Прототип термоядерного реактора TAE 5-го поколения был разработан для создания температур 30 миллионов градусов Цельсия, но уже сейчас он достиг 75 миллионов градусов. И в настоящее время команда разработчиков стремится увеличить температуру в 10 раз, причем ориентируясь на более дешевое, простое и безопасное борсодержащее топливо.
Если достаточно сильно ударить ядра двух атомов друг о друга, они могут слиться и создать другой элемент. Если вы используете правильные элементы, то получившийся в результате слияния атом будет весить меньше, чем первоначальные компоненты, а разница в массе будет высвобождена в виде энергии E=mc2, как предсказывает знаменитое уравнение Эйнштейна. Если учесть, что квадрат скорости света довольно большое число, то даже небольшая масса топлива может выделить много энергии.
Но проблема в том, что атомные ядра чрезвычайно малы и положительно заряжены, они отталкиваются друг от друга, из-за чего их трудно столкнуть вместе. Тем не менее процесс синтеза постоянно происходит на Солнце. Но Солнце обладает колоссальной массой и гравитацией, которая притягивает атомы к центру звезды, заставляя их яростно колебаться и соударяться друг с другом. Сливаясь вместе, они высвобождают большое количество тепла, и такая цепная реакция не закончится в течение миллиардов лет.
Люди в течение многих десятилетий пытались воспроизвести этот процесс на Земле, привлеченные потенциальным обилием чистой энергии, причем даже более безопасной, чем ядерное деление, которое в свою очередь, несмотря на несколько громких инцидентов, остается одной из самых безопасных форм производства энергии. Пока еще ни у кого нет работающей термоядерной установки, но прогресс в этой области, похоже ускоряется.
Не имея огромной массы Солнца и его гравитационного притяжения многие попытки термоядерного синтеза на Земле полагаются на более высокие температуры, чем у нашего светила. В проектах синтеза с магнитным удержанием плазмы она нагревается примерно до 100 миллионов градусов по Цельсию, что почти в 4 раза горячее, чем в ядре Солнца. Тепло – это движение на атомном уровне, поэтому ожидается, что это дополнительное движение столкнет атомы плазмы друг с другом достаточно сильно, чтобы преодолеть ядерное отталкивание и началась реакция синтеза.
Но заметьте, предполагается, что вы используете тритий и дейтерий в качестве топлива. Например, этот способ реализует масштабный международный проект ИТЭР (ITER). Но у трития есть свои проблемы – он радиоактивный и облучает материалы реактора. Еще хуже тот факт, что он достаточно редок – сегодня в мире накоплено всего около 25 килограммов этого вещества, и, по собственным оценкам ИТЭР рассчитывает использовать почти всё это количество в экспериментах. Поэтому дефицит и радиоактивность делают термоядерную энергию достаточно дорогой.
«Практические ограничения немедленно становятся ограничениями по стоимости», — говорит Michl Binderbauer – генеральный директор TAE Technology (раннее называвшейся Tri Alpha Energy). Эта калифорнийская компания, основанная еще в 1998 году, как дочерняя компания Калифорнийского университета в Ирвине, привлекла более 1,2 миллиарда долларов США от таких инвесторов, как Google, Chevron, Goldman Sachs, Пол Аллен, семья Рокфеллеров и других. Собранные средства используются для создания ряда прототипов, которые постепенно увеличиваются в размерах.
Этапы развертывания термоядерного реактора
Четвертый прототип, названный Norman, в честь его разработчика Нормана Ростокера (Norman Rostoker), был построен в 2017 году и рассчитан на температуру плазмы 30 млн °C. Однако Норман получился намного лучше, чем запланировано. TAE продемонстрировал способность поддерживать плазму при температуре 75 млн °C, что позволило компании опередить график. Но конструкторы не нацелены даже на 100 миллионов градусов – их задача миллиард градусов Цельсия.
TAE надеется, что тритий будет просто демонстрационной точкой на пути к тому, чего компания действительно хочет достичь – синтез водорода и бора. У бора есть все преимущества, которых нет у трития: процесс не сопровождается никакой радиоактивностью, а на выходе получается гелий – химически инертный и безопасный, настолько насколько это вообще возможно. Бор сегодня производится метрическими тоннами. Он используется в моющих средствах – это товарный продукт, его можно найти повсюду.
Недостатком является то, что атом бора больше, чем тритий, с большим количеством положительных зарядов в ядре, поэтому в конструкции с магнитным удержанием нужно использовать гораздо больше энергии. Энергии на миллиард градусов.
Чтобы достичь температуры в 10 раз выше, чем то, к чему даже стремятся токамаки мира, TAE пришлось спроектировать совсем другой реактор, конструкция которого перекликается с ускорителем частиц в ЦЕРНе, где субатомные частицы разгоняются до астрономических величин и достигается температура в 5 триллионов градусов или ее эквивалент. Но для проекта TAE нужен только миллиард.
К концу 1990-х команда проработала достаточно много теоретического материала, провела моделирование и симуляцию процессов. В результате через 20 лет приступила к работе уже над физическими прототипами. Это был путь не столько научных открытий, сколько отработки технологий и создания инженерных компонентов.
В то время как ускоритель частиц Большого адронного коллайдера представляет собой кольцо длиной 27 км, установка TAE удивительно компактна. «По сравнению с ЦЕРНом наши цифры выглядят смешными, — продолжает Биндербауэр. – Они могут создавать триллионы градусов, нам нужно в 1000 – 10 000 раз меньше. Они ускоряют более или менее отдельные частицы до 99,999% скорости света в вакуумной системе. Они работают на гораздо более высоком токе – миллионы ампер, мы же работаем с сотнями ампер. Нам же нужно «толкать» гораздо больше частиц, с более низкой энергией и скоростью. Так что наши показатели намного скромнее с точки зрения физического масштаба».
Вместо того, чтобы вращать свою плазму в форме пончика, TAE удерживает ее на месте, ограничивая перемещение мощными магнитными кольцами. Это магниты с простой геометрией – плазма выглядят, как эллипсоид и вращается внутри цилиндра вдоль его оси. У разработчиков есть возможность управлять вращением и благодаря гироскопической стабилизации она очень устойчива и предсказуема.
Это более или менее похоже на выпрямленную часть тора токамака, но с существенным улучшением – магниты можно легко удалить или заменить без необходимости разборки всей установки. TAE может использовать диверторы (отводящие устройства) для отбора материи в любом конце трубы, действуя как «мусорные баки» для поглощения примесей и частиц выхлопных газов. В токамаке же это сопряжено с огромными проблемами. Норман собран из цилиндров около трех метров в диаметре, изготовленных из простого листового металла. Причем, в случае возникновения проблемы с теплопередачей, исследователи могут просто удвоить размер.
С точки зрения магнитной эффективности, являющейся основным параметром, в TAE она составляет около 90%, против около 10% в токамаке. Магниты являются большой и дорогой частью термоядерных систем, поэтому, если их эффективно использовать, то можно вырабатывать и более дешевую энергию.
Благодаря тому, что машина пятого поколения имеет показатели на 250 % выше проектных, исследователи начинают понимать, что чем горячее становится плазма, тем лучше работают ускорители частиц и системы магнитного удержания. Таким образом есть высокая степень уверенности, что можно достичь не только 150 миллионов градусов для трития, но и миллиарда градусов и выше, необходимых для бора. Это будет в конце десятилетия или в начале 30-х.
Следующий прототип, система Коперник (Copernicus) 5-го поколения, рассчитана на достижение температуры 100-150 миллионов градусов для того, чтобы доказать свою способность для синтеза трития.
Коперник разработан для демонстрации положительного энергетического баланса, т.е. больше единицы, что означает, что он будет генерировать больше энергии, чем использует. Если и когда это удастся, разработчики перейдут к последнему шагу, машине Да Винчи (Da Vinci), которая доведет процесс до водородно-борных условий. Машина Да Винчи будет прототипом электростанции, выдающей ток от паротурбинного генератора.
Ожидания от инвестиций
В современном мире от инвесторов TAE требуется огромное терпение. Да, конечно же машины передовые и дорогие, но коммерческая отдача от них далеко за горизонтом. Подход компании заключается в работе над моделью «деньги после этапа» и направлен на снижение максимально возможного инвестиционного риска. Есть независимая научная группа, состоящая из самых ярких специалистов в области термоядерной физики, у которых нет ни акций, ни какой-либо доли в компании. Но они приходят два раза в год, им платят за их время, они проверяют работу и дают независимое подтверждение того, достигли ли разработчики определенного рубежа.
С другой стороны, у инвесторов есть потенциальное вознаграждение — владение технологией экологически чистой энергии, которая использует обильные, простые и дешевые виды топлива. Помимо этого, технология позволяет реагировать на скачки потребления электроэнергии, переходя от температуры окружающей среды к миллиарду градусов за несколько тысячных долей секунды. Таким образом, мощность установки может увеличиться, производя относительно быстрый нагрев воды и вращение турбин.
Что касается последнего пункта, то команда работает над системой прямого преобразования энергии, которая полностью исключит громоздкую турбину и заменит ее твердотельным устройством преобразования излучения в электроэнергию. Это отдаленно напоминает работу солнечных панелей, но в данном случае происходит преобразование не света, а мягкого рентгеновского излучения.
Стоимость электроэнергии и отношение общества к термояду
США электричество, вырабатываемое на газовых электростанциях, может стоить в диапазоне от одного до двух центов за киловатт-час. Атомная энергия, особенно с высоким уровнем безопасности АЭС, дороже и может быть на уровне 10-15 центов. Компания TAE ожидает, что их электростанция первого поколения будет производить электроэнергию по цене около 6-7 центов за киловатт-час. Причем эта цена без учета углеродных кредитов и субсидий. Но это будет первая электростанция, а в дальнейшем цены должны снизиться.
Вместе с тем компания предполагает, что ее электростанция не будет самым дешевым источником энергии, однако она будет практичной, полностью зеленой и с низкой ресурсоемкостью. Такие станции смогут безопасно работать даже в мегаполисах и по всему миру.
Безопасность является одним из ключевых преимуществ термоядерного синтеза по сравнению с ядерным делением. Правда придется провести просветительскую работу, поскольку каждый раз, когда кто-то слышит, что реактор планирует работать с субстанцией, которая почти в 40 раз горячее, чем ядро Солнца у многих возникают опасения. Чиновники, например, всё время задают вопрос: миллиард градусов, разве это не расплавит реактор и не приведет к взрыву.
Взрыва не будет. ЦЕРН без происшествий достиг температуры более пяти триллионов градусов. Люди должны понимать, насколько малы атомы и как быстро рассеивается тепло. Если взять плазму с температурой 75 миллионов градусов и поместить в нее кубик льда, то … лед превратится в воду и даже не нагреется. Произойдет просто фазовый переход. Но большинству людей это совершенно непонятно. В реакторе нет расплавления активной зоны. У боро-водорода нет и радиоактивности. Процесс синтеза безопаснее, чем процесс расщепления и это надо донести до общественности. Но если к термоядерному синтезу относиться так же, как к ядерному делению, то регулирование этого направления отрасли будет длительным и сложным. Бюрократическая волокита может добавить лет 10 лет к срокам коммерциализации термоядерной энергии и соразмерно увеличит цену за электричество.
Видео по теме.
В статье использованы фото TAE Technologies и журнала Science.
Комментарии (108)
AlexeySetevoi
24.08.2022 21:06Иными словам, люди добросовестно разработали большой и очень температурный кипятильник, который потенциально может самоддерживать себя и давать коэфициент >1, это хорошо.
Но этот кипятильник бесполезен без конвертации тепло-электричество. Не существует материала, способного работать механически при таких температурах. В БАКе разгоняли и статистически сталкивали частицы, их там извлекать не предполагалось из камер. Что предлагается?
Предлагается, что будет изобретено некое "твердотельное устройство преобразования излучения в электроэнергию.", наподобии солнечных батарей. Те фотоэффект. Те нам нужно вещество, которое под воздействием рентгеновского излучения крайне высокой мощности и плотности - останется собой и будет плавно отдавать свободные электроны, которые затем будут электрическим током. А так можно было?
Nubus
24.08.2022 21:25+2Ну да, а ядерные элекстростанции уже давно достигли коры земли при их температурах работы. Там тоже считай кипятильник.
Politura
24.08.2022 21:31+7Все ТЭС и АЭС - большие кипятильники, котоые используют разницу между температурой того, чего они "накипятили" и температурой окружающей среды для того, чтоб получить электричество.
AlexeySetevoi
24.08.2022 21:33+1На ядерных ЭС температуры на стержнях от 600 до 2500 градусов.(с) Первая ссылка из гугла.
Плюс потери тепла, и до первого контура там доходит несколько сотен градусов максимум. Для подобных температур и материалов опыта работы у человечества с избытком. Вполне подручный кипитильник, и я понимаю как с ним работать с учетом имеющихся на руках материалов.А как с миллионам/миллиардами - что-то не очень.
Politura
24.08.2022 21:45+12Все эти миллионы и миллиарды градусов будут у рабочего вещества с массой ничтожной в сравнении с массой самой установки. Результатом синтеза будет излучение, которое наверняка через какой-нибудь теплосьемник в итоге будет кипятить воду и перегретым паром крутить турбины, как обычно.
Dr_Faksov
25.08.2022 05:32+3Подождите, как же МГД-генераторы? Ведь вроде именно под них, изначально, всё это и заморачивалось.
saege5b
25.08.2022 06:58+1Не взлетело.
Нужна электропроводящая плазма, электроды с высокой проводимостью.
На температурах свыше 2.000 градусов начинаются проблемы. Нет необходимых материалов.
yerbabuena
25.08.2022 11:46+2А зачем там электроды в случае потока плазмы из альфа-частиц? Делаем трансформатор, где одна "обмотка" этот поток, а вторая - вполне себе каноничная медная шина. И никакого контакта плазмы с электродами не надо. Или я что-то не учел, кроме создания самого этого потока альфы?
Tangaroa
26.08.2022 14:58тут надо считать. Кабы не вышло, что потребный для хоть сколько-нибудь заметного КПД поток альфы будет выгрызать любой конструкционный материал аки ацентоном пенопласт
vanxant
26.08.2022 22:48Примерно так и выйдет. Поэтому где-то выше я написал про непрореагировавшие протоны - которые для трансформатора ничуть не хуже альфа-частиц. Плазму всё равно нужно постоянно "чистить" от нежелательных загрязнений.
SHVV
25.08.2022 15:19На сколько я понимаю, всё зависит от топлива. При использовании дейтерий + трития основная часть энергии выделяется в виде нейтронов, которые для МГД-генератора не подходят, так как нейтральны. Для дейтерий + гелий 3 или протий + бор (как в статье) МГД генератор подходит больше, но всё равно часть энергии будет уходить в виде гамма-излучения.
Bedal
26.08.2022 07:27+1Для этого нужна термоядерная реакция с выходом заряженных частиц, а не нейтронов. А это совсем другой уровень трудности. Гнать же в МГД с такими затратами разогретую плазму - чистой воды растрата.
mortadella372
24.08.2022 22:55+2Ну как сказать, температура. Есть распределение частиц (ионов, электронов) по скоростям, и можно этому распределению сопоставить температуру. Или оценить спектр излучения и вычислить температуру оттуда. Но это неспроста плазма, вещество в других формах при таких условиях не существует. Как-то контактно ее использовать не получится.
alexleo
25.08.2022 10:18+3Почему же "не очень"? Температура короны Солнца — около миллиона градусов, но аппараты к Солнцу через неё спокойно летают и не испаряются. Да и в ускорителях энергия частиц после столкновения и разлёта не пропадает просто так, а БАК пока ещё не взорвался. Всё-таки температура теплоносителя и температура в вакууме — это немного разные вещи. Плотности воды и плазмы отличаются на порядки.
vanxant
24.08.2022 22:13+8Вообще конструкция по факту представляет собой открытую ловушку (ГДЛ). С ГДЛ можно снимать энергию фактически напрямую. Если направить выхлоп - альфа-частицы и просто непрорегировавшие протоны - на один из выходов, это уже будет электрический ток в чистом виде (поток заряженных частиц), его нужно только преобразовать в поток электронов при помощи пары катушек.
tnenergy
26.08.2022 13:03Это не совсем верно. В плане периферийных течений это ГДЛ, но посередине висит плазменное образование FRC которое никакого отношения к ГДЛ не имеет.
jar_ohty
25.08.2022 17:49+1Проблема в той энергетической пропасти, что лежит между электронами проводимости и энергией падающего излучения. Процесс поглощения его квантов из-за этого становится многоступенчатым - сначала его энергия конвертируется в очень высокоэнергетические электроны, которые затем сами теряют энергию, порождая вторичные электроны более низкой энергии, те в свою очередь порождают третичные, четвертичные и.т.д. электроны, пока, наконец, энергия электронов не станет ниже энергии химической связи. Тогда уже электроны перестают рождаться, а совершают работу по возбуждению тех или иных энергетических уровней, генерируют ЭДС и т.п. Беда в том, что на каждом из этих этапов часть энергии передается фононам - то есть нагревает кристалл, и в сумме в тепло уходит львиная доля энергии. КПД преобразования энергии гамма-излучения в энергию света у лучших сцинтилляторов, например, не превышает 10%.
Goupil
24.08.2022 22:01+3В отличие от Helion energy, у которых тоже FRC, но сравнительно простая импульсная схема и сам реактор простой, TAE куда амбициозные и хотят сделать не просто реактор на pBo(если это можно назвать термоядерным синтезом), но с постоянным режимом плазмы. Они на сцене частных термоядерных стартапов очень давно и денег им всегда давали много.
Но ходят всякие нехорошие слухи про то, что не все так радужно и с самой концепцией и с условиями работы внутри самой компании. Я бы на них не ставил деньги.tnenergy
26.08.2022 13:06У Helion просто на словах, энергетический реактор на их концепции ничуть не проще, чем у TAE, просто сложности совсем в других местах, например необходимая механическая и электрическая жесткость/прочность конструкции где-то на порядок выше того, что есть сегодня.
Плюс, емпни, они хотели D+D синтез, что тоже довольно гиблое дело в силу слабой реактивности (объемной скорости реакции), либо объем нужен очень высокий, либо параметры еще сильно выше.
Ну в общем типичный УТС.
iBuilder
24.08.2022 22:15+5Насчёт солнца, там не столько в массе вопрос, а колосальном объеме, насколько помню. Частота слияний ядер не сильно большая на единицу объема, но т.к. солнце объемное - выход энергии высокий.
Поэтому, что-бы на земле в малом объеме получать много энергии и приходится получать температуры значительно выше тех, что внутри солнца, что-бы ядра сливались часто.Goupil
25.08.2022 05:39+16Уровень выхода энергии от термоядерных реакций на литр вещества в центре солнца соответствует таковому у не очень прогретой рептилии или кучи компоста.
Yura1975
25.08.2022 11:06+1Где-то давно встречал, что в три раза меньше, чем от кучи прелых листьев.
Goupil
25.08.2022 11:23Смотря как прелые листья компактовать. А так size does matter. На земле понятное дело такой подход работать совсем не будет.
RTFM13
25.08.2022 16:27На земле есть свой вариант - вулканическая деятельность это результат практически "фоновой" радиации.
Goupil
26.08.2022 10:17Разве не энергии гравитационного сжатия в большей степени?
Radisto
26.08.2022 19:20Кажется, гравитационная дифференциация недр, сжиматься особо нечему. Вроде бы энерговыделение там примерно одного порядка с распадом нестабильных элементов, насколько я помню
vanxant
26.08.2022 22:49Считается, что это распад тяжелых радиоактивных изотопов, которые утонули в ядре планеты и превратили его в большой ритэг.
tnenergy
26.08.2022 13:07+1На Солнце еще и идет реакция p+p -> D + e, которая настолько медленная, что воспроизвести ее на земле нереально ни при каких условиях (она слабо зависит от температуры).
v1000
24.08.2022 22:22+5Почему-то ситуация с термоядерным синтезом мне напоминает самолётостроение в начале прошлого века. Какие там схемы не придумывали, и десятки крыльев, и квадратные крылья, и плоские крылья. Даже паровые машины пытались использовать, хотя они по соотношению мощности и веса не подходили. И винты ставили или слишком маленькие, от которых тяги не было, или слишком большие, который мотор не мог раскрутить. И только когда догадались сделать простую схему биплана с двумя большими винтами через редуктор и легкий бензиновый мотор, оно полетело. Ну а дальше рабочую схему начали копировать и оно развилось из игрушки в рабочий инструмент.
iliasam
24.08.2022 22:30+6Из Вики: «Фундаментальное достижение братьев Райт — практичные системы управления и устойчивости по трём осям вращения самолёта, чтобы эффективно управлять самолётом и поддерживать его равновесие во время полёта. Их подход стал основой для конструирования и постройки самолётов. Братья Райт сосредоточились на изучении вопросов управления летящим аппаратом, вместо того, чтобы находить возможность устанавливать более мощные двигатели, как это делали другие экспериментаторы. Их эксперименты в аэродинамической трубе оказались плодотворнее, чем эксперименты других пионеров авиации, для создания эффективного крыла и пропеллеров.»
Вот и сейчас есть проблема — физика плазмы в неоднородном магнитном поле очень сложна, симуляция процессов показывает противоречивые результаты.
arheops
24.08.2022 22:43+3Я бы сказал «симуляция показывает разные результаты в зависимости от модели». Просто нормальной модели плазмы нету, не хочет она себя вести, как в моделях.
tnenergy
26.08.2022 13:10Еще проще - из первых принципов мы вычислительно моделировать плазму в объеме установок УТС не в состоянии (где-то на уровне йоттафлопов потребная), а отсечения не дают необходимого понимания, хотя инструмент полезный и там, где он хорошо верифицирован экспериментом ин силико новые явления в плазме находят.
Dmitry_Dor
25.08.2022 00:10+3ситуация с термоядерным синтезом мне напоминает самолётостроение в начале прошлого века. Какие там схемы не придумывали, и десятки крыльев, и квадратные крылья, и плоские крылья… И только когда догадались сделать простую схему биплана с двумя большими винтами через редуктор и легкий бензиновый мотор, оно полетело…
Забавно, что в Большая энциклопедiя (1904г), статья Воздухоплаванiе не содержит ни слова о самолёте братьев Райт (1903), хотя на момент ее выхода они уже полетели.Один из листов статьи “Воздухоплаванiе“ и разворот с картинками оттудаБолее того — по поводу перспектив развития самолёты
расположеныугадываются лишь на 4-м месте, а вертолёты на 5-м:- … Массу типовъ, созданныхъ въ настоящее время динамическимъ направленiемъ, можно разбить на слѣдующiя группы: 1) машины съ крыльями — летательныя машины, движущiяся подобно птицамъ ударами крыльевъ; 2) волновыя машины, подвiгающияся на подобie скользящаго полета птицъ по волнистому пути; 3) змѣи и аэропланы: въ нихъ поднятiе происходить благодаря совмѣстному дѣйствiю двигателя и наклонныхъ поверхностей. Сторонники этого направленiя примѣняютъ или нѣсколько большихъ поверхностей, или много маленькихъ, помѣщенныхъ одна надъ другой, которымъ придаютъ между прочимъ, параболическое сѣченiе; 4) парусоколесныя машины, подымающiяся при помощи снабженн. лопастями колесъ, оси вращенiя котор. параллельны направленiю движенiя; движенiе ихъ впередъ должно происходить вслѣдствiе винтообразнаго наклона колесныхъ спицъ; 5) винтовыя машины: подъемъ и горизонтальный полетъ этих машинъ производится исключительно гребными винтами…
Так и с термоядом — вполне созможно, что первымвзлетитвыстрелитвыйдет на положительный энергетический баланс какой-нибудь который сейчас едва удостаивается упоминания перед “… и пр.“
IvanPetrof
25.08.2022 04:10+21Забавно, что в Большая энциклопедiя (1904г), статья Воздухоплаванiе не содержит ни слова о самолёте братьев Райт (1903), хотя на момент ее выхода они уже полетели.
Как мне кажется, такая вещь как энциклопедия, начинает готовиться к печати намного заранее. Это ж всё надо написать, проверить факты, отредактировать, вычитать, отдать в набор, сделать пробный макет, ещё раз всё проверить и только потом в тираж. И всё это без гугла, компьютеров и нормальной связи.
На дворе только-только 19 век закончился.Solozhenitsyn
25.08.2022 18:35+1Братья Райт сознательно скрывали свои эксперименты от местных журналистов и фотографов, опасаясь конкурентов, и получили мировую известность только после публичных полетов 1908 года, ранее их многие считали шарлатанами: https://ru.wikipedia.org/wiki/Братья_Райт#Последующие_самолёты
Dmitry_Dor
26.08.2022 00:15Как мне кажется, такая вещь как энциклопедия, начинает готовиться к печати намного заранее.
В общем-то я примерно так и предполагал — процитирую сам себя из другого обсуждения:-
Крылатый стимпанк: самолёты на паровой тяге #comment_24489334
… самолёт бр.Райт ЕМНИП тоже не упоминается, хотя на момент выхода энциклопедии (1904) их Флайер-1 уже год как успешнолеталподпрыгнул на пару десятков метров.
Наверное энциклопедия к печати дольше готовилась, и не успели внести. А может, первый полет Райт не был столь примечательным (ну подумаешь ещё один подскок), а реальные их полеты были уже позже.
Ну а то, что их патент от 1903 года — так мало ли таких патентов было до Райт. Вот когда они реально полетели, уже можно было вспомнить и их первыйподскокполет, и их патент.
Хотя с другой стороны, статья Автомобили из той же Большая энциклопедiя (1904г) вполне «современная», например нафотографиикартинки Самодвижущiйся велосипедъ системы „Benz” уже 4-х колесный, появившийся буквально накануне XX века.см иллюстрации к статье АвтомобилиОбсуждение здесь Вот так выглядит например
фрагмент раздела по электромобилям(отдельной статьи нет, но заметная часть статьи по автомобилям посвящена электромобилям)
Ну а раздел по перспективам автомобилей, развитию дорожной сети, автопилоту (в лице лошади) даже под спойлер не буду убирать :-)
-
Крылатый стимпанк: самолёты на паровой тяге #comment_24489334
Dr_Faksov
25.08.2022 05:39+3На всякий случай - самолёт с паровым двигателем коммерчески эксплуатировался более 2-х лет.
Goupil
25.08.2022 07:38+1Иначе говоря, о самолётах мечтали давно, но с технической базы середины 19го века они были невозможны, нужен был прогресс в металлургии, создание ДВС чтобы «взлетело».
Ivan22
25.08.2022 13:27ну так если бы не пробовали - ошибались - пробовали еще раз по-другому, то и не полетели бы. Тут так же и с термоядом! Вот пробуют, молодцы
akurilov
24.08.2022 23:57+1Непонятно, почему не с литием
sanalex76
25.08.2022 00:21+1Потому что лития и так не хватает. На батарейки.
akurilov
25.08.2022 00:59+5Так его много и не надо
saege5b
25.08.2022 07:16+1На киловатт?
По Викки, 1 грамм вещества эквивалентен 25 ГВт·ч.
Даже если реактор будет на аннигиляции, с учётом потерь, его эффективность будет ниже.
У борного термояда выхлоп с дефекта массы, около 9Мэв. Всего в несколько раз выше водородного.
vanxant
25.08.2022 13:26У D-T реакции выхлоп 17,6 МэВ. Другой вопрос, что 80% этой энергии приходится на скорость нейтрона, и снимать её приходится гигантской бочкой воды вокруг реактора.
saege5b
25.08.2022 07:16Формально чистая реакция, на выходе чистая альфа, которую как бы можно напрямую переводить в электричество.
vanxant
25.08.2022 13:30Формально там будет также идти паразитная pep реакция (p + e + p -> d + нейтрино), и, если плазму не чистить, загорится d+d реакция, которая уже "грязная"
tnenergy
26.08.2022 13:12Плазму все равно надо чистить от гелия таким темпом, что накопление дейтерия не является проблемой. Нейтронны и гамма будут, но не много, постулируется что на уровне медустановок лучевой терапии.
vanxant
26.08.2022 15:21Тормозная гамма будет, как без неё. Там же порядка 1 МэВ температуры, так что это технически уже не рентген...
tnenergy
26.08.2022 20:44не будет там 1 МэВ, они ориентируются на 100 кЭв и пучковый синтез. Тормозное излучение всех сортов, естественно будет, нейтроны из фотоядерных и реакций скалывания, паразитные реакции и т.п. и т.д, но мощность дозы на мегаватт - на 6 порядков ниже DT.
akurilov
26.08.2022 14:12Сечение pp реакции на практике настолько ничтожно мало, что этим можно полностью пренебречь
tnenergy
26.08.2022 13:10Что бы нейтронов не было.
akurilov
26.08.2022 14:09+1Li7 + H1 -> 2He4
Где здесь нейтроны?
tnenergy
27.08.2022 09:21А, Li7 (p, He4) He4 никто не рассматривает из-за мизерных сечений до 1 МэВ (доли милибарна) и даже теоретической невозможности построения реактора с равновесной плазмой с Q>1 (тепло будет теряться через тормозное излучение). Только Li6 смотрят в разных вариантах.
Radisto
25.08.2022 04:11+4В интернетах пишут, что сечение реакции почти в 300 раз ниже, чем у дейтерий-трития. С учётом того, что критерий Лоусона даже для D-T с трудом достижим, с этой реакцией будут наверное еще большие проблемы
bbs12
25.08.2022 08:06Никому не попадалась информация о минимально возможной мощности термоядерного заряда (бомбы) и максимальной "чистоте", т.е. количества радиации, такого термоядерного заряда? Это к вопросу о потенциальном использовании очень маленьких термоядерных зарядов для выработки энергии и почему этого никто не делает.
addewyd
25.08.2022 08:22+3Наверное, нужна ещё атомная бомба, чтобы это поджечь.
Ну а потом всю эту энергию ещё поймать надо.
Wizard_of_light
25.08.2022 09:00+2Проблема в том, что какой бы чистый термоядерный заряд мы не подорвали, поджигает его пока ядерная бомба. А так проекты были - ядерно-взрывная электростанция.
Radisto
25.08.2022 11:19+1Около 10 мг термоядерного топлива в хольрауме с поджигом лазерной системой. NIF говорят в конце концов зажёг с очень хреновым КПД, выделяется меньше, чем приносят лазеры.
cheburen
25.08.2022 14:39Вроде ведутся эксперименты по поджиганию термоядерной реакции мощными лазерными вспышками, там заряды в миллиграммах, и реакция вроде даже идёт, но количество затрачиваемой энергии на поджиг колоссально. https://m.nkj.ru/archive/articles/2545/
Tyusha
25.08.2022 09:14+4Вопрос не в осуществлении термоядерной реакции как таковой (это давно уже сделано), а в мощности реактора. Реактор на 5 ватт даже с миллиардом градусов внутри никому не интересен. А пассаж про кубик льда как раз намекает именно на такую мощность.
Tyusha
25.08.2022 09:22+4Напрягают безграмотные утверждения про триллионы градусов в БАК. Чтобы говорить о температуре, плазма должна быть более менее термидинамически равновесной, чего в БАК нет и в помине. Ну или по крайней мере для оценки температуры пучка следует перейти в его систему отсчёта, т.к. температура пучка — это по сути его дисперсия.
DmitriyN
25.08.2022 12:06+2Эти утверждения обычно относятся все-таки не к температуре пучка, а к температуре кварк-глюонной плазмы, которая с почти любой практической точки зрения термодинамически равновесна.
FanatPHP
25.08.2022 10:22+1но прогресс в этой области, похоже ускоряется
Ничего не могу поделать, в голову сама лезет старая советская частушка,
А страна моя родная
Расцветает каждый год,
Расцветает, расцветает
Да никак не расцветёт!
TsarS
25.08.2022 11:04+5"Знаменитый индийский физик Хими Баба назначил срок решения задачи на 1975 год и мы видим, что возможность эта еще не упущена, этот срок еще не истек"
Ничего, в общем, не поменялось
Goupil
25.08.2022 11:29+2Тогда по сути сильным мира сего термоядерный синтез как решение энергетической проблемы не был нужен. Для военного назначения с глазами хватало обычных атомных реакторов. Для чего термояд был действительно нужен — для изучения процессов, происходящих при подрыве термоядерной бомбы, без необходимости ее взрывать. Это очень удачно совпало с мораторием на ядерные испытания, откуда возникли всякие NIF, даже в принципе не подразумевающие применение в энергетике. Ну и всякие сказки про мирный атом и термояд вот-вот, через 20 лет. После 80х, когда физика плазмы при взрыве стала более-менее понятна и холодная война отступила, фактические траты на термояд стали смехотворны и по большей части уходящие на бюрократических монстров типа ИТЕР.
А сейчас клюнул жаренный петух. Электрокары туда сюда, цены на батарейки, геополитические неудобства из-за черного золота и газа. Даже нефтяные компании смотрят и подумывают, как бы от торговли нефтью перейти к торговле тритием и гелием-3.
Vsevo10d
25.08.2022 11:31+6Я один недоумеваю от этих "миллион градусов", "миллиард градусов"?
Это же полный бред с точки зрения инженерной физики. Все, что выше двадцати тысяч - уже газ из адски быстро двигающихся молекул, и дальнейшие "температуры" уже теряют физический смысл, это частицы с кинетическими энергиями, которые намного превышают энергии активации, энергии связи, с этими миллионами и миллиардами уже под вопросом внешние орбитали - зачем вообще продолжать пользоваться понятием температуры? Не проще ли дальше уже оценивать просто энергию в электронвольтах, приведенную на моль или вообще на одну частицу?
Goupil
25.08.2022 12:31+2Не физики не поймут.
Vsevo10d
25.08.2022 12:39Не знаю, физиком быть необязательно, я на совершенно обывательском уровне могу задать сходный вопрос. В высоком вакууме некая быстрая молекула газа как-то нашла медленную и умудрилась столкнуться с ней. Произошел нагрев или звук? (вопрос риторический, к вопросу о его же бессмысленности).
AAngstrom
25.08.2022 13:31+3Понятие температуры всегда имеет смысл для системы многих частиц в квази-равновесном состоянии. Даже если температура выражена в электронвольтах, она не перестаёт быть температурой. Термодинамика не отменяется ни в центре звезды, ни в термоядерном реакторе.
То, что Вас приводит в недоумение -- это не понятие температуры, а единицы, в которых она выражается. Тут, действительно, в каждой области физики могут быть свои привычные единицы, и для физики плазмы вполне могут использоваться электровольты. Но если журналист (внезапно образованый) напишет, что "температура в реакторе порядка 1 МэВ", для обывателя это будет равнозначно звучать как "температура равна 1 попугаю".
gremlin244
25.08.2022 14:51+3Можно подумать что с миллиардом градусов по цельсию то обыватель сталкивается ежедневно, и легко может представить. Я вот в целом в этом вопросе обыватель, и все что выше, ну допустим тех же 20 000 градусов уже упрощенно себе представляю не как температуру (то есть насколько горячо), а как скорость, с которой частицы мечутся (что наверняка не особо верно, и физики меня засмеют), но очевидно миллион там градусов или миллиард, я особо по разному не визуализирую, можно с тем же успехом написать «дофига градусов», и картинка будет точно такой же. А вот 1 МэВ, я в принципе если хорошенько покопаюсь в голове найду с чем сравнить.
Это происходит просто потому что электронвольтами намного проще в голове оперировать в стиле «в 10 раз меньше» или в «в 10 раз больше», чем градусами. Они именно что воспринимаются как попугай, просто мера измерения. А градусы это что-то с чем ты каждый день на гисметео сталкиваешься, и они из-за этого очень плохо масштабируются. Тебе говорят миллион градусов, ты думаешь, так, на улице сегодня 20, то есть там в 50 000 раз жарче, стоп, а это как вообще.
Tuvok
25.08.2022 23:15> так, на улице сегодня 20, то есть там в 50 000 раз жарче, стоп, а это как вообще
Если конкретно вы не можете себе этого представить, это не означает что никто не может представить.
> все что выше, ну допустим тех же 20 000 градусов уже упрощенно себе представляю не как температуру
Обыватель вполне себе держит в руках около 30 000 градусов, при желании ежедневно:
https://spb.vseinstrumenti.ru/instrument/svarochnoe-oborudovanie/plazmennaya-rezka-metalla/
так что даже представлять не надо, можно "потрогать" и посмотреть.
Dmitry_Dor
26.08.2022 00:42+1Можно подумать что с миллиардом градусов по цельсию то обыватель сталкивается ежедневно, и легко может представить.
Ну а то!
Некоторые источники даже дают пересчет K в °C при такой температуре- https://tvzvezda.ru/news/20211215341-PzBpE.html
… Зонд провел замеры магнитных полей и образцов частиц в короне Солнца, где температура может достигать 500 тысяч кельвинов (около 500 тысяч градусов Цельсия)...
/sarcasm- https://tvzvezda.ru/news/20211215341-PzBpE.html
mortadella372
25.08.2022 22:04В области намного более низких энергий температура удобна тем, что подразумевает около-Максвелловское распределение по скоростям. Откуда можно взять оценки "плотности" для какого-то интервала энергий, например. Еще при этом подразумевается, что наши частицы похожи на идеальный газ. Ну, то есть одним параметром система описывается довольно полно, это удобно. Иногда не одним, бывает что системе приписывают несколько температур — ну, вот такое распределение. Для электронов и для ионов, самое простое.
Насколько это применимо для горячей плазмы, не скажу.
dTex
25.08.2022 12:52Как-то нет новостей о СМОЛа - тоже многообещающе презентовались и картинки похожие были.
Solozhenitsyn
25.08.2022 19:25СМОЛА работает, в целом идеи в экспериментах подтвердились: https://inp.nsk.su/sobytia/nauchnye-seminary/details/13/203/течение-плазмы-в-винтовой-многопробочной-системе-в-режиме-удержания Там же есть и видеозаписи семинаров по другим экспериментам упоминаемым здесь:
yerbabuena
25.08.2022 23:15Что-то от @tnenergy давно ничего не слышно о том, что там с ITER и вообще, в этой теме творится...
devlind
25.08.2022 12:58Чтооо? Всё выглядело хорошо до "Твердотельные ака-солнечные панели для преобразования мягкого рентгена в электричество", а потом какая-то дичь пошла. Панели на мягком рентгене вместо турбины чтобы повысить КПД? Что они там курят? У обычных панелей КПД в районе 20%, тогда как у турбин в районе 70%.
Т.е. они хотят не только термоядерный реактор разработать, но ещё и такие панели? :) И сколько они прослужат при рентгеновском облучении, в мощнейших электро-магнитных полях, где в 20 см от них будет пучок плазмы, разогретый до миллиарда градусов? Ой, занимайтесь своим термоядом, ребята и не лезьте в полупроводниковую электронику.
Я очень надеюсь что это или автор статьи налажал и добавил отсебятину или пресс-секретарь у них "новенькая девочка". Потому что всерьёз такое писать, это нужно постараться конечно.
Mingun
25.08.2022 17:16Но турбину же не плазма крутит. В этих 70% учтен переход от плазмы к рабочему телу турбины?
tnenergy
26.08.2022 13:32у TAE еще 18 году сделали небольшую команду, которая смотрела в сторону рентгеновской фотовольтаики. Это существующая тема, они смотрели насколько ее как раз к условиям реактора можно приспособить. Это хорошее подспорье, если получится
Тепловых машин с турбинами с КПД 70% не существует, для однофазных это около 40% в пределе, многофазных - 60% сейчас.
devlind
26.08.2022 15:51Рентген выбивает атомы из кристаллической решетки, а не электроны из атомов. Такая фотовольтаика если какой-то мизер и нагенерирует, то долго не прослужит, а учитывая температуру и прочие факторы внутри рабочей зоны термоядерного реактора - это вообще звучит как какой-то прикол. Панели нужно охлаждать, т.к. у них предел рабочей температуры не выше 80-90 градусов по цельсию. Т.е. вы хотите сказать что они в одной рабочей зоне сделают и нагревание плазмы до миллиарда градусов и относительно комфортные условия для панелей? Даже если предположить абсолютно фантастический вариант, что им это удалось, то эту фотовальтаику максимум можно использовать в дополнение к турбине чтобы вижать лишние 1-2% КПД (в лучшем случае), не более того. А говорить о том, что она полностью заменит турбину - бред сивой кобылы, по другому и не скажешь. Ничего лучше паровых турбин пока не придумали, и навряд ли уже придумают, раз на дворе 21 век.
Так что то, что они "создали небольшую команду" по этому вопросу, не значит ровным счётом ничего. Они подёргаются в разные стороны немного, почитают литературу, сделают пару тестов и вскоре поймут что это нереально из-за противоречащих условий эксплуатации реактора и этих панелей.
И вообще, чтобы снять электрончики, нужна разница потенциалов, а у вас там охренеть какие мощные электро-магнитные поля. Эти электроны просто полетят в рабочую зону реактора, а не генерить вам электричество.
Если бы такая фотовольтаика была бы возможна и экономически целесообразна, то уже давно стояли бы целые электростанции с такими панелями и намазанными тонким слоем на них радиоактивными отходами. А такого нет и, видимо, не просто так. И это учитывая комнатную температуру и почти идеальные условия по сравнению с рабочей зоной термоядерного реактора.Пусть лучше занимаются реактором, а не дискредитируют себя такими заявлениями. Потому что если есть откровенный бред в одном месте, то потенциально он может быть и в другом, просто мы этого не видим в силу того что не только лишь каждый тут занимается термоядом. Но микроэлектронщики имеются.
AAngstrom
26.08.2022 18:13Рентген выбивает атомы из кристаллической решетки, а не электроны из атомов.
Это немного перебор. Большинство атомов поглощает и рассеивает рентгеновское излучение именно благодаря переходам электронов из остовных состояний в свободные. Это как раз энергии от пары эВ (для водорода-гелия) до десятков и сотен кэВ (для каких-нибудь актинидов). Сдвинуть само ядро рентген не сможет, потому что вероятность поглощения близка к нулю. Внутриядерные переходы происходят при бОльших энергиях и соответствуют гамма-излучению.
Но Вы правы в том, что эффективность рентгеновской фотовольтаики очень низкая. Превращать остовные электроны в электроны проводимости напрямую весьма затруднительно по разным причинам. Поэтому конверсия в электричество может происходить только поэтапно: сначала используем флуоресцентное вещество, которое конвертирует рентген в более мягкое излучение, а потом уже используем обычные панели для генерации. Эффективность процесса -- не больше пары процентов.
LevPos
26.08.2022 16:06Я очень надеюсь что это или автор статьи налажал и добавил отсебятину или пресс-секретарь у них "новенькая девочка".
Это цитата от CEO, не вошедшая в перевод:
"That's another generation beyond, but what comes off the fusion reaction is basically intense light," said Binderbauer. "Soft X-rays to be specific, the same kind they use to do your teeth exams. So we're looking into a direct capture system that would work a little like solar cells on steroids. There are some very cool opportunities there, they can theoretically be much higher efficiency than solar cells. The X-rays will free electrons in an absorber material, and those will go straight to the grid as DC electricity. This is benchtop-level exploratory small-lab stuff for us, we've got to get the core working first, but it's a sincere effort, and it's one of a few different ideas we've got for beyond commercialization. It'd bring the efficiencies way up, and the costs way down."
Flux
25.08.2022 17:51+2Товарищи, чую что прорыв уже скоро! Ещё 20 лет — и у нас будет рабочий термояд!
ShiginSergey
25.08.2022 22:17Скорее всего такая конструкция окажется ограниченной по мощности вместо почти неограниченной у Токамаков. Проблема будет именно в способности удержать плазму тот же ИТЭР гдето на порядок крупнее расчетного для стабильной реакции размера, а он огромен, но это построили "про запас" чтобы точно сработало и потом уже от его результатов можно было строить серийные компактные модели, но это же говорит что гипотетически можно строить реально гиганские бублики, они держут плазму за счет своей формы, а у стилизаторов так не получится, рано или поздно не получится удерживать плазму, значит это будет компактная версия реактора, для небольших городов или космических кораблей.
Goupil
26.08.2022 10:21По результатам ИТЕР планирую построить DEMO, который и должен быть ректором, приносящим энергию в сеть.
Но с такими темпами и затратами не построят и не запустят.
vedenin1980
26.08.2022 13:51Даже если все пойдет идеально по плану, то DEMO запустят не раньше 2050го, лет 20 будут проверять и отлаживать, то есть строительство первого коммерческого термоядерного реактора начнется не раньше в 2070, запуск не раньше 2080, в целом активное использование термояда начнется где-то к 2100 году. И это при ИДЕАЛЬНОМ сценарии.
Понятно, что мало кто хочет вкладывать в проекты результаты, которых увидят только внуки.
yerbabuena
26.08.2022 17:23Если учесть что РФ теперь, как понимаю, в этом проекте не участвует, то вообще непонятно как там те же гиротроны будут делаться и кем
JohnSelfiedarum
Граждане инвесторы! Вас обманывают. При реакции бор-водород не получается самого главного: цепной ядерной реакции, ибо нет размножения нейтронов... Реакция сама-по себе возможна, но её надо подпитывать. Положительный выход? Не...
addewyd
А при чём тут нейтроны и цепная реакция?
Tangaroa
вы немного перепутали термоядерный реактор с атомной бонбой
BInc
Похоже, Вы путаете ядерную реакцию с термоядерной.
AlchemistDark
Но… Ведь при реакции дейтерий-тритий тоже нет цепной реакции…
А если серьёзно, то да, термоядерная реакция, в отличие от ядерной, требует постоянной подпитки энергией. Именно поэтому она и безопаснее ядерной: устранил приток энергии или другие условия её протекания и она остановится, сама она протекать не сможет. Теоретически «дефект массы» при такой реакции может давать больше энергии, чем тратится на её поддержание, но только при определённых условиях. Вот такие условия физики-термоядерщики и пытаются создать.
Ну и отходы от термоядереой реакции не только могут быть безопаснее отходов от ядерной, но и даже могут быть полезны (например, гелий).
Goupil
Если плазма «горит», то подпитка не нужна, лишь подбрасывать топливо. Тут скорее тот факт, что малейшее отклонение от режимов работы приводит к прекращению реакции и рассеиванию плазмы. А так как всего вещества плазмы в реакторе едвали грамм, то это ничем не грозит, даже стенки заметно не нагреются. Вот если сверхпроводящие магниты резко потеряют сверхпроводимость — будет бум. Там в них запасено нехило энергии, которая разнесет всю конструкцию. У реакторах без сверхпроводящих магнитов такой проблемы нет.