?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Каждый год в декабре в американской Prinston Plasma Physics Laboratory проходит конференция Fusion Power Associates. У меня дошли руки показать слайды из интересных презентаций последней конференции, прошедшей 16-17 декабря 2015 года. Тут будут и слайды про ИТЭР, и про все альтернативные проекты, и про далекие перспективы - хороший срез современного состояния термоядерной науки. Поехали.


ИТЭР

Проект ИТЭР продолжает оставаться самым важным для сообщества, в США на него уходит ~30 госфинансирования термоядерных исследований, в Европе - 40%.


Текущая ситуация с выполнением обязательств США по ИТЭРу.



И собственно сами обязательства по проекту. США первыми начали поставку оборудования своих частей ИТЭР на площадку - прежде всего систему питания постоянных нагрузок (крио, вакуум, водооборот, кондиционирование, низковольтное питание в зданиях и т.п.), которая должна быть запущена в 2017 году


Поставки по этой линии в 2015 году.

Интересные кадры показаны по мощностям для намотки центрального соленоида, запущенных в апреле 2015 года.





Выполнена намотка производственного макета 4х слойного блина для наладки линии. Первый серийный "блин" уже в производстве. Производство модулей центрального соленоида выполняется на 11 последовательных позициях, и о чудо, наконец на слайде показано, какие конкретно операции нужно выполнить, что бы сделать самый большой магнит в мире


1. Входное ОТК, 2. Намотка 4-х и 6-ти слойных блинов, 3. подготовка концевых электрических соединений , 4. сборка блинов в модуль, подготовка
вводов-выводов гелиевого охлаждения, 5. термообработка для получения внутри проводника NbSn3, 6. обмотка проводника электрической изоляцией, 7. обмотка модуля электрической изоляцией и композитным подкреплением по внешнему радиусу, 8. вакуумно-нагнетательная пропитка эпоксидной смолой, 9. гидравлические тесты, 10. криовакуумные тесты и испытание на полный рабочий ток, 11. упаковка.

Европейцы больше рассуждают не об отгрузках и производстве (хотя у них с этим все в порядке), а о философских вещах и науке. Например, ИТЭР "выедает" весь запас трития, и другим термоядерным проектам, кроме может быть планируемой китайской копии ИТЭР - CFETR придется с самого начала рассчитывать на бридинг трития



Левое изображение показывает запасы, потребление и производство трития в мире.

Кстати, интересные цифры по поводу трития нашлись в презентации по FNSF - интересному большому токамачному проекту США, о котором ниже



ARIES-ACT2 - это американский "ДЕМО", точнее один из вариантов. Интересны цифры потребления, обогащения лития, потерь трития.

Европейские исследования в области термоядерных технологий тем временем все больше втягиваются в орбиту ИТЭР, улучшая модели и сценарии по физике плазмы, взаимодействию плазмы с материалами, нейтронной физике и т.п. Несколько слайдов



Три самых больших токамака Европы "переодеты" в полнометаллические (бериллий и вольфрам) стены и ITER-like диверторы, в рамках набора экспериментальных данных для ИТЭР.


Крупнейший токамак мира JET предлагается оборудовать ИТЭРовскими гиротронами и системой ввода микроволнового луча в плазму. Неожиданно.

На JET же через год пройдут сеансы работы с дейтерий-тритиевой плазмой для уточнения физики плазмы с подогревом термоядерной реакцией, транспорта трития, нейтронной физики, нейтронных моделей - все для ИТЭР!






В общем в Европе все брошено на ИТЭР, что, как мне кажется, уже не очень здорово сказывается на выживании альтернативных проектов. Например еврпейская версия ДЕМО самая консервативная и похожая на ИТЭР



Фактически это увеличенные в три раза по объему версии ИТЭР. Американские и японские подходы шире и интереснее.

Альтернативные токамакм проекты УТС

Тут расположились наши старые знакомые. Например Tri Alpha Energy, которая в этом году основательно вышла из секретности и тени и распиарила свои достижения. Реальность на слайдах слегка бледнее.



Экспериментальная установка, на которой сейчас идет работа. Это фактически 4 поколение установок TAE в рамках идеи слияния FRC.


Фактически полученные результаты на сегодня - FRC плазмойды, живущие в десятки раз дольше, чем в экспериментах 80х, с хорошей плотностью, но удручающе низкой температурой. TAE обещает исправить.


Удержание плазмы. Относительно неплохой скейлинг (слева) однако настораживает гигантскими "усами" ошибок. Реальность может быть хуже. Ну и надо напомнить о том, что до термоядерного выхода эти числа надо увеличить еще раз в 1000 по длительности удержания и в 100 раз по температуре. Очень много концептов, показывая такие значения в дальнейшем уперлись в какие-то проблемы и были похоронены.


Следующая установка должна улучшить удержание еще в 10 раз, однако не в 300, как обыло рассказано журналистам. Кстати, установочка весьма похожа на наш проект ГДМЛ :)


Суммарные достижения ТАЕ.

Отметились с выступлением и ребята из проекта MagLIF - крайне многообещающего направления "магнитоинерциального конфаймента". Хотя сказать в 2015 году им особо нечего (эксперименты шли в 2014 и продолжаться в 2016), но несколько слайдов привести хочется.



Сама идея - берем алюминиевую капсулу с газообразным дейтерием, прикладываем импульсное магнитное поле в 10 тесла, жахаем гигаваттным лазером для предварительного нагрева и ионизации. При этом магнитное поле вмораживается в плазму. А затем через стенки капсулы пропускаем 26 мегаампер, и получившийся Z-pinch сворачивает пространство сжимает и нагревает наш бывший газ до условий термоядерного горения. За пару наносекунд в имеющейся установке может выделится 100 килоджоулей, и даже уже выделилось 10^12 термоядерных D+D нейтронов.


Z-машина в которой это все происходит. Кстати, если не ошибаюсь самый мощный источник мягкого рентгена в мире. Кстати, обратите внимание давление, с которым ток Z-пинча сжимает плазму  ~100 мегабар.


Собственно устройство, в которой производится опыт и замагничивающие катушки.


Измеренные экспериментальные значения показывают - термоядерная реакция произошла. Хотя результат пока хуже ожидавшегося (что связывают с неправильным поглощением лазером, проверка этого - цель экспериментов этого года), все равно впечатляющее достижение. Технология в принципе масштабируется до вполне себе энергетических реакторов


Задача команды, впрочем, пока - исследовать реальную физику самоподогрева плазмы термоядерной реакцией, что критично важно для повышения энерговыхода.

Ну и слайд со звездочкой - сравнение с лазерным термоядом NIF



Перспективы управляемого термоядерного синтеза

Разумеется, на конференции было много разговоров про будущие проекты. Настолько много, что часть этих обсуждений переползет во вторую часть поста. Во-1 это стеллараторы - бедный родственник токамаков или победитель в перспективе? Запуск Wendelstein 7-X снова поднимает эти дискуссии


Преимущества стеллараторов - отсутсвие срывов плазмы, нет необходимости в драйверах тока, стационарная плазма, высокое соотношение давления плазмы к давлению магнитного поля. Это все хорошо с точки зрения коммерциализации (во второй части будет подробное обсуждение по коммерческим перспективам токамаков) Из минусов - сумасшедшая, нетехнологичная геометрия.

Крупнейшие стеллараторы мира - японский LHD и немецкий W-7X показывают хороший прогресс



54 минуты работы - кстати с такими параметрами это всего в 3,2 раза дольше, чем у токамаков.


Планы W-7X - это созданиее модельного стелларатора с дивертором, который позволит работать на серьезных мощностях подогрева плазмы. Однако стеллараторы далеки от проблем токамаков - и нужно еще как минимум один промежуточный реактор до стадии DEMO.



Хотя есть желание использовать опыт токамаков, свой ИТЭР стеллараторщикам построить видимо придется (консенсус европейских ученых).

При этом проекты термоядерных электростанций на стеллараторах вполне существуют (почему-то упущен Hellas)



Продолжение во второй части.


Comments

( 20 comments — Leave a comment )
ardelfi
Feb. 14th, 2016 11:32 am (UTC)
> Из минусов - сумасшедшая, нетехнологичная геометрия.

Других минусов нет?
tnenergy
Feb. 14th, 2016 12:13 pm (UTC)
Еще теплопотери выше.
tnenergy
Feb. 14th, 2016 12:18 pm (UTC)
И проблемы с удержание высокоскоростных альфа-частиц, что бы полностью реализовывать самоподогрев. Но это вроде решается квазисимметричным полем а-ля W7-X.
ardelfi
Feb. 14th, 2016 12:48 pm (UTC)
Это всё лишь проблемы, не принципиальные препятствия? Если так, и вырисовывается энергетический реактор в пределах поколения, то технологическая сложность конструкций останется проблемой очень недолго.

Edited at 2016-02-14 12:48 pm (UTC)
tnenergy
Feb. 14th, 2016 01:04 pm (UTC)
Ну-ну. Технологическая сложность является непреодолимый, когда вы в банк приходите с таким проектом.
ardelfi
Feb. 14th, 2016 01:21 pm (UTC)
Сегодня вот рассматривал замечательное изделие размером 2х2мм, у которого 24 контакта с платой, и ни одной ножки или ручки. Припаять такое на плату руками, или даже просто установить без промаха на площадки -- непреодолимое препятствие, даже с пистолетом у головы и слезами рекой. Но его припаивают моментально, легко и дёшево, потому что не руками -- проблема решена, когда потребовалось её решить. Конструкция стелларатора сложна, если делать её неправильными способами, а других (правильных) пока нет, потому что стеллараторы делать пока не нужно, кроме одного иногда. Как только будет нужно, всё будет сделано. А учёных в банк вообще отпускать нельзя, один вред. С банком следует говорить только специально обученным людям, впрочем как и разрабатывать правильные процессы для постройки серийных стеллараторов.
nicka_startcev
Feb. 14th, 2016 12:06 pm (UTC)
а вот я тут подумал, и мне стало интересно.

ТОКАМАКи известны уже давно. что и как там внутре происходит понятно уже давно.
понятно, что раньше меньше знали, а чем дальше тем лучше, но красной нитью через всё это проходит идея "чем крупнее камера - тем лучше, примерно понятно какого размера надо строить чтоб выход был 101%, или 200%, или 9000%". но не смотря на это как-то так регулярно строятся конструкции, про которые заведомо известно что невзлетит, и денежки ужимаются, и результат примерно как предполагалось.

то есть, уже давно известно, что для положительного выхода с хорошим кпд и чтоб выход окупал всякие там обогащения, надо строить огромную установку с сверхпроводящими магнитами и кучей быстродействующих компов вокруг.

так вот, интересно. всем плевать, оно нафиг не нужно, да? иначе бы вместо кучи убогих маленьких камер сразу бы делали большую, а потом апгрейдили бы электронику, примерно как в туннеле большого андронного коллайдера.
tnenergy
Feb. 14th, 2016 12:17 pm (UTC)
>так вот, интересно. всем плевать, оно нафиг не нужно, да?

Да очень просто, приходят термоядерщики и говорят, нам надо 20 миллиардов баксов на следующую установку. Им "Вы охренели? она хоть будет вырабатывать электричество"? Нет, говорят, не будет, нам еще надо дивертор, бридинг, разделение трития, полнометаллическую стенку изучить, а еще ... "Ну тогда вот вам миллиард, изучайте".

Но тем не менее иногда это прорывается в новый масштаб - ИТЭР тому примером.

Кстати, во второй части в основном будет про философские проблемы токамаков, возможные пути решения.
nicka_startcev
Feb. 14th, 2016 12:32 pm (UTC)
>приходят термоядерщики и говорят, нам надо 20 миллиардов баксов на следующую установку.

при этом они не экономисты. реально им понадобится не 20, а в Пи раз больше, ибо они не экономисты и нежданчики все урезали. но им дают, блин, даже не 20, а чуть меньше и через 10 лет когда инфляция.

итого, получается "мне нужно денег на костюм полной защиты. вот тебе денег на только штаны если инфляция не съест, но деньги дадим через 10 лет. а вот штаны не дают защиты от потока дряни на голову. ай-яй-яй, плохие штаны, сажай всех писать отчеты вместо основной работы"


