Термояду.нет  
14 Ноябрь 2019, 22:15:42 *
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Войти
Новости: Большинство функций форума доступны только после регистрации
 
   Начало   Помощь Поиск Войти Регистрация  
Страниц: 1 ... 10 11 [12]
  Печать  
Автор Тема: Предмет обсуждения  (Прочитано 181470 раз)
Avtor
Администратор
Ветеран
*****
Сообщений: 1963


Просмотр профиля
« Ответ #165 : 07 Октябрь 2019, 21:22:52 »

Британцы разработают собственную термоядерную электростанцию

Великобритания приступит к проектированию термоядерной электростанции на основе компактного сферического токамака. Правительство страны выделило деньги на реализацию концепта, который планируется завершить к 2024 году. За это время планируется проведение научных исследований, изготовление прототипов компонентов и создание оборудования для испытаний технологии, говорится в пресс-релизе на сайте британского правительства.

Термоядерная энергетика ставит своей задачей получение полезной энергии при слиянии ядер легких элементов. Такая схема в самом общем смысле аналогична происходящим в ядрах звезд реакциям. Основной проблемой является создание и поддержание подходящих условий.

Так как ядра заряжены одинаково, то они испытывают кулоновское отталкивание, из-за чего их сложно сблизить, а без этого их слияние невозможно. Преодолеть это можно путем нагрева вещества до очень высоких температур, но тогда в случае контролируемого процесса возникает две проблемы: разогретая плазма повреждает материалы, с которыми приходит в контакт, а связанное с температурой высокое внутреннее давление приводит к быстрому расширению и охлаждению.

В звездах эти обстоятельства обходятся с помощью огромной массы вышележащих слоев. В этом смысле звезды — не очень эффективные преобразователи энергии — на единицу массы всего Солнца выделяется примерно столько же энергии, сколько и в случае гниющих листьев, несмотря на высокое абсолютное энерговыделение в ядре.

Ученые предложили несколько возможных схем удержания плазмы, которые, как правило, связаны с сильными магнитными полями. Основными концепциями являются токамак и стелларатор. Термоядерные реакторы разных конструкций есть во многих странах мира, в том числе в России, США, Германии и Китае.

Самым крупным проектом в этой области является международный токамак ITER, который в данный момент строится во Франции. Однако эта установка не будет электростанцией — вырабатываемое ею тепло планируется рассеивать, а основным результатом ее функционирования должна стