо гибла, да (как они сами и предполагали ("в том числе на опорах")). Но я что-то отвлекся. Так вот, классика в том типе ловушек - это безопорный подвес. Еще для MIRAGE (это то ли в 91-м, то ли в 93-м в Курчатнике был USSR-US-Japane Workshop (или как там это называлось) по D-He3 реакторам, там про эту ловушку Морозов и Ко говорили) Морозов сотоварищи статью писали (ну, или примерно в то время, про подобную) - про подвес, про криосистему подвешенной катушки, etc, отчетливо сие помню.

Я что-то не понял, в чем проблема с сепаратрисой, в LM-овской ловушке (практически полный аналог которой мы то ли на 3-й, то ли на 7-й странице большой, 40-ка-страничной статьи в УФН (98г) можем видеть)? Точек утечки на самом деле там всего две - на оси, симметрично.

А, вы про, собственно, идею удержания плазмы в нуле поля? Про "магнитный баллон", как это называл Морозов (это его любимый тип галатей был, ближе к концу; ловушки, держащие незамагниченную плазму (в нулях, понятное дело))? Типа, оттель по сепаратрисе будет сифонить, а там по оси и утекать?

Тут да, "нехорошо получилось".
Цвентух в работе 2008-го? (кажется там у него серия публикаций как раз с 2008-го, то ли по 2011-й я следил, то ли по 2013-й), в общем в тех публикация, где он посчитал линейную многопробочную открытую ловушку с миксинам, и обнаружил очень хорошее их влияние на удержание (замагниченной плазмы, а не той, что в нулях), что-то вроде писал, что ежели в нуле бета высокая, то в какой-то момент она прорывается по сепаратрисе, "расшиперивает" ее. Но я это место по диагонали читал, а понял не уверен, что верно, да и помню скверно, но что-то там такое было. А так очень оптимистические статейки были, про перспективы для ОЛ. По мне так хз, возня с подвесом миксин (и вытекающим их этого гемором) по мне так все выгоды убить способна. Но если это у меня предрассудки, то "срочно в ГДМЛ напихать пару-другую миксин!", хехе.

Так вот, к "нехорошо получилось".

Я так понял, Макгвайр углядел, что такая ловушка - это Polywell, у которого куда больше шансов заработать, чем у первоначального угребища Polywell'а. (Polywell, у которого оторвали четыре катушки, хехе ("как он переучил вас с семиструнной гитары на шестиструнную? - оторвал седьмую струну, и бил меня, когда я пытался поставить пальцы на ее место")). В общем, я подозреваю, он на электростатику надеется (ну, или наивен/ безграмотен). Может, еще на что. Но вот опоры... "Сомневаюсь я, Африканыч, что эта сковорода заговорит". Хотя буду рад ошибиться, конечно же.
Андрей Гаврилов
Jun. 10th, 2015 09:20 pm (UTC)
четт я лучше высыпаться буду перед комментированием.
antontsau
Jun. 8th, 2015 01:01 am (UTC)
пункт 4 - это ж та самая "плазменная пушка" из классической НФ. Остается только вопрос вывода этого плазмоида из камеры на свежий воздух, и можно заряжать.
amginskiy
Jul. 5th, 2015 05:22 am (UTC)
А вот чубайсовскую Tri Alpha Energy обделили...
tnenergy
Jul. 5th, 2015 08:35 am (UTC)
Да, я тоже отметил это. Возможно они работают с не слишком плотной плазмой, когда тут финансируют именно проекты с плотностью плазмы, промежуточной между магнитным и инерциальным конфайментом.
amginskiy
Jul. 5th, 2015 10:49 am (UTC)
Ясно.
vladimir690
Aug. 14th, 2015 05:32 pm (UTC)
В копилку
Проект токамака от MIT:
http://vladimir690.livejournal.com/55919.html
tnenergy
Aug. 14th, 2015 09:25 pm (UTC)
Re: В копилку
Да, я еще давно хотел про него написать, жалко, что в будни не до блога :( Одно из очевидных направлений - высокопольный токамак с полем в до 23 Тесла. Довольно хорошо сбалансированный, но требующий приличного объема НИОКР.
tnenergy
Nov. 3rd, 2015 08:15 am (UTC)
Re: В копилку
Просматривая старые статьи - я кстати про него написал, http://tnenergy.livejournal.com/21475.html, вы видели?

Edited at 2015-11-03 08:27 am (UTC)
vladimir690
Feb. 26th, 2016 03:43 pm (UTC)
Было бы интересно как будут выглядеть (если появятся ) установки пузырькового метода
http://energovector.com/files/ev02-2016-200.pdf (5 стр)

Edited at 2016-02-26 03:44 pm (UTC)
vladimir690
Sep. 13th, 2016 02:34 pm (UTC)
tnenergy
Sep. 13th, 2016 03:12 pm (UTC)
Здесь далеко не все, особенно учитывая небольшие эксперименты. Например по токамакам я давал полный или близкий к полному список http://tnenergy.livejournal.com/10105.html
( 17 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

December 2017
S M T W T F S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31      
Powered by LiveJournal.com