то есть, я как бэ клоню к тому, что если для результата надо кубометр и килобакс, то на самом деле строить надо этак два кубометра, и закладывать этак десять килобаксов СЕЙЧАС, а не тянуть резину в долгий ящик с требованием привлечения 100500 бухгалтеров и обоснований того килобакса на сто лет вперед, когда инфляция превратит его в тыкву.
ardelfi
Feb. 14th, 2016 12:56 pm (UTC)
Хороший тезис. Только люди, пишущие проекты, мыслят и оптимизируют совсем иначе. Важен не результат, а процесс -- пока достроят, пока там что-то загорится, люди сделают карьеру, напишут 100500 публикаций и получат профессорскую должность в богатом универе, или вообще в околоправительственные организации проникнут. А если всё взять и построить, сплошные минусы: если получится, то слишком быстро наука станет техникой; если не получится, следующей должностью будет учительская в школе для умственно-альтернативных малолетних уголовников, потому что должен быть виновный для казни, и он будет заранее известен. Поэтому организация ИТЭРа настолько абсурдна -- буквально сделано всё так, чтобы всё было долго, дорого и на грани провала (дайте денег).

Edited at 2016-02-14 12:56 pm (UTC)
tnenergy
Feb. 14th, 2016 01:07 pm (UTC)
Вот в США отлично такие проекты ради процесса а не результат прихлопывают, максимум лет 5 позволено трепыхаться без видимого выхлопа. ITER US жив только за счет того, что мало кушает (150 млн долларов в год для американской мегасайнс ни о чем). Alcator mod C вот в этом году пристрелили как выходившуюся кобылку...
pz_true
Feb. 14th, 2016 03:04 pm (UTC)
z-машина нравиться.
зачем греть если можно Епнуть по сильнее! оно само нагреется и сплющиться.
Считай водородная бомба без инициирующего атомного заряда.
tnenergy
Feb. 14th, 2016 03:14 pm (UTC)
Ну да, не зря Z-машинами занимаются в центрах разработки атомного оружия LANL и Sandia.
theholm
Feb. 15th, 2016 10:53 am (UTC)
О термоядерной бомбе без ядерной зажигалки военные мечтают давно. Z-машина как раз про это.
Андрей Гаврилов
Feb. 18th, 2016 12:34 am (UTC)
а если посмотреть, сколько там при одной итерации энергии по расчетам выделяется (особенно - при использовании большой машины) - то понятно, что "бомба" это вовсе не условно. Но мы про это уже говорили, в рамках "как утилизировать" и шутки antihydrogen'а "70% - в нейтронах, убьет только людей".
amginskiy
Feb. 14th, 2016 04:54 pm (UTC)
Наверху некоторые слайды не видны...
tnenergy
Feb. 14th, 2016 06:39 pm (UTC)
Хостинг порой перестает отдавать Png, залью на хабр.
vladimir690
Jun. 21st, 2016 02:59 pm (UTC)
А что скажите про эти разработки?
http://nextbigfuture.com/2016/05/compact-spherical-tokamak-would-be-100.html
http://nextbigfuture.com/2016/06/despite-rocky-start-and-funding-for.html

и реально ли увидеть в следующем году прототип от Локхида?

http://nextbigfuture.com/2016/05/lockheed-portable-fusion-proejct-still.html
tnenergy
Jun. 21st, 2016 05:55 pm (UTC)
>А что скажите про эти разработки?
>http://nextbigfuture.com/2016/05/compact-spherical-tokamak-would-be-100.html

Tokamak Energy описан во второй части этого поста http://tnenergy.livejournal.com/44200.html. Пока очень частный прототип, и у высокоаспектных токамаков есть парочка практически нерешаемых инженерных проблем.

>http://nextbigfuture.com/2016/06/despite-rocky-start-and-funding-for.html

0.25 Джоулей для DD - это весьма серьезно, но надо искать подробности, в т.ч. по Q, ресурсу и т.п.

>http://nextbigfuture.com/2016/05/lockheed-portable-fusion-proejct-still.html

В августе спрошу у Симонена и других специалистов на профильной конференции.
Андрей Гаврилов
Jan. 28th, 2017 12:20 pm (UTC)
обновление:

Симонен на OS2016 не приехал по здоровью (возраст!), но про Локхид (LMS) я других ссылок, показывающих их реалии, как-то Валентину в скайпе кидал. "Все кисло" - это самая мягкая характеристика.

А, да, есть еще проблематизации от Беклемишева, в его AMA на d3. Резюме: я бы на них не надеялся, от слова "совсем".

Edited at 2017-01-28 12:21 pm (UTC)
( 20 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

November 2017
S M T W T F S
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  
Powered by LiveJournal.com