Открытая ловушка ГДЛ — одна из многочисленных концепций термоядерного реактора. Она имеет интересное пересечение с сегодняшним рассказом. Источник.
Как я писал в ликбезе по физике токамаков, основная проблема такой плазмы — утечка тепла из нее. Решить эту проблему пытаются двумя путями — созданием магнитных ловушек большого объема (главной из которых является ИТЭР), в котором внешний и внутренний нагрев сравняются с охлаждением и в импульсных установках, где сжатая до термоядерных параметров плазма горит настолько бурно, что выделит достаточно термоядерной энергии за те миллисекунды, что остывает. Однако для такого режима плазму надо нагреть еще больше, и сжать еще сильнее (хоть и кратковременно), чем в магнитных ловушках постоянного действия. Прогресс на этом пути еще более печален, чем с токамаками по причине принципиальной неустойчивости плазмы, которая при сжатии “выскальзывает” из сжимающего поля, и рассеивается, теряя температуру и плотность.
Например одним из самых продвинутых вариантов импульсного УТС является MagLIF.
В попытках идти по этому пути исследователи в 70х годах обратили внимание на плазменные вихри, называемые FRC (field reversed configuration, конфигурация с обращенным полем), похожие по структуре на кольца табачного дыма.
Плазменный вихрь FRC с вмороженным магнитным полоидальным полем (синий), «самозарождается» в продольном магнитом поле (зеленое).
Они оказались устойчивыми и долгоиграющими образованиями. Ими легко управлять — ускорять, сжимать, сливать и разделять. Более того, они обладали крайне важным преимуществом — давлением собственного вмороженного магнитного поля было близко к давлению плазмы, т.о. конструкция хорошо подходила для легкого достижения высоких параметров температуры и давления. Сейчас, наряду с простейшим самосжимающимся плазменным образованием z-pinch’ем они частые гости в идеях импульсных термоядерных реакторах… Там, где любые другие плазменные образования либо разрушались неустойчивостями, либо просто рассеивались в пространстве в процессе сжатия, FRC обещали ощутимые преимущества.
FRC можно встретить во многих реакторах. Например в Plasma Liner Experement от Los Alamos National Laboratory.
В 1997 году в США была предложена концепция Colliding Beam Fusion Reactor (CBFR), импульсной схемы, где два разогнанных плазменных вихря FRC-типа сталкивались и сжимались в центре машины импульсным магнитным полем, образуя плазму достаточной плотности и температуры для зажигания термоядерной реакции. При этом использование FRC гарантировало, что эта плазма проживет в условиях горения термоядерной реакции достаточно, чтобы выделенной энергии слияния хватило на рентабельную работу электростанции, включая затраты на работу самого CBFR. Конечно, если концепция и расчеты авторов были полностью верны.
Так в 90х рисовали 100 мегаваттный генератор на базе двух 50-мегаваттных импульсных реакторов CBFR.
Принцип работы CBFR: на первой стадии формируются 2 FRC которые ускоряются к центру и сжимаются увеличивающимся магнитным полем. Слияние в центре установки дает необходимую плотность и температуру для зажигания термоядерной реакции.
На базе этого концепта сразу появилось несколько стартапов, развивающих идею CBFR. Более успешными в плане сбора денег оказались Helion Energy и Tri Aplha Energy. Первые пытаются сделать реактор на базе D + He3 реакции, декларируя получение на своем прототипе температуры в 5 кЭв, поля в 100 Т и времени жизни в 1 мс. Неизвестна плотность их плазмы, но если предположить частые для таких эксперементов 10^20 частиц на кубометр, то это в 100 раз хуже breakeven (энерговыхода, равного затратам на нагрев и сжатие, без учета затрат на работу установки) для D+T реакции, и примерно в 50000 раз хуже, чем нужно для рабочего реактора. Впрочем, то оборудование, на котором они вроде достигли этих величин, заставляет сомневаться в заявляемых цифрах.
Лабораторная установка Helion.
Однако их конкуренты Tri Alpha (основанные разработчиками концепции CBFR Norman Rostoker и Hendrik Monkhorst) имеют как большие амбиции — использовать самую сложную для термоядерной энергетики реакцию p + B так и больший реактор для воплощения этих идей и 150 сотрудников.
В комнате управления прототипом реактора Tri Alpha.
Преимущество выбранной реакции — отсутствие нейтронов, которые активируют реактор и превращают его в ядерный объект, и неограниченные запасы исходников (в отличие от лития для D+T реакции или фактически отсутствующего на земле гелия-3 для He3+D). Минусом же являются гораздо более (в 60 раз) жесткие условия горения в плазме, и большие проблемы с паразитной гамма-радиацией.
Концептуально TAE использует тот же реактор что и Helion, только в 10 раз больше.
Современное состояние установки. Видны импульсные инжекторы нейтральных частиц (серые бочки вокруг реактора).
Калифорнийцы Tri Alpha подняли уже более 100 млн долларов инвестиций (в т.ч. и от Роснано(!), поэтому одним из членов совета директоров компании является А. Чубайс, а компания размещает заказы на оборудование в России), что позволило им использовать гораздо больший, чем лабораторный масштаб. 23 метровый прототип реактора “С2” чем-то похож на отрытые ловушки ИЯФ (как на первой фотографии) — труба, обмотанная набором соленоидов на краях которой генерируется в FRC-вихри и ускоряясь до 250 км/с сталкиваются в центре.
Внутри центральной камеры С2.
В целом это довольно продвинутая установка, использующая титановые геттеры для получения сверхвысокого вакуума, импульсные мегаваттные инжекторы нейтралов (производства новосибирского ИЯФ), создающие нужные профили ионной плотности в реакторе, квадрупольные импульсные электроды для борьбы с кинетическими нестабильностями, множество приборов для диагностики физики происходящих явлений.
Набор диагностических приборов в установке С2.
Таким образом установка приближается к передовым токамакам конца 70х по уровню сложности и решаемых задач, однако в отличие от большой (частично военной) науки, финансируемой государством это полностью частные руки.
Новосибирские импульсные инжекторы нейтралов крупным планом.
В 2015 году Tri Alpha заявляют о том, что за последние годы им удалось в 10 раз поднять время удержания плазмы (до 5 мс), причем время ограничивается длиной импульса системы NBI и теперь они видят четкий путь к установке большого масштаба “С3”, которая будет закончена в 2017 году. В ней планируется достичь уровня, достаточного для breakeven D + T (теоретического, т.к. установка будет работать только на дейтерии, без использования трития) с температурой плазмы в 100 млн градусов (10 кЭв) и временем удержания 1 секунда. На сегодняшний день такой уровень достигнут в двух токамаках — европейском JET и японском JT-60U, однако оба этих проекта стоили не менее миллиарда долларов, и создавались совместными усилиями нескольких государств
Токамак JT-60SA во время разборки. Интересно, что серые колоны слева — тоже инжекторы нейтрального луча, как и в С2.
Дальнейшие планы TAE известны не очень хорошо. Компания вообще не любит публичность (у нее даже нет сайта) Как и в случае реакторов на открытых ловушках в будущем планируется извлекать энергию прямым преобразованием — замедлять ионы и электроны и замыкать их на полюсах специального устройства. КПД и особенно цена такого способа многократно выигрывает у традиционных тепловых турбогенераторных преобразователей. Существуют предложения и по использованию подобных машин в качестве реактивных двигателей для космических аппаратов (привет Вивернджет!). Пока можно сказать, что из всех альтернативных концепций эта одна из самых многообещающих, однако существующее сегодня гигантское кладбище многообещающих концепций термоядерных реакторов заставляет относится к этому стартапу с известной долей скепсиса. Что ж, буквально через несколько лет мы либо увидим рождение термоядерной энергетики (напомню еще и про General Fusion), либо очередной бесславный закат очередного многообещающего стартапа.
Комментарии (20)
tnenergy
13.09.2015 18:02+4Термоядерный реактор от LM похож на идеи Морозова — ловушки «Галатея». На эту тему существует довольно много скепсиса (собственно, после 60 лет неудач, в УТС скепсис есть на любую тему). Проблема в том, что во-первых я не специалист (хотя обзоры Морозова и читал), а во-вторых про машину LM известно очень мало.
Можно только одно с уверенностью сказать: от той установки, что они показывали, до промышленного реактора на 100 мегаватт путь не меньше 15 лет, даже если вся физика рабочая, никаких новых проблем не выползет, а инженерные затруднения не порушат экономику. Просто исходя из разницы в масштабах.
cyber_genius
14.09.2015 15:47вот этот бы я ещё выделил интересный стартап в данной сфере http://www.design-engineering.com/features/canadian-firm-pursues-mechanical-approach-to-fusion-energy/
propell-ant
15.09.2015 12:19Я уже не первый раз встречаю такое написание слова «соленоид», как у вас — «соленойд».
Это технический слэнг, или опечатка?
https://ru.wikipedia.org/wiki/Соленоидtnenergy
15.09.2015 12:35Хм, скорее опечатка. Просто в профессиональной среде это слово звучит так, что хочется написать «соленойд».
propell-ant
15.09.2015 14:14я именно о профессиональной среде — я сам к ней не отношусь, как это слово произносится на слэнге в наши дни?
tnenergy
15.09.2015 22:55-1Соленойд однозначно. Думаю, тут типичная редукция ради экономии. СоленоИд можно услышать, наверное, только из уст 70-летних профессоров, которые еще букву I называют «йод» на немецкий манер :)
CaptainFlint
15.09.2015 23:03А ещё андройд, арканойд, эллипсойд, и заодно уж Тайланд?
tnenergy
15.09.2015 23:15+1Подождите, меня спрашивали, как это слово обычно произносится в профессиональной среде, а не как его правильно писать. К чему этот сарказм?
CaptainFlint
16.09.2015 00:03К тому, что не всё произносимое профессионалами является профессиональным жаргоном. Если моряк говорит «компа?с» вместо «ко?мпас», это профессиональный жаргон. А если кто-то перечитал интернетов и вслед за всеми начал повторять «андройд» вместо «андроид», это уже банальная безграмотность. Даже если этот кто-то — робототехник и профессионально занимается человекоподобными роботами (андроидами).
tnenergy
16.09.2015 00:20+1Я запутался… вот я профессиональный инженер-электронщик, и чаще слово «соленоид» слышу, чем читаю. При том, не сказал бы, что можно «перечитать интернетов» в отношении этого довольно узкого термина.
Но дело даже не в этом. Меня спросили, как это слово звучит слэнгово, я ответил. Вам что конкретно не нравится в моем комментарии — что я честно ответил, или что профессиональное сообщество коверкает правильное произношение, или может быть вас вообще греческие корни слов раздражают (как в андроиде)?CaptainFlint
16.09.2015 09:12Вам что конкретно не нравится в моем комментарии — что я честно ответил, или что профессиональное сообщество коверкает правильное произношение
Не нравится то, что вы не дали себе труда разобраться, из-за чего это слово произносят именно так. Из вашего комментария можно сделать вывод, что профессионалу нормы языка вообще не писаны, ведь всё можно списать на сленг. Я же пытаюсь донести мысль, что не всё то сленг, что отличается от норматива. Даже если так случайно совпало, что этот вариант произношения вы слышали только от узкой группы людей, относящихся к одной и той же профессии.
или может быть вас вообще греческие корни слов раздражают (как в андроиде)?
Только когда эти корни (а точнее, суффиксы) произносятся и пишутся неправильно.tnenergy
16.09.2015 09:31+1>Не нравится то, что вы не дали себе труда разобраться, из-за чего это слово произносят именно так.
Очень странная претензия. Примерно как я начну вам предъявлять, что вы здесь пишете это слово, не разобравшись, почему используется именно цилиндрический паттерн укладки проводов в соленоиде.
>Из вашего комментария можно сделать вывод, что профессионалу нормы языка вообще не писаны, ведь всё можно списать на сленг.
Из вот этого? «Хм, скорее опечатка. Просто в профессиональной среде это слово звучит так, что хочется написать «соленойд».» Обалдеть. Я бы сделал прямо противоположный вывод.
eugenius_nsk
16.09.2015 12:52Простите, но вы в курсе, что любому языку свойственно развиваться? «Развитие» в отношении языка означает, что нормы произношения (а следом и написания) всегда постепенно изменяются. Вы понимаете — _всегда_. Это такой закон в лингвистике. И пытаться искусственно остановить эти изменения — противоестественно. И эти изменения происходят в том числе и с заимствованными словами — более того, с заимствованными словами они происходят даже быстрее, т.к. язык стремится ассимилировать их и адаптировать к себе.
Далее — письменная норма _всегда_ следует за устной. Т.е. сначала происходят изменения в произношении, а потом — изменения в написании. Иногда изменения в написании отстают от изменений в произношении (это свойственно быстро развивающимся языкам), и тогда иностранцы, изучающие этот язык, проклинают его со страшной силой))KirillEltsov
16.09.2015 17:06+21. Господа, не деритесь. По вопросу, непосредственно касающемуся вашего спора, Московская и Ленинградская фонологические школы выкурили — начиная с 50-х годов XX века — на двоих уже 10^7 сигарет и выпили 100500 водки, а до сих пор не могут договориться, имеет ли право [и] называться отдельным гласным звуком в русском языке. А все почему? В том числе потому, что он, в отличие от других гласных звуков, имеет свойство редуцироваться в зависимости от своего положения и от звуков, соседствующих с ним в слове. Слово «соленоид» — как раз из таких: предшествующий ударный звук [о] по-любому приводит к редукции безударного [и], по-другому носителю русского языка просто неудобно произносить. Как это слово писать — уже другой вопрос, в русском языке правила написания слов не всегда соответствуют фактическому произношению, на это есть свои причины.
