?

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

Андрей Гаврилов
Aug. 24th, 2017 06:16 am (UTC)
Chilik, кстати, ооооочень скептично пишет о "шансы были". К примеру. Гидродинамических неустойчивостей, говорит, огребут при сжатии, и "все это было, было, было", еще в прошлом веке. Т.е. им предстоял бы увлекательный грабельный велосипедизм по уже давно езженным дорогам, как-то так примерно.
tnenergy
Aug. 24th, 2017 06:59 am (UTC)
А о чем Чилик не пишет скептически? Особенно если собрать 5-6 Чиликов в один пост, то они скепсисом зальют не только весь УТС, но и ядерную энергетику тоже.

Про гидродинамические неустойчивости: как я понимаю, задумка была в предкомпрессии магнитным полем, что бы снизить R-фактор сжатия металлическим лайнером. Поскольку лайнер толстый, то релей-тейлор там развивается позднее. Сочетание этих двух факторов, типа, должно было приводить к тому, что плазма сжималась бы до термоядерных параметров при давлении 5 мегабар (как в хорошем имплозивном ЯВУ).

Не знаю, насколько такой подход реалистичен, может здесь проблем у GF не меньше, чем с предкомпрессией.

Ну и конечно же отравление плазмы свинцом - проблема, возможно ставящая крест целиком и полностью (судя по наколеночной оценке сам знаешь кого), но опять же, не понятно, какие соображения были у GF

Андрей Гаврилов
Aug. 24th, 2017 07:53 am (UTC)
>А о чем Чилик не пишет скептически?

- ой, да много о чем даже за границами темы УТС (внутри коих он хорошо отзывается о хороших проектах. Об обоих, гг.). О тебе, например, вовсе не скептически, а вполне себе одобрительно пишет(!); ты год и две недели как назад к нему на работу ездил, в ИЯФ, и даже общалси там с ним/ при нем / с его коллегами :).

>Особенно если собрать 5-6 Чиликов в один пост,

- не сможем, Америку обогнать, заплаты на заднице видны будут, где мы столько найдем-то? ))

Что мне нравится в сообщениях, критике, и отзывах Chilik'а, - они всегда хорошо аргументированы (и в этом смысле - весьма адекватны), информативны, и зачастую - и познавательны. Побольше бы таких Chilik'ов, но опять же - "где их взять-то, побольше?!".

>Ну и конечно же отравление плазмы свинцом - проблема, возможно ставящая крест целиком и полностью (судя по наколеночной оценке сам знаешь кого),

- ага

>но опять же, не понятно, какие соображения были у GF

- вот это-то и интересно. Вынося в открытое пространство тот самый, уже обсуждавшийся вопрос - интересно, почему не литий, скорость ударной волны, или еще что-то?

Edited at 2017-08-24 07:58 am (UTC)
tnenergy
Aug. 24th, 2017 08:59 am (UTC)
>ой, да много о чем даже за границами темы УТС

Это понятно, я про профессиональный скепсис, особенно на такой поле, как термоядерная энергетика. Тут предсказывай провал - будешь не в 90% прав, а в 99,9%...

>и даже общалси там с ним/ при нем / с его коллегами :).

Хм, надо же. Мог бы и каминг аут сделать...

>где мы столько найдем-то?

В плане профессионального скепсиса - вполне можно...

Кстати, забавно, что плазмистов из ИЯФ по форумам бродит как минимум трое (Chilik, Fakir, АДБ), а из курчатовского института не знаю ни одного...

>интересно, почему не литий, скорость ударной волны, или еще что-то?

Про гидродинамику я могу только гадать, но интересно, что и из нейтронных соображений чисто литий использовать нельзя, нужно на чем-то размножать нейтроны. Эвтектика литий-бериллий имеет слишком высокую температуру плавления. Остается свинец-литий или висмут-литий, если я ничего не забыл, причем свинцово-литиевая эвтектика неплохо известна.
Андрей Гаврилов
Aug. 24th, 2017 09:23 am (UTC)
> нужно на чем-то размножать нейтроны.

- а, блин, точно. Детская ашипка тут у меня, ага, зевнул.
Кстати, на чистом литии таки не так уж и сильно ниже 1 было бы (в сравнении с альтернативами) , то есть - находим тритиевый карьер, берем лопаты... Накрайняк - все тот же тритий от CANDU etc - тут-то проще, "только на восполнение чистой убыли".

А эвтектики все ту же проблему, что и чистый свинец, тянут. Печалька, ТЯ-паровоз не получается. :(.

>Тут предсказывай провал - будешь не в 90% прав, а в 99,9%...

- да, где-то давеча я слышал это соображение, тут же, в комментах. Впрочем, Chilik по большей части на реальные проблемы указывает, а не рассказывает о "не взлетит". Ну, когда точно "не взлетит" так и говорит, конечно, есть и такое.


>а из курчатовского института не знаю ни одного

- так Fakir же как раз из курчатника! (НЯЗ/НЯП).
(no subject) - b_my - Aug. 24th, 2017 10:22 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Aug. 24th, 2017 11:13 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Aug. 24th, 2017 11:18 am (UTC) - Expand
Андрей Гаврилов
Aug. 24th, 2017 09:56 am (UTC)
еще UWwolfman на реддите. Правда, он из американских.
antihydrogen
Aug. 25th, 2017 06:08 pm (UTC)
Не понял - а за счет чего свинцово-литиевая смесь может быть лучше чистого лития для размножения нейтронов/трития?
(no subject) - tnenergy - Aug. 25th, 2017 07:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Aug. 25th, 2017 07:49 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Aug. 25th, 2017 08:18 pm (UTC) - Expand
(no subject) - antihydrogen - Aug. 25th, 2017 10:46 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Aug. 26th, 2017 06:51 am (UTC) - Expand
antihydrogen
Aug. 25th, 2017 06:12 pm (UTC)
"Кто все эти люди?" А точнее - где они пасутся, если не секрет? Я из Чиликов только белорусского художника-юмориста знаю.
tnenergy
Aug. 25th, 2017 07:20 pm (UTC)
Chilik вот http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/user/14994/post/all/
Fakir вот http://www.balancer.ru/user/843/posts/2017/08/25/
А Алексей Дмитриевич Беклемишев в гугле наверное, т.к. он чаще всего из плазмистов ИЯФ общается с прессой.

(no subject) - antihydrogen - Aug. 25th, 2017 07:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Aug. 26th, 2017 06:03 am (UTC) - Expand
b_my
Aug. 24th, 2017 11:53 am (UTC)
А вот интересно, может, я, конечно, чего-то не понимаю концептуально, но почему не литий? Удобно жидкий, малая теплоёмкость (как металла), более упругий пар, он же бланкет... чем вообще обусловлен выбор свинца?
Андрей Гаврилов
Aug. 24th, 2017 12:21 pm (UTC)
АГ>почему не литий, скорость ударной волны, или еще что-то?

Валентин>Про гидродинамику я могу только гадать, но интересно, что и из нейтронных соображений чисто литий использовать нельзя, нужно на чем-то размножать нейтроны. Эвтектика литий-бериллий имеет слишком высокую температуру плавления. Остается свинец-литий или висмут-литий, если я ничего не забыл, причем свинцово-литиевая эвтектика неплохо известна.


http://tnenergy.livejournal.com/115495.html?thread=7765287#t7765287

В целом же - все одно непонятно (все-таки с литием Кв трития не сильно меньше единицы должно быть вроде) и все так же интересно.
tnenergy
Aug. 24th, 2017 06:59 pm (UTC)
Единственный минус лития, который нашел - высокая растворимость трития в нем, из-за чего его там набирается небезопасно много. Неужели только по этой причине выбрали травящую плазму эвтектику?

http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/16/076/16076145.pdf
phdnk
Aug. 24th, 2017 09:53 pm (UTC)
Думаю выбрали из за Z: чтобы термоядерная плазма не могла быстро высветить тепло сквозь металл.
Это еще может объяснить решение вопроса с загрязнением плазмы: в токамаке грязная плазма находится на виду у массивной холодной стенки, а в GF - она может отдать тепло только тонкому слою свинца.

Edited at 2017-08-24 09:59 pm (UTC)
tnenergy
Aug. 25th, 2017 06:23 am (UTC)
Т.е. типа холраум? Интересная идея.

Правда, запас энергии на прогрев свинца в плазмоиде GF должен быть весьма приличный.

Edited at 2017-08-25 06:35 am (UTC)
b_my
Aug. 25th, 2017 11:38 am (UTC)
Это как? В смысле, свинец будет переотражать высокую энергию, на манер хольраума, в плазму?
Не, не катит. Времена не те: между нс и мс - разница в миллион раз.

На временах в ~миллисекунду тот самый "тонкий слой свинца" просто сожрёт всё тепло и испарится-разлетится-многократно ионизируется. Теплоёмкость его в переходе "жидкость-газ-полная ионизация" очень велика.
(no subject) - phdnk - Aug. 26th, 2017 05:48 am (UTC) - Expand

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

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