?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Интересные слова появились в недавно опубликованном плане действий американского NNSA по инцерциальному термояду до 2020 года. NNSA - это National Nuclear Security Administration, агенство, занимающееся укреплением ядерного оружия США и ослаблением по всему остальному миру, как-то так. А NIF - national ignition facility - 192-пучковый лазер мощностью в несколько сот тераватт и энергией импульса 1,8 мегаджоуля для обжатия мишений, теоретически - прототип термоядерного реактора стоимостью 4 миллиарда долларов (что ставит его в мире термоядерных установок на второе место сразу за ИТЭР).



Почему теоретически, и в чем интересность слов, вынесенных в заголовок? Если вы загуглите national ignition facility - то увидите километры журналистких статей, рассказывающих о конкуренте токамакам и ИТЭР в частности - лазерному инерциальному термоядерному синтезу. Журналисты радосно объяснят вам, что в этом типе реакторов, которые <i>возможно</i> станут основой будущей термоядерной энергетики мишень обжимается лазерными лучами до такой степени, что в ней начинает идти термоядерная реакция, и идет, как в микротермоядерной бомбе - пока все не разлетится.


10 метровая испытательная камера и оптика для одного из 192 пучков.

На самом деле вот это сходство с термоядерными боеприпасами и есть то, ради чего строят такие установки (они есть в США и во Франции - Laser Megajoule и строится в России). Разработчики термоядерных боеприпасов не зря обладают самым мощным парком суперкомьютеров в мире, но для этих суперкомпьютеров нужны библиотеки физических констант поведения вещества и излучения при давлениях и температурах, характерных для ЯО. Лазерный обжим мишеней способен дать это. Так, например, когда 1,5 года наза NIF вдруг переключился с мишеней из дейтерия и трития на мишени из плутония 241 никто не потрудился объяснить, за каким хреном для нужд термоядерной энергетики тратить миллионы долларов стреляя по плутонию? С т.з. вышеописанных военных задач причина такого поведения очевидна.

Но шлейф пиара новой энергетики от непонимающих журналистов завис надолго. Не так давно, когда NIF продемонстрировал scientific breakeven (т.е. в термоядерной энергии в мишени выделилось бы больше энергии, чем пошло на ее обжатие - 17 кДж против 10 кДж) некоторые попытались посчитать, когда же начнут строить ТЯЭС на базе лазерного УТС... и озадачились. На фоне энергии, которую тратит NIF на выстрел - 500 мегаджоулей, 17 кДж не выглядит прорывом, с его Q ~ 0.00003... у фузоров лучше! На фоне такого продление программы работы до 2020 года для некоторых стало сюрпризом.



С технической точки зрения NIF, кстати - крутая штука, вот например плазменные ячейки Поккельса, специальные плазменные фазовращатели, очень быстро переключающиеся из режима "отражает лазерный импульс" в режим "пропускает" - в NIF они заставляют импульс 4 раза пройти сквозь усиливающую среду, а потом переключаются и отправляют его в мишень.

Кстати, интересно, как получается эти 10 кДж в мишени против 500 в розетке. Лазеры выдают полезную мощность 1,8 мегаджоуля в виде ИК излучения, но мишень обжимает не лазерный свет, а рентген золотой капсулы вокруг мишени. На превращении света в рентген, и из-за геометрических и прочих факторов в мишень уходит совсем не много энергии. В свою очередь лазерам на выдачу 1,8 мегаджоулей нужно получить порядка 20 мегаджоулей от ламп-вспышек, а всего лазерная система высасывает порядка 50 МДж из розетки. Остальные 450 приходится на многочисленные вспомогательные системы, типа вакуумных или охлаждения, которые работают, увы, не только во время выстрела.


Усилительная среда - неодимовое стекло. На откидных панелях видны накачивающие лампы-вспышки.

Самое забавное, что никто из реальных заказчиков и не парится. Изначальная задача NIF была показать 1,8 МДж термоядерной энергии, т.е. получить некий промежуточный breakeven и громко заявить о Q=1. Однако на подобном пути с точки зрения энергетики крест был поставлен еще в начале 80-х, когда стало очевидно, что развивающиеся в сжимающиейся мишени гидродинамические неустойчивости не дают достигнуть нужных плотностей и термператур - а термоядерное энергоделение зависит от достигаемых параметров аж в 8 степени.




Подводя итог этой коротенькой заметочке, хочется сказать, что когда в 2010 году на комплексе NIF начался запуск, большинство журналюг про него писали не иначе как "конкурент монструозного международного токамака", жалко, что ИТЭРу еще довольно далеко до демонстрации, кто тут настоящий термоядерный реактор.

Comments

( 59 comments — Leave a comment )
simsun
Jun. 21st, 2016 09:07 pm (UTC)
Спасибо!
Читал про этот лазер довольно давно, но фотографий ламп вспышек, что мне интересно больше как "электронщику" не видел:) там ещё тогда где то баттареи конденсаторов должны же быть. А ещё в этом лазере кажется какие то хитрые укоротители импульса стоят или это не в нём?
tnenergy
Jun. 21st, 2016 09:13 pm (UTC)
>А ещё в этом лазере кажется какие то хитрые укоротители импульса стоят или это не в нём?

Нет, это отдельная линейка высокомощных лазеров, которые сейчас достигли петаваттной мощности, при размерах в десятки раз меньше NIF. Там импульс модулируется линейно изменяющейся частотой, растягивается на дисперсионном экспандере, усиливается, и сжимается компрессором до долей фемтосекунды.

У NIF наносекунды длина импульса.
(no subject) - simsun - Jun. 21st, 2016 11:00 pm (UTC) - Expand
(no subject) - korzhimanov - Jun. 22nd, 2016 08:09 am (UTC) - Expand
(no subject) - simsun - Jun. 22nd, 2016 09:16 am (UTC) - Expand
fixik_papus
Jun. 21st, 2016 09:49 pm (UTC)
Чуток не по теме:

Не могли бы Вы рассказать поподробнее, что это за ФУЗОР такой по ссылке на ютубе?
Что, например, сделал вот этот товарисч? https://www.youtube.com/watch?v=HvXFrbvnpZE
tnenergy
Jun. 22nd, 2016 06:56 am (UTC)
Ну в принципе тут рассказывать нечего - фузор и подобные системы электростатического удержания представляют собой вариант радиолампы, где в плазме ионы дейтерия ускоряются от внешнего электрода к внутреннему (сетке), заряженной до ~ -50 кВ, набирают достаточную скорость, что бы при столкновении происходили термоядерные реакции. К сожалению потери на проводимость между двумя электродами превышают даже в теории выход от термоядерной реакции в несколько десятков раз. Это получается самый простой вариант термоядерного реактора, который при неком усердии можно собрать в гараже.

А парень по ссылке просто упарывается ядерной тематикой, но чего-то неожиданно нового я там не увидел.
(no subject) - fixik_papus - Jun. 22nd, 2016 07:59 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jun. 22nd, 2016 08:03 am (UTC) - Expand
(no subject) - nicka_startcev - Jun. 22nd, 2016 09:49 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jun. 22nd, 2016 10:07 pm (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jun. 22nd, 2016 10:42 am (UTC) - Expand
pz_true
Jun. 22nd, 2016 02:16 am (UTC)

таким лазерами да в прищельцев пулять...

(Deleted comment)
ins0mnis
Jun. 22nd, 2016 05:51 am (UTC)
И правильно делает.
(no subject) - tnenergy - Jun. 22nd, 2016 06:51 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jun. 22nd, 2016 10:43 am (UTC) - Expand
(no subject) - siron_nsk - Jun. 22nd, 2016 01:59 pm (UTC) - Expand
amginskiy
Jun. 22nd, 2016 04:28 am (UTC)
Где можно прочитать про российскую установку?
tnenergy
Jun. 22nd, 2016 06:35 am (UTC)
Кажется здесь (включая исходную новость) максимум фактов http://forum.atominfo.ru/index.php?showtopic=770

А вообще в трудах Нижегородского ИПФ что-то мелькало.

Edited at 2016-06-22 06:50 am (UTC)
(no subject) - MK KM - Aug. 24th, 2017 08:37 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Aug. 24th, 2017 08:47 am (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - amginskiy - Jun. 22nd, 2016 12:42 pm (UTC) - Expand
serega boiko
Jun. 22nd, 2016 08:05 am (UTC)
во всей затее с термоядом мне более всего непонятно каким способом предполагается отбор энергии из реактора ?
в реакторах распада имеем теплоноситель в том или ином виде - в реакторах синтеза имеем плазму в вакууме, или плазму после обжатия
выход энергии в виде мощного потока нейтронов и ионов топлива/продуктов - большая часть которого передаст свою энергию стенкам реактора, сверхпроводящим катушкам и хладагенту (тут вообще паразитный нагрев получается) - так как же получить поток ионов для МГД генератора и банальный пар для турбины?
tnenergy
Jun. 22nd, 2016 08:17 am (UTC)
>непонятно каким способом предполагается отбор энергии из реактора ?
>большая часть которого передаст свою энергию стенкам реактора,

Вот вы сами и объяснили, через кипячение воды в стенках.

>так как же получить поток ионов для МГД генератора

Надо смотреть еще каналы уноса энергии. Для DT 86% уносят нейтроны, энергию нейтронов можно отнять только через тепло, а тепло превратить в электричество классическими способами. 95% энергии, которая будет уходить от плазменного шнура в ИТЭР высаживается в бланкете и диверторе, которые охлаждаются водой. Еще 1% - в межстеночном пространстве вакуумной камеры, которая тоже охлаждается водой, а остальное уже идет наружу реактора.

Ионы и прочие методы прямого преобразования (например рентгеновская фотовольтаика) имеет смысл в D-He3 и p-B реакциях, но они пока довольно гипотетичны, во всяком случае нет ни одной установки (даже эскизного проекта), ориентированной на получение на этих реакциях хотя бы сотен киловатт.
(no subject) - serega boiko - Jun. 22nd, 2016 08:24 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jun. 22nd, 2016 09:00 am (UTC) - Expand
(no subject) - serega boiko - Jun. 22nd, 2016 09:02 am (UTC) - Expand
kuzmabest
Jun. 22nd, 2016 09:43 am (UTC)
То есть, можно ли сказать, что эта эффектная, но мертворожденная установка с лазерами - вроде как пиара организации для общественности, что, мол, мы тут не только (а еще лучше - не столько) "танчики клеим"?
korzhimanov
Jun. 22nd, 2016 10:29 am (UTC)
Добро пожаловать во взрослую жизнь, как говорится. Хотя про мертворождённость это вы перегибаете, свои задачи проект отрабатывает.
(no subject) - kuzmabest - Jun. 22nd, 2016 10:31 am (UTC) - Expand
(no subject) - korzhimanov - Jun. 22nd, 2016 10:35 am (UTC) - Expand
(no subject) - b_my - Jun. 22nd, 2016 10:46 am (UTC) - Expand
(no subject) - kuzmabest - Jun. 23rd, 2016 09:01 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Jun. 23rd, 2016 02:32 pm (UTC) - Expand
(no subject) - kuzmabest - Jun. 23rd, 2016 02:41 pm (UTC) - Expand
korzhimanov
Jun. 22nd, 2016 11:01 am (UTC)
Я всё же немного прокомментирую.

> когда 1,5 года наза NIF вдруг переключился с мишеней из дейтерия и трития на мишени из плутония 241 никто не потрудился объяснить, за каким хреном для нужд термоядерной энергетики тратить миллионы долларов стреляя по плутонию?

Может сложиться впечатление, что военные разработки как-то скрывались и не афишировались. Это не совсем так. Всегда было известно, что часть (и едва ли не большая часть) исследований будет для военных нужд. Но, конечно, тремояд активнее рекламировался, поскольку более выигрышный в плане создания положительного общественного мнения.

> На фоне энергии, которую тратит NIF на выстрел - 500 мегаджоулей, 17 кДж не выглядит прорывом, с его Q ~ 0.00003... у фузоров лучше!

Тут ситуация следующая. Во-первых, все специалисты понимают, что 17 кДж - это никуда не годится, планировали-то хотя бы несколько МДж. Во-вторых, такая низкая эффективность во многом связана с тем, что использованы ужасно неэффективные лазеры - я не знаю причин, но видимо, потому что это на момент проектирования было дешевле. Стеклянные лазеры, накачиваемые ртутными лампами, можно заменить на волоконные системы, накачиваемые линейками диодов. КПД вырастет в десятки раз - и это уже продемонстрировано и используется в более мелких экспериментах.

> Однако на подобном пути с точки зрения энергетики крест был поставлен еще в начале 80-х, когда стало очевидно, что развивающиеся в сжимающиейся мишени гидродинамические неустойчивости не дают достигнуть нужных плотностей и термператур.

Да, но во-первых, этот вывод сделан для ИК-УФ диапазонов излучения, поэтому на NIF используется преобразование в рентген, что по задумке должно уменьшать (и в известной степени уменьшает) рост неустойчивостей, а во-вторых, с тех пор появилась новая концепция (не исследуемая на NIF) - "быстрый поджиг". По этой концепции сжатие и нагрев мишени разносится во времени, благодаря чему неустойчивости опять же подавляются.

Но в целом, я, конечно, согласен, что NIF ни в коем разе не соперник ITER, и лазерный УТС существенно проигрывает на данный момент токамакам. Это, правда, не означает, что так будет всегда.

Edited at 2016-06-22 11:01 am (UTC)
tnenergy
Jun. 22nd, 2016 12:49 pm (UTC)
Да, Артем, спасибо за комментарий, интересные нюансы.
(no subject) - tnenergy - Jun. 22nd, 2016 01:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - korzhimanov - Jun. 22nd, 2016 01:30 pm (UTC) - Expand
(no subject) - viktor_pr_1960 - Jun. 22nd, 2016 05:35 pm (UTC) - Expand
(no subject) - korzhimanov - Jun. 22nd, 2016 06:12 pm (UTC) - Expand
(no subject) - viktor_pr_1960 - Jun. 23rd, 2016 05:19 pm (UTC) - Expand
kasnv
Jun. 22nd, 2016 11:32 am (UTC)
> в термоядерной энергии выделилось больше энергии, чем пошло на ее обжатие
Наверное, в термоядерной мишени? или в реакции?
tnenergy
Jun. 22nd, 2016 01:14 pm (UTC)
Спасибо, слегка переписал фразу, что бы было яснее.
h14th
Jun. 23rd, 2016 11:11 am (UTC)
Офф топ.
А Вы не владеете информацией о состояние дел в атомной промышленности Украины (например как дела с экспериментами Вестингауз)?
tnenergy
Jun. 23rd, 2016 12:51 pm (UTC)
Эксперименты идут своим ходом. Спрашивать желательно поконкретнее.
(no subject) - h14th - Jun. 23rd, 2016 12:58 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jun. 23rd, 2016 03:15 pm (UTC) - Expand
h14th
Jun. 23rd, 2016 11:34 am (UTC)
Наверное если копнуть поглубже, вылезет волосатая невидимая рука рынка с коррупционной составляющей - кто-то пролоббировал финансирование.
tnenergy
Jun. 23rd, 2016 12:50 pm (UTC)
Можно как-то раскрыть логику этого комментария, а то ощущение, что это из какого-то совершенно другого поста прилетело.
(no subject) - h14th - Jun. 23rd, 2016 12:56 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Jun. 23rd, 2016 01:14 pm (UTC) - Expand
(no subject) - h14th - Jun. 23rd, 2016 01:22 pm (UTC) - Expand
green18281828
Jun. 24th, 2016 06:12 am (UTC)
> когда 1,5 года наза NIF вдруг переключился с мишеней из дейтерия и трития на мишени из плутония 241

Странно, что они об этом рассказывают. У нас подобное, если и есть (или будет), то, думаю, под кучей грифов..
tnenergy
Jun. 24th, 2016 06:49 am (UTC)
На самом деле новость довольно узкая, хотя, конечно не уровня "только в научных публикациях". Крайне интересны мишени - Pu241 и вроде Pu242, видимо не хватало данных по уравнению состояния этих изотопов при больших давлениях.
horsehorse
Jun. 27th, 2016 03:16 pm (UTC)
Адов квантрон вообще. Интересно что там и зачем под углом(брюстер или фиг знает) в активных объёмах?
Общую структурную ещё бы увидеть.
( 59 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