2. Уважаемый eugenius_nsk, в лингвистике все несколько сложнее. Все живые языки развиваются, это так. Однако в каком направлении они развиваются (видоизменение заимствованных слов, сходимость письменной и устной нормы), зависит от настолько туевой хучи факторов, что возводить указанные Вами явления в ранг закона было бы некоторым преувеличением. То, о чем Вы написали, имеет место, но а) не во всех языках, б) не со всеми словами.eugenius_nsk
18.09.2015 15:45Однако в каком направлении они развиваются (видоизменение заимствованных слов, сходимость письменной и устной нормы)
Я, собственно, о направлении этих изменений ничего и не писал. Я писал только о том, что они всегда есть (для живого языка, да).
Относительно видоизменения заимствованных слов — вы хотите сказать, что есть языки, где заимствованные слова не изменяются вообще и никогда? Разумеется, масштаб этих изменений разный для разных языков, и бывают случаи, когда отдельные заимствованные слова можно сказать, что не изменяются — но это именно отдельные случаи, а не правило. А правило заключается как раз в изменении заимствованных слов.
Относительно сходимости письменной и устной формы я и не писал. Я писал, что письменная форма вторична относительно устной. Тем не менее замечу, что письменная форма _всегда_ стремится соответствовать устной. Другое дело, что вполне может быть так, что скорость изменения письменной формы меньше, чем скорость изменения устной — и тогда различия накапливаются, и чем дальше, тем больше. Однако это не отменяет собственно движения письменной формы в сторону соответствия устной. Ну не бывает так, чтобы письменная форма развивалась в сторону, противоположную соответствию устной.eugenius_nsk
18.09.2015 15:50PS. Прошу читать «форма» как «норма» — не успел отредактировать.
PPS.Я писал, что письменная форма вторична относительно устной
Разумеется, это не означает, что _каждое_ изменение письменной нормы спровоцировано каким-то _конкретным_ изменением устной нормы.
KirillEltsov
19.09.2015 01:051.
правило заключается как раз в изменении заимствованных слов
Нет такого правила. Сам факт заимствования слова (имени предмета) зависит прежде всего от заимствования самого предмета или явления, которого нет у коллектива принимающего языка. Попробуйте, например, изменить английское слово tokamak или русское слово «клептомания».
2.Письменная форма языка вторична относительно устной
Я это слы… wait oh shit… читаю от читателя Гиктаймса? :) А вот в языках программирования устной формы вообще нет, и ничего, развиваются как-то… Язык в принципе полноценно выполняет свои функции лишь тогда, когда у него есть письменная норма. Устной нормы, строго говоря, не существует, поскольку произносимые нами звуки зависят от, например, особенностей Вашего или моего речевого аппарата (это, например, акценты), и с этим сделать ничего нельзя, а вот писать мы должны одинаково.
3.Ну не бывает так, чтобы письменная форма развивалась в сторону, противоположную соответствию устной.
Бывает. Во всех идеографических языках письмо «стремится» соответствовать предметам и явлениям реального мира, а на их фонетические оболочки кладет с прибором. В результате письменное обозначение у предмета одно, а вариантов произношения в рамках одного языка много, и общение между языковыми коллективами, говорящими вроде бы на одном языке, возможно только через письмо.tnenergy
19.09.2015 09:52>Попробуйте, например, изменить английское слово tokamak
ТОКАМАК — русский акроним (или как там слоговое сокращение называется) — тороидальная камера с магнитными катушками.
IMnEpaTOP
Очень интересная статья, написанная простым языком. И хотя какие-то материалы об этой установке и раньше проскакивали в сети, но Ваш материал куда подробнее журналистских поделок. Спасибо!
Возможно стоит написать ещё и про термоядерный реактор Lockheed Martin? Кажется, в этом году они обещали уже запуск прототипа. Было бы интересно прочесть про принципиальные отличия их установки, результаты и потенциал. По крайней мере один читатель такой статьи у Вас уже будет.