?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

...в глазах СМИ. После статьи в ScienceMag про Wendelstein 7-X, от него сложно стало отбится - в каждом утюге по модному немецкому стелларатору.  Ну, выглядит, он конечно, космически.


Фотография от Christian Lunig, я как-то постил его же фотки стройки ИТЭР.

Но мало кто отдает себе отчет, что эта установка будет очень далека от достижений токамаков 90х годов, не говоря уже об потенциале ИТЭР, по параметрам плазмы. Как известно, для термоядерной реакции важно тройное произведение - концетрация на температуру на время удержания (т.е. скорость утекания тепла) - n*T*tau. Стеллараторы имеют плохие значения tau и T при довольно неплохих - концетрации, конкретно речь идет об n = 10^20 частиц на кубометр, T = 4 кЭв, Tau - 1 секунда. Для сравнения, ИТЭР - 2*10^20, 15 кЭв, tau = 10...30 секунд. Сложная конфигурация плазмы стеллараторов ухудшает ее теплоизоляцию, а это первейшая забота всех разработчиков термоядерных реакторов. Однако есть и сильная сторона - токамаки изначально принципиально импульсные устройства, хотя импульс может длится и 20 минут, все равно после него требуется перезарядка центрального соленоида. Хотя есть разработки в направлении создания неиндуктивных токамаков, работающих в постоянном режиме, все большие машины пока проектируются с центральным соленоидом. Стеллараторы же не зависят от индуктивно наведенного тока плазмы, поэтому могут работать как ядерные реакторы - непрерывно от ремонта до ремонта годами.


Планируемые режимы работы немецкого стелларатора. Мегаваты здесь - мощность подогрева, определяющая режимы работы.

В итоге, на первой стадии работы, до 2019 года, W 7-x будет сравним с токамаками 80х, только плазму он будет удерживать гораздо, гораздо дольше. Даже если бы этот стелларатор был расчитан на работу с тритием, мощность термодерной реакции не поднялась бы выше одного мегаватта, что заметно меньше параметров, которые достигнуты на токамаках JET (где мощность термоядерной реакции составила 70% от мощности подогрева) и JT-60U (где теоретическая термоядерная мощность была бы 110% от подогрева). Напомню, что для ИТЭР планируется как минимум 10 кратное превышение Pfus над Pth.


Плазма в

Кстати, одним из неприятных аспектов плохой термоизоляции плазмы сложной кофигурации, которая нужна стеллараторам для работы является перегрев конструкции. В термоядерных реакторах с 70-х годов используется концепция дивертора - устройства, на которое отводится часть плазмы, охлаждается и отсасывается насосами - так поддеживается ее чистота и канализируется отвод тепла. Так вот, для стеллараторов даже такого относительно небольшого масштаба, как W 7-X на дивертор стекает слишком много энергии, а подвод охлаждения к нему является сложнейшей инженерной проблемой. На данный момент длительность работы Wendelstein 7-X определяется именно неохлаждаемым дивертором - больше 10 секунд он не выдерживает. Обеспечить его охлаждение планируется на следующем апгрейде.


Трассировка кабелей и тубок по элементам стелларатора

Так что же толкает ученых вкладываться в концепцию стеллаторов (а немецкий аппарат обошелся налогоплатильщикам Европы в 1,1 млрд. евро)? Прежде всего тот факт, что в каких-то аспектах стеллараторы ближе к промышленным реакторам, чем токамаки. Главное - это возможность непрерывной работы без каких-то сложностей. Токамаки высоких параметров же сегодня умеют работать только в индуктивном режиме, который принципиально импульсный. Разработка токамаков постоянного действия - задача будущего. Другим преимуществом стеллараторов можно назвать практическое отсутсвие срывов плазмы, событий, крайне сильно влиющих на дизайн элементов токамаков. Ну и наконец, как мне кажется, страховка от риска, что возня с токамаками окончится ничем (что в общем можно ожидать, пытаясь представить эксплуатацию ИТЭР как электростанции).

Что ж, скорее всего еще до конца года мы увидим первые плазменные запуски немецкого стеллараторного монстра.

Comments

( 29 comments — Leave a comment )
talgaton
Nov. 9th, 2015 07:35 pm (UTC)
есть где нибудь экономические расчеты электростанции с токомаком?

я вижу его сложность, колоссальные затраты - это вообще ужас какой - самый дорогой научный прибор в мире.

конечно это круто - мир научится международному сотрудничеству, но цена!??!!

покрыть этй сложность и цену можно будет только за счет эфекта масштаба.
в атомной энергетике - стоимость киловатта 3000 долларов.

какой мощности будет токомак как экономически обоснованная электростанция?

10 гигаватт? 20, 30?

(мое мнение - это гигантский развод на бабки. умники разводят на бабки политиков.
пусковая петля была бы лучшим международный проектом для мира
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D1%82%D0%BB%D1%8F#.D0.AD.D0.BA.D0.BE.D0.BD.D0.BE.D0.BC.D0.B8.D0.BA.D0.B0 )
tnenergy
Nov. 9th, 2015 08:18 pm (UTC)
>есть где нибудь экономические расчеты электростанции с токомаком?

Есть да, даже у меня на HDD где-то есть несколько статей... Но вариантов расчета миллион на самом деле.

>какой мощности будет токомак как экономически обоснованная электростанция?
>10 гигаватт? 20, 30?

В проектах DEMO/ARIES старались натянуть 5 килобаксов/киловатт при мощности 1,5-2,5 гигаватта. 10,20,30 гигаватт просто негде воткнуть по сетевым и резервирующим соображениям. Другое дело, что все эти натягивания довольно умозрительны.

>мое мнение - это гигантский развод на бабки. умники разводят на бабки политиков.

Сложно жить с таким отношением к миру - все вокруг если не разводилы, то как минимум лохи.

>пусковая петля была бы лучшим международный проектом для мира

Вот по пусковой петле не видел ни одного нормальной инженерной проработки хотя бы на уровне даже не эскизного, а аванпроекта, максимум - прикидки на салфетках. Поэтому не ясна ни стоимость, ни реализуемость. Собственно ничего подобного в истории человечества не было - не понятно, как наладить инженерный мостик от имеющихся проектов к этому.
talgaton
Nov. 10th, 2015 12:43 am (UTC)
>мое мнение - это гигантский развод на бабки. умники разводят на бабки политиков.

Сложно жить с таким отношением к миру - все вокруг если не разводилы, то как минимум лохи.

1. скажем так - не точ что это совсем полный обман - не обман, есть множество других равноценных и лучших проектов.
2. не лохи - а нормальное разделение труда вызванное органичностью человека.

5 кило баксов на киловатт 2,5 гигаватта.
потому у нас будет 40 000 тонн радиоактивный (не ужасно конечно) стали и др.
по моему уже убыточно.
tnenergy
Nov. 10th, 2015 07:55 pm (UTC)
Я не очень понимаю, что вы предлагаете - остановить термоядерное направление, как неперспективное? Заниматься только ветряками и панельками?
talgaton
Nov. 10th, 2015 08:01 pm (UTC)
я категорически против ветряков и панелек.
потому что экономика.

старая древняя ядерная энергетика, быстро-нейтронные реакторы.

гомогенное направление - с взвесью двуокиси урана плутония в свинце-висмуте.
практически нулевая реактивность, в следствии отсутствия излишнего топлива в реакторе

както так.
я думаю что ресурсов которые ушли на ИТЭР - хватило бы довести проект до ума.
tnenergy
Nov. 10th, 2015 08:19 pm (UTC)
>старая древняя ядерная энергетика, быстро-нейтронные реакторы.

Да что-то ни у кого не получилось пока. Почти как термояд. Очень смущают отступившиеся французы и американцы. Если для последних характерно закрывать направления, если они там лет за 10 не увидели прибыли, то вот французы...

>гомогенное направление - с взвесью двуокиси урана плутония в свинце-висмуте.

Расскажите только, как вы в такой кастрюле будете поддерживать гомогенность во всем диапазоне рабочих температур, и как там с ТКР?

>я думаю что ресурсов которые ушли на ИТЭР - хватило бы довести проект до ума.

На ИТЭР на сегодня ушло миллиардов 8 долларов за последние 10 лет. Какой проект удалось бы довести за эти деньги - построить один новый быстрый реактор? А топливообеспечение к нему?
talgaton
Nov. 10th, 2015 08:32 pm (UTC)
Расскажите только, как вы в такой кастрюле будете поддерживать гомогенность во всем диапазоне рабочих температур,
как - просто - мешалкой!
реактор блендер!
теплообменники - парогенераторы по периферии.
мешалка в нижней части реактора создает восходящий поток -
опускается поток между труб теплообменника.

на счет тепловых эффектов реактивности - это конечно проблема.
за основу беру вот это:
www.proatom.ru/files/Prilozhen.doc

только там - апротонный теплоноситель - в топку
и мешалку добавляем - для гарантии гомогенности.
и мощность поменьше.
tnenergy
Nov. 10th, 2015 08:44 pm (UTC)
>как - просто - мешалкой!
>реактор блендер!

Никаких доказательств что топливо будет с высокой равномерностью по объему, если его мешать - нет. Топливо сбивается случайно в кучу, тепловыделение растет, появляется пузырь теплого теплоносителя и хорошо, если у него отрицательный ТКР...

Второй коронный вопрос гомогенных реакторов - "назовите материал, из которого будет сделана оболочка, что бы выдерживать присутствие 70 продуктов деления в условиях радиации, высокой температуры и механического износа тяжелым теплоностелем".

>www.proatom.ru/files/Prilozhen.doc

Почитаю...


millord
Nov. 11th, 2015 07:27 am (UTC)
"назовите материал, из которого будет сделана оболочка, что бы выдерживать присутствие 70 продуктов деления в условиях радиации, высокой температуры и механического износа тяжелым теплоностелем"

Я совершенно недостаточно понимаю в вопросе. Поясните пожалуйста.

А что обычно отвечают на казалось бы очевидную идею - наваривать корпус снаружи по мере его разрушения изнутри?
Или сразу закладывать толщину, исходя из коррозионного и механического износа?

Чем так опасен небольшой пузырь тёплого теплоносителя с положительной ТКР?
Тепловая инерция системы большая. Перегрелся, отдал тепло, потихоньку рассосался, нет?
Ну разве что на КПД будет влиять, поскольку избыточное тепло придётся сбрасывать.
ptrdenis
Nov. 11th, 2015 08:11 am (UTC)
Российский нобелевский лауреат Алферов сказал, что если бы 15% денег потраченных на ядерную энергетику было пущено на возобновляемую энергетику , то уже давно бы 100% энергии вырабатывось бы не потребляя топливо.
tnenergy
Nov. 11th, 2015 07:09 pm (UTC)
Я думаю, что на ВИЭ уже потрачено больше, чем 15% от потраченного на ядерную энергетику.
pa3_the_dog
Dec. 1st, 2015 07:15 pm (UTC)
Ну, сказал человек чушь
...зачем её бездумно повторять ?
ardelfi
Nov. 11th, 2015 09:27 am (UTC)
> 10,20,30 гигаватт просто негде воткнуть по сетевым и резервирующим соображениям

Есть где. Например, Австралия -- общая генерация чуть более 30ГВт, всё сконцентрировано в основном на восточном и юго-восточном побережье, в том числе кластер NSW и ACT -- ~9ГВт. Севернее NSW, буквально на границе, расположено практически всё в соседнем штате (QLD) с потреблением 2ГВт. Поскольку почти всё на угле, а против урана куча блоков в головах, 10ГВт генерации могли бы заменить весь уголь в этих двух штатах (ACT -- столица). И это в стране с небольшой промышленностью. Представьте как легко это потратить в Шенжене-Шанхае, где тоже всё вдоль берега. Япония с десятками блоков также могла бы заменить их на несколько по 10ГВт, связав в сеть линиями UHVDC. Кроме того, в этой ситуации есть замкнутый круг: крупных потребителей нет из-за отсутствия генерации, генерации нет из-за отсутствия крупных потребителей. Когда круг разрывает природа (ГЭС), и генерация возникает вопреки, возникает и спрос. Китай бы таким проектом занялся -- они от угля хотят уходить всеми реальными путями.
jr0
Nov. 11th, 2015 11:24 am (UTC)
Экологические обстоятельства и состояние угледобычи в Австралии и Китае совсем разные. Хотя слова одни и те же. К тому же, устремления австралийцев иные. Там не хотят укрепить рабочий класс, а после думать, куда его деть.
tnenergy
Feb. 4th, 2016 12:09 pm (UTC)
Есть очень большая разница между сетью на 10 гигаватт выполненной 10 блоками по 1 ГВт или одним на 15 ГВт. Вот срабатывает аварийная защита у такого блока, и как вы будете от блекаута спасаться?
ardelfi
Feb. 4th, 2016 12:24 pm (UTC)
Пример некорректный. Даже для Австралии нужны минимум три блока: один на востоке, один на западе, и один на юге. Кроме того их нужно было бы соединить соответствующими каналами для передачи мощности на случай отключения одного из трёх. Ну а два из трёх -- это уже энергетический кризис, поэтому например 80% генерации могут давать 3 по 10ГВт, а 20% -- 15 по 0.5Гвт (как обычный угольный блок). Если отключится один большой, останется 73% мощи -- это уже не кризис, а мотивация для ремонта под страхом расправы. :)
tnenergy
Feb. 4th, 2016 01:23 pm (UTC)
Думаю, такую схему сделать надежной слишком дорого на сегодня.
rrr2
Nov. 10th, 2015 07:07 pm (UTC)
А что может оказаться понетциально успешнее токамака? з-пинч? НИФ с лазерами?
tnenergy
Nov. 10th, 2015 07:51 pm (UTC)
Точно не NIF (и лазерный термояд вообще) - это стенд военных, никакого отношения к энергетике не имеющий. Лично мне кажется крайне перспективной идея диномака, всякие модификации Z-pinch типа MagLIF, ну и tri alpha похоже не просто так собрали уже 200+ миллионов долларов.

Токамаки тоже рано списывать. Идея ARC сейчас вызвала мощный резонанс - вышло уже пара статей на эту тему, и реально это направление, если будет разгораться тем же темпом может легко обогнать ИТЭР с первой плазмой.

P.S. Все эти вещи у меня описаны в Альтернативах УТС.
rrr2
Nov. 11th, 2015 12:48 am (UTC)
Спасибо, интересно. NIF не зря в Ливерморе построили - а для чего он, для моделирования термоядерного оружия?
ins0mnis
Nov. 11th, 2015 04:35 am (UTC)
Ещё астрофизические процессы можно изучать.
tnenergy
Nov. 11th, 2015 06:01 am (UTC)
Для верификации расчетных кодов, которые моделирую поведение материи в ядерном взрыве. Это плотная (10^26 частиц на кубометр) плазма температурой в десятки кЭв. В магнитных ловушках можно получить такую температуру, но не плотность. В NIF плотность может достигать 10^28 и температура порядка 10 кЭв - то что надо.
rrr2
Nov. 11th, 2015 06:38 am (UTC)
Ого! Что-то я про это и не подумал. А в России-то как верифицируют, испытания-то уже лет 25 как прикрыли? Или все это тоже есть, глубоко засекреченное в условном арзамасе16?
jr0
Nov. 10th, 2015 07:17 pm (UTC)
Спасибо, любопытно. А вы писали о реакторах деления на быстрых нейтронах? Особенно об отходах.
tnenergy
Nov. 10th, 2015 07:54 pm (UTC)
Про "Прорыв" только писал. Об отходах - про ОЯТ? Собираюсь наколбасить длинную серию про ОЯТ, лавры alex_anpilogov спать не дают :)
millord
Nov. 11th, 2015 07:31 am (UTC)
alex_anpilogov пишет эмоционально, ясно, просто - позволяет быстро понять общую ситуацию по вопросу.
Вы пишите более глубоко - после Ваших статей лучше понимаешь суть процесса.
millord
Nov. 11th, 2015 07:34 am (UTC)
Стеллараторы ещё маленькие, как же у них ещё и большие T и Tau могут быть по сравнению с токамаками?
yazyazev
Nov. 13th, 2015 03:20 am (UTC)
Вопрос.
Я продолжаю обдумывать энергетический пролетотрон - и выходит, что если обжимать пучёк, то все-равно слишком много улетит наружу и загонять такие горячие протоны на второй круг в принципе невыгодно.
А если бить их об неподвижную мишень с большим сечением захвата, например парафиновую или капсулу с жидким/твердым водородом?
Фронт пучка будет ионизировать мишень, а основное облако - реагировать. Конечно, очень много энергии уйдет в тормозной рентген, но.
markradz
Nov. 16th, 2015 07:27 pm (UTC)
Офтопом хотелось бы написать.
Давно "маринуете" меня, а я бы хотел взаимной дружбы, надеюсь на взаимность
С ув. Вадим.
Мурманск.
( 29 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

June 2018
S M T W T F S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
Powered by LiveJournal.com