?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Продолжение, начало здесь.

Следующий метод — многопробочное удержание. В нём в цепочку выстраивается не три пробкотрона, а столько, сколько влезет в зал. Внутрь запускается плазма такой плотности, чтобы ион рассеивался на расстоянии, примерно равном расстоянию между соседними пробками. Частица, вылетающая из области удержания, может захватиться отдельным пробкотроном, поболтаться от пробки к пробке и снова рассеяться в произвольном направлении. Тем, кому приходилось учить мат.статистику, эта задача известна как задача о пьяном матросе: время, которое матросу частице потребуется на путь от начала ловушки до её конца, квадратично растёт с ростом длины. Делаем ловушку в десять раз длиннее, а удержание улучшается в сто раз.

На иллюстрации синей и зелёной линиями в пэйнте показаны траектории частиц [9].



Эксперименты показали, что дела обстоят даже лучше, чем в исходной идее. Любая возникающая в плазме волна рассеивает частицы. Только теперь это приводит не к увеличенным потерям, как в простых пробкотронах, стеллараторах или токамаках, а к улучшению удержания: длина свободного пробега частиц за счёт рассеяния автоматически подгоняется к расстоянию между пробками, и метод работает даже при таких плотностях, при которых он этого делать не должен.

Для иллюстрации первые гофрированные (многопробочные) ловушки ЩЕГОЛ и ГОЛ-1.


Занятный факт, который ещё всплывёт к концу поста: одновременно с многопробочным удержанием было предложено двигать пробки, чтобы тащить захваченные частицы обратно к области удержания. Это выглядит как эскалатор, который едет навстречу потоку людей: наружу выйдут только самые везучие и подготовленные. Об этом был написан один абзац ровно. Видимо, после этого авторы посчитали, сколько мощности надо для создания бегущих пробок, получили что-то в духе 20 или 100 ГВт и задвинули идею куда подальше.

Пруф:


Последний из старых методов улучшенного удержания в линейных ловушках — газодинамический. Если в классический пробкотрон набить побольше частиц, чтобы они сталкивались раньше, чем долетают до пробки, то попадание в конус потерь не будет означать, собственно, потерь. Ситуацию можно сравнить со станцией метро в час пик: человек в центре станции, может, и хочет выйти наружу, но ему бы ещё до эскалатора добраться. Если длина перрона — километр, то он плюнет и поедет обратно на работу.

В такой плазме может жить без неустойчивостей популяция быстрых ионов с энергиями около 10 кэВ, которые и будут вступать в термоядерную реакцию с ионами плазмы. Время удержания линейно растёт с ростом пробочного отношения.

Пока что в мире построена одна ловушка газодинамического типа (называется, собственно, газодинамической ловушкой, сокращённо ГДЛ). На фотографиях — её вид в 1988 и 2018 году. Кое-что добавилось.



ГДЛ показала более хорошее удержание, чем закладывалось в её проект. Этот путь был долгим. Первой проблемой была устойчивость, уже упомянутая в абзаце о леммингах.

Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 100 электронвольт из-за проблем с МГД-устойчивостью и продольной теплопроводностью.

С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, где-то в начале 90-х.
.

Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 300 электронвольт из-за проблем с МГД-устойчивостью и продольной теплопроводностью.

С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, где-то в конце 90-х.


По очереди было найдено несколько методов стабилизации. Самый качественный из них напомнит читателю об экспериментах с вращающейся плазмой: если внешний слой плазмы вращается быстрее внутренних, любой всплывающий плазменный пузырь будет размазан в симметричную относительно оси трубу. Труба уже никуда не денется.

Метод был назван вихревым удержанием. 400 эВ на ГДЛ были получены лет десять назад.

Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 1 килоэлектронвольта из-за проблем с продольной теплопроводностью.

С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, 2010 и некоторые другие годы.


Другой проблемой было то, что плазма вдоль силовых линий очень хорошо проводит тепло. Сложно греть штуку с теплопроводностью меди, которая двумя концами упирается в холодную массивную железку. На установках линейки ГОЛ проблема решалась возбуждением сильно турбулентнах колебаний электронов вокруг ионов. Аналогия — пожар в сумасшедшем доме: пока доктор электрон выйдет наружу и вынесет энергию, он столько раз столкнётся с бегающими куда попало людьми электромагнитными полями, что этот факт будет уже не важен. Пожарный холодный электрон же внутрь попасть не сможет — всё занято. Была мысль сделать так же на ГДЛ, и этот эксперимент когда-нибудь будет сделан, но всё оказалось гораздо проще.

Теплопроводность пропадает в той точке, где поле уменьшается в ~40 раз (если быть точнее, в корень из соотношения масс иона и электрона). Температура расширяющегося в пустоту потока плазмы падает. Амбиполярный потенциал становится меньше (вспоминаем перегретые электроны в АМБАЛе), и это создаёт потенциальный барьер для электронов. Возникают те же снеговые кучи, через которые никто никакую энергию не переносит.


Должная степень расширения и сравнительно маломощный СВЧ-нагрев позволили в 2016 году получить на ГДЛ 1 кэВ.

К этому моменту уже было предложено собрать все фишки газодинамического и многопробочного удержания, добавить к центру ГДЛьного типа гофрированные секции и тем самым повысить качество удержания раз в 10. Если DT-реактор на основе обычного ГДЛ должен быть длиной 1–3 км, то ГДЛ+многопробки — уже разумные 100–300 м. Схема такой ловушки идёт в прошлом посте десятым рисунком. Чтобы не приходилось листать, продублирую:


Помимо того, было предложено ещё два метода: винтовое и диамагнитное удержание.

Винтовое напоминает, с одной стороны, идею с движущимися пробками из 70-х. С другой — мясорубку.

Многопробочное поле стоит на месте, но пробки смещены по винту. Плазма, вращаясь, вкручивается в этот винт и движется туда, куда нужно. Из её системы отсчёта кажется, что движутся сами пробки, нам остаётся только крутить.


Суть диамагнитного в том, чтобы надуть пузырь из плазмы. Для этого нужно, чтобы её давление приблизилось к давлению магнитного поля. Поле будет почти полностью вытеснено из пузыря, минимальное поле уменьшится, максимальное останется тем же — то есть, пробочное отношение вырастет. А с ним и время удержания [10].


Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек, поскольку они не имеют преимуществ перед токамаками.


С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, 2018 год.


Всё это вместе даёт шанс уложить DD-реактор в сотню-другую метров.

Собирая вместе все аналогии, получается следующее:

Длинная станция метро в час пик, заполненная пьяными пассажирами. Все эскалаторы едут сверху вниз. На выходе с эскалаторов работают бульдозеры. Никто никуда не уходит.

Токамак для DD-реакции имеет схожие размеры: диаметр «бублика» для него должен быть примерно 60-метровым. И тут есть нюанс.

Линейная ловушка длиной 100 метров собирается из отдельных «бочек», выстроенных в ряд. Самая большая из них по сегодняшним представлениям должна иметь диаметр 4–5 метров вместе с криостатом и длину, допустим, метров десять или пятнадцать.

Это можно перевезти по железной дороге.

Отдельные катушки токамака уже сегодня нельзя перевезти разумным транспортом, нужно строить рядом с будущим токамаком цех и наматывать их там [11]:

Как и зачем работают открытые ловушки Наука, Физика, Термоядерный синтез, Термоядерный реактор, Плазма, Гифка, Длиннопост
Примерно поэтому мы и утверждаем, что DD-реактор нужно делать линейным.



В следующей серии: как собрать свою маленькую плазменную установку (шесть метров длиной, три тонны массой), если есть достаточно нервов и большой грант РНФ.

Источники иллюстраций:

[1] Пусть будет https://www.litres.ru/igor-kotelnikov/lekcii-po-fizike-plazm...

[2] https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.09.037967

[3] http://vant.iterru.ru/vant_2018_2/3.pdf

[4] http://www.inp.nsk.su/images/pdf/books/50-Years-of-BINP-book...

[5] http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t6-6_1959/g...

[6] https://www.bl.uk/voices-of-science/interviewees/michael-for...

[7] Сборник к 30-летнему юбилею ИЯФ

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Mirror_Fusion_Test_Facility

[9] https://ufn.ru/ru/articles/2018/6/c/

[10] https://doi.org/10.1007/s10894-018-0174-1

[11] https://www.iter.org/construction/SiteFabricationPFcoils

Comments

( 77 comments — Leave a comment )
bantaputu
Jan. 26th, 2019 10:32 pm (UTC)
Выстроить в ряд десятки "бочек",

ряд слегка изогнуть - для пущего изящества,

потом ещё слегка изогнуть,

и ещё,

когда концы сойдутся, повесить табличку "Выхода нет" (можно взять списанную из метрополитена),

в середине поставить танцплощадку индуктор,

и пойти домой спать - славно поработали...

Edited at 2019-01-26 10:44 pm (UTC)
Жора Весёлый
Jan. 27th, 2019 12:00 am (UTC)
Не, без резонанса работать не будет - единичная система. А чтоб всё работало, нужно не меньше двух, для взаимосвязи, а лучше три ( для получения трёхфазки). Тупой проект, денег стоит немерено, на выходе будет пшик, так как реальная отдача не сможет превышать 80% , т.е больше чем вложили на запуск и поддержание системы в рабочем состоянии. Забыли, что всё гениальное - просто! А тут "гениальностью" и не пахнет - туфта и развод на "бабки". Н. Тесла перечитать надо было - там есть намёки на простое решение в энергетике, но этим "физикам" видно не судьба.
pz_true
Jan. 27th, 2019 08:24 am (UTC)
А вот и товаришь С. В. М-ов, потянулся.
dv_kiselev
Jan. 27th, 2019 03:25 am (UTC)
Я правильно понимаю что во времени удержания мы не ограничены, (в отличие от токамаков) но пока не удается получить нужную температуру и плотность плазмы?
И ещё, вроде гдл + диамагнитное удержание, это то что делает триальфа и я так понимаю хотели бы делать новосибирцы (но нужны деньги на апгрейд установки)?
tnenergy
Jan. 27th, 2019 07:34 am (UTC)
Во времени удержания, мы, конечно ограничены, иначе бы уже давно работали бы термоядерные электростанции. Как видно по ГДЛ, в условиях побежденных основных проблем, типа МГД-неустойчивостей и высокой продольной электронной теплопроводности все равно получается 1 кЭв, а не, скажем, 10, что говорит о каких-то оставшихся каналах утечки тепла. А утечка тепла и есть эквивалент обратному времени энергетического удержания.

Вместе с тем, радиальный перенос тепла у ОЛ должен быть на порядок меньше, чем в токамаках, в неком теоретическом упрощении, когда у нас все неустойчивости подавлены.

>И ещё, вроде гдл + диамагнитное удержание, это то что делает триальфа и я так понимаю хотели бы делать новосибирцы (но нужны деньги на апгрейд установки)?

Ну, насколько я в этом всем разбираюсь, диамагнитное удержание - это все же совсем другая идея, чем то, что делает Три Альфа. У последней FRC, существование которого поддерживается инжекцией момента вращения от NBI + внешними магнитными полями. А "пузырь" - это более-менее классическая ГДЛ в режиме, близком к бета=1.
(no subject) - Анатол Плугару - Jan. 28th, 2019 08:12 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jan. 28th, 2019 09:20 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 28th, 2019 12:29 pm (UTC) - Expand
siron_nsk
Jan. 27th, 2019 04:25 am (UTC)
Блин, столько способов придумали за полвека. Где наш термояд?! Где моя Новосибирская Термоядерная Электростанция ордена Ленина ордена Сталина?
tnenergy
Jan. 27th, 2019 07:35 am (UTC)
Расстрелять! То ли физиков, то ли физику.
(no subject) - alll - Jan. 27th, 2019 11:16 am (UTC) - Expand
(no subject) - Moje Imja - Feb. 6th, 2019 04:56 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Feb. 6th, 2019 05:51 pm (UTC) - Expand
levgem
Jan. 27th, 2019 05:44 am (UTC)
такое ощущение, что это в прицнипе самое сложное, чем занимается сегодня физика
tnenergy
Jan. 27th, 2019 07:45 am (UTC)
Интересный вопрос, как вообще можно сравнить сложность разных задач. Вот в УТС например теоретический базис есть, и очень хороший. Проблема в эмерджентности - т.к. возникновении новых явлений, когда мы собираем "систему" из понятных кирпичиков. В итоге любое масштабирование системы приводит к новым неожиданным проблемам.

А вот, скажем, у темной материи, нет даже внятного теоретического базиса. Сложнее в итоге эта физика или нет?
(no subject) - levgem - Jan. 27th, 2019 08:39 am (UTC) - Expand
(no subject) - alll - Jan. 27th, 2019 11:24 am (UTC) - Expand
(no subject) - levgem - Jan. 27th, 2019 11:36 am (UTC) - Expand
(no subject) - alll - Jan. 27th, 2019 11:52 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 27th, 2019 02:43 pm (UTC) - Expand
(no subject) - legolegs - Feb. 11th, 2019 09:05 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Feb. 11th, 2019 10:16 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jan. 27th, 2019 10:16 pm (UTC) - Expand
aurum_diver
Jan. 27th, 2019 08:13 am (UTC)
А не пробовали облако электронов по спину разделить ?
Подскажите - а на просчитывалась идея перегревать не тупо кучу электронов, а разделенных по спину ? На вскидку это дает возможность гораздо лучше их сфокусировать ...
tnenergy
Jan. 27th, 2019 10:14 am (UTC)
Re: А не пробовали облако электронов по спину разделить
А зачем их фокусировать? Какое время жизни популяции электронов с выделенным спином в столкновительной горячей плазме?
vikshevchenko
Jan. 27th, 2019 09:27 am (UTC)
сколько порядков ГДЛ осталось до коммерческих уровней КПД?

такое ощущение, что каждый следующий порядок дается путем существенного усложнения конструкции, соответственно вопрос, то что в итоге должно получиться, может быть будет и компактнее токамака, но изощреннее стелларатора.

Edited at 2019-01-27 09:28 am (UTC)
tnenergy
Jan. 27th, 2019 10:13 am (UTC)
>сколько порядков ГДЛ осталось до коммерческих уровней КПД?

~4,5

>такое ощущение, что каждый следующий порядок дается путем существенного усложнения конструкции

Нет, в реальности все наоборот: для проверки концепции конструкцию стараются максимально упростить от идеала, но чем ближе к прототипу электростанции, тем меньше можно упрощать. Характерный пример - в опытных установках всегда жертвуют тройным параметром, что бы сделать ее существенно меньше по размеру, не заморачиваются работой с тритием, не заморачиваются полноценным охлаждением, ресурсом, энергокомплексом, ремонтопригодность, наконец.
(no subject) - levgem - Jan. 27th, 2019 11:37 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 27th, 2019 02:45 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tydymbydym - Jan. 27th, 2019 09:31 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 28th, 2019 12:33 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tydymbydym - Jan. 28th, 2019 12:37 pm (UTC) - Expand
nivanych
Jan. 27th, 2019 03:46 pm (UTC)
Наверное, стоит обратить внимание...
Вот этот отрывок находится в тексте в 4-х (!) разных местах —
Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек, поскольку они не имеют преимуществ перед токамаками.
С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, 2018 год.

А в целом — спасибо!
tnenergy
Jan. 27th, 2019 04:13 pm (UTC)
А вы прочитайте все 4 отрывка внимательно. Может увидите что-то.
(no subject) - nivanych - Jan. 28th, 2019 05:46 am (UTC) - Expand
(no subject) - t9599587 - Jan. 28th, 2019 06:01 am (UTC) - Expand
(no subject) - t9599587 - Jan. 28th, 2019 06:02 am (UTC) - Expand
Анатол Плугару
Jan. 28th, 2019 08:17 am (UTC)
Фактически проблема стационарного УТС - проблема получения магнитного поля необходимой величины. Как только появятся промышленные магниты на 100Т - проблема решится сама собой. ГДЛ с пробочным отношением >50, а лучше ~100 аффтоматически фсё решает. В теории это ВТСП охлажденные ниже 10К...
tnenergy
Jan. 28th, 2019 08:20 am (UTC)
100 Т - это по силам эквивалент 40000 атм. Как только крупногабаритные конструкции из алмаза станут обыденными, так и появится возможность реализации таких магнитов.

(no subject) - b_my - Jan. 28th, 2019 09:17 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 28th, 2019 09:33 am (UTC) - Expand
(no subject) - nm_1953 - Jan. 28th, 2019 10:04 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 28th, 2019 10:07 am (UTC) - Expand
(no subject) - wyvern_65 - Jan. 29th, 2019 08:54 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 29th, 2019 09:00 am (UTC) - Expand
(no subject) - wyvern_65 - Jan. 29th, 2019 10:20 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jan. 28th, 2019 10:29 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 28th, 2019 12:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jan. 28th, 2019 12:54 pm (UTC) - Expand
(no subject) - nm_1953 - Jan. 28th, 2019 01:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jan. 28th, 2019 02:00 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jan. 28th, 2019 02:24 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jan. 28th, 2019 03:05 pm (UTC) - Expand
(no subject) - ichthuss - Jan. 28th, 2019 05:36 pm (UTC) - Expand
(no subject) - ivan_tsibin - Jan. 29th, 2019 07:15 am (UTC) - Expand
e2pii1
Jan. 28th, 2019 09:55 am (UTC)
Оффтоп - что Вы думаете о TWR, Traveling Wave Reactor, насколько это реалистичный подход ?

Термояд то видимо, всяко, дело очень нескорое...

tnenergy
Jan. 28th, 2019 10:04 am (UTC)
В оригинальном варианте эта идея не работает, если оставить только ключевую идею "бридера без внешней переработки", то там тоже есть проблемы, включая практически запретительные уровни выгорания - в 3-4 раза выше, чем те, на каторые существуют материалы.

Если приблизится ближе к реальности, то из TWR получится что-то типа осовременненого БН-800 с длинными кампаниями. Революция ли это?
(no subject) - t9599587 - Jan. 29th, 2019 09:24 am (UTC) - Expand
wyvern_65
Jan. 29th, 2019 08:58 am (UTC)
Достижение сверхвысоких магнитных полей в соленоидах возможно с применением (квази)безсиловых обмоток. Тогда соленоиды на 100Т будут эквиваленты 1-5Т обычным. Хотя это сопряженно с усложнением самой намотки и (почти) удвоением количества сверхпроводника....ну, так они же дешевеют :)
t9599587
Jan. 29th, 2019 09:16 am (UTC)
а можно в этом месте поподробнее, и с хорошими ссылками?
(no subject) - tnenergy - Jan. 29th, 2019 09:16 am (UTC) - Expand
(no subject) - wyvern_65 - Jan. 29th, 2019 10:23 am (UTC) - Expand
(no subject) - nm_1953 - Jan. 29th, 2019 11:02 am (UTC) - Expand
wyvern_65
Jan. 29th, 2019 10:35 am (UTC)
В -надцатый раз прокомментирую историю MFTF-B - цитата из Димова:
При проектной величине амбиполярных барьеров 30kV ожидалось достижение значения параметра удержания [позволяющего]
получить D–T термоядерную мощность около 1 MW

1МВт термоядерной мощности - это нейтронный поток в ~800кВт, что соответствует реактору деления в 80-100 МВт. Первый реактор-наработчик плутония был уран-графитовый реактор «В» в Хэнфорде (штат Вашингтон, США). Пущен 26.20.1944, мощность - 250 МВт, производительность - 6 кг плутония в месяц. Так как в данном случае, плевать на Q, то возле электростанции (гидро или тепловой) ставится две-три-четыре такие установки, закупается обедненный уран и коммерческий тритий - и вперде! К ракетно-ядерному щиту. Маленький дешевый "Манхеттенский проЖект", БЕЗ обогатительной промышленности и т.д. А установка была не секретной, в печати была масса материалов по ней...
t9599587
Jan. 29th, 2019 01:26 pm (UTC)
дороговатенько и замысловатенько выйдет, это целую MFMT-B+ (где + - это "плюс атомная часть") надо будет делать, см. бюджет, сроки и сложности (по сверхпроводникам, например).

Без обогатительной (в смысле "разделения изотопов") промышленности и куда менее геморройные и выскотехнологичные пути в тот самый клуб есть.


Не говоря о том, этот "Маленький дешевый НЕдешевый "Манхеттенский проЖект", огребет много проблем из-за того самого режима нераспространения - к затее сразу возникнут вопросы, и "манхетенскость" проЖекта все кончится на этапе "купить коммерческий тритий" в потребных объемах. И это в лучшем случае - в худшем - от санкций, до израильских гуманитарных авианалетов.

Edited at 2019-01-29 01:26 pm (UTC)
(no subject) - Vlad lukashov - Jan. 30th, 2019 01:17 pm (UTC) - Expand
armadillo1
Jan. 31st, 2019 06:27 am (UTC)
Так как во всех типах ловушек планируете снимать энергию когда наконец ее получите? И как это Совмещается с Удержанием?
wyvern_65
Jan. 31st, 2019 09:55 am (UTC)
В реакторах DT - через нейтроны, внешним банкетом, точно так же, как и в токамаках. Особенно интересны в этом отношении газодинамические ловушки с двухкомпонентной плазмой (опыты на нынешней ГДЛ) - там основное нейтронное выделение в узких областях возле пробок. Ну, а при безнейтронных реакциях (He3D и т.д.) вообще красота - через конусы потерь прямым электростатическим преобразованием с К.П.Д. порядка ~85%. Кстати, в токамаках это невозможно, или оч. сложно - через дивертор течет плазма с специфическими кондициями...
(no subject) - t9599587 - Jan. 31st, 2019 07:48 pm (UTC) - Expand
(no subject) - wyvern_65 - Feb. 1st, 2019 09:01 am (UTC) - Expand
(no subject) - wyvern_65 - Feb. 1st, 2019 09:03 am (UTC) - Expand
(no subject) - t9599587 - Feb. 1st, 2019 09:24 am (UTC) - Expand
(no subject) - wyvern_65 - Feb. 2nd, 2019 10:16 am (UTC) - Expand
( 77 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

April 2019
S M T W T F S
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
282930    
Powered by LiveJournal.com