?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Думаю все согласятся, что самым безумным и красивым термоядерным стартапом является канадский General Fusion с их идеей получения термоядерных микровзрывов внутри гигантской капли из расплавленного свинца, по которой бьют паровые молоты.


Я уже подробно рассказывал про этот стартап пару лет назад подробно, пришло время посмотреть, что с ним произошло к настоящему времени. Общий вывод - дела идут не особо хорошо.

Понятно, что создать термоядрный реактор крайне непросто. Смотря на историю нескольких десятков идей термоядерных реакторов, дошедших хотя бы до прототипов и "proof of concept", можно вывести примерно одинаковую траекторию - идея, неплохо выглядящая на салфетке в самых примитивных оценках неизбежно начинает наталкиваться на сложности при воплощении. Чаще всего эти сложности связаны либо с неустойчивостью плазмы, которая не желает "держать" невероятный градиент температуры или плотности от стенки реактора до точки, где идет термоядерная реакция либо с загрязнениями плазмы, который заставляют ее мгновенно терять энергию. В ответ на проникновение грубой реальности в чистую "салфеточную" идею авторы реактора начинают добавлять технических усложнений, призванных бороться с нежелательными факторами: улучшают вакуум, добавляют системы нагрева, усложняют конфигурацию магнитного поля, изготавляют более мощное, но при этом более презиционное устройство.


Иллюстрация тезиса - открытая амбиполярная ловушка MFTF, проект, закрытый сразу после окончания строительства из-за разошедшихся оценок перспектив и стоимости.

Причем процесс усложнения обычно дает падающую отдачу - и в какой-то момент становится ясно, что скорее всего в рамках очередной концепции не получится не то что реактор, но даже просто термоядерная реакция с достаточной мощностью (т.е. сопоставимой, скажем, с мощностью нагрева плазмы, параметр Q).

Такую траекторию взлета и падения в свое время описали идеи z-pinch, классических стеллараторов, плазменного фокуса, классических и амбиполярных открытых ловушек, реактора MIGMA (о котором я давно хочу написать), Polywell и лазерного инерциального синтеза. Еще большее количество идей не дошли и до прототипов.

Даже токамаки, которые показали в свое время возможность достижения Q=1, 10 и даже Q=бесконечность, по пути к этом настолько обрасли сложной инженериеей, что в общем-то сейчас оказываются неинтересными для нужд энергетики и продвигаются только как научные установки.

Похоже, что эта печальная участь постепенно подкрадывается и к General Fusion. В 2009, когда стартап только получал свои первые деньги у них существовало намерение пройти разработку до прототипа термоядерного реактора с каким-то (небольшим) выходом термоядерной энергии к 2014 году. Считалось, что самая большая проблема с сферической симметрией сжимающего жидкометаллического лайнера преодолима, а с плазмой "все сделали предшественники".


Симуляция сферически сходящихся ударных волн, которые будут обеспечивать финальное сжатие плазменного тороида в реакторе General Fusion


И испытания реального поршня. Эта часть системы достигла нужных параметров по скорости и точности.

Напомню, что GF собираются сжимать плазменный вихрь называемый "компактный тороид", сначала магнитным полем, а затем сходящейся в свинцовой капле ударной волной. Сжатие плазмы магнитным полем практически всегда сопровождается неустойчивостями и разрушением этой плазмы, и здесь первоначальный оптимизм GF натолкнулся на стену реальности еще в 2013 году, когда был создан первый прототип плазменного инжектора.


Изначально процесс сжатия виделся так, но с этой конфигурацией плазменного компрессора-инжектора ничего не вышло.

Поскольку деньги стартап собирал успешно (и собрал на сегодня порядка 130 миллионов долларов), то попутно со строительством стендов для отработки разных агрегатов будущего реактора строится ряд прототипов плазменных инжекторов-компрессоров в надежде найти правильный подход. В 2016 году возникает магнитный плазменный компрессор SPECTOR. Эта установка уже не является частью будущего реактора, а просто исследовательский стенд в попытке достичь нужного сжатия плазмы. Путем разных ухищрений компрессию удается поднять, но судя по данным, показанным на конференции FPA в декабре 2016  - все равно еще недостаточно: плазма не достигает нужной плотности примерно в три раза и разрушается неутойчивостями. А главное, все эти ухищрения, похоже, не совместимы с будущим реактором GF.


Компрессор плазмы SPECTOR в симуляции и живьем. На картинке слева видна начальная и конечная форма плазменного тороида. Не ясно, как хитрая выбранная форма может быть перенесена в инжектор плазмы.

Так, в погоне за теплоизоляцией плазмы GF применили в своем компрессоре плазмы литиевое покрытие камеры, уменшающее количество примесей в плазме. Однако, как мы помним, в дальнейшем планируется инжектировать плазму в вращающуюся свинцовую каплю, которую покрыть изнутри литием невозможно. Кроме того, форма компрессора SPECTOR выбрана очень специальная, а для инжекции в каплю нужно не только сжать тороид но и отправить его в свободный полет.

Однако в сложившихся условиях GF делает все, что бы решить эту проблему хотя бы локально, получив параметры плазмы, которые нужны для инжекции в металлическую каплю. Собрав столько денег (и ответственности) очень сложно признавать тупик, но с каждым месяцем все больше похоже, что только чудо позволит, даже получив результат по плазме, перенести его в реактор.


Литиевые испарители - широко распространенная среди создателей термоядерных установок практика.

Думаю, что развязки истории с General Fusion осталось ждать меньше двух лет - если в следующем году GF не перейдет к сборке полного прототипа со свинцом, то у стартапа скорее всего уже не хватит на это ресурсов в дальнейшем.

Comments

Alex Besogonov
Aug. 24th, 2017 04:54 am (UTC)
Для термояда не нужно бороться за каждый процент эффективности, так как вопрос дороговизны топлива не стоит вообще (ну кроме экзотики с He3). Зато если прямое преобразование поможет снизить капитальные затраты - это будет очень интересно.

Три-альфа пытается пока делать обычный тепловой реактор, но в теории они могут перейти и на прямое преобразование.
kincajou
Aug. 24th, 2017 05:00 am (UTC)
Мне кажется,что бороться за проценты эффективности надо не по причине дешевизны топлива, а по причине того, что каждый НЕ отведённый процент выделяемой реактором энергии будет рассеиваться где-то внутри конструкции. А эти "проценты" - это сотни и тыщи киловатт, которые будут не к потребителю уходить, а греть кабели, трубопроводы и т.п.
Alex Besogonov
Aug. 24th, 2017 06:09 am (UTC)
Снимать тепло - это вообще не проблема. Обычная вода с этим прекрасно справится, достаточно быстрого потока под низким давлением. Для примера, реакторы-бридеры оружейного плутония выдают по 2ГВт тепловой мощности, которая без проблем снимается простой охлаждающей системой.

Проблемы с тепловым циклом в том, что для него нужен перегретый пар, иначе эффективность будет совсем никакая. А перегретый пар можно получить той же водой (но уже под давлением), либо более экзотическими теплоносителями (литий, NaK и т.п.), либо прямым кипячением. Всё это достаточно сложно технически и потому стоит дорого.
kincajou
Aug. 24th, 2017 06:14 am (UTC)
конструктивно они очень разные и может оказаться так, что то, что легко получается с ядерными реакторами, невозможно сделать с термоядерными. Впрочем, я не специалист - может быть, от площади термоядерного тора (или сферы, или х.з. какэто назвать у стелларатора) в самом деле проще отвести тепло, чем от объёма ядерного реактора

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

November 2019
S M T W T F S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
Powered by LiveJournal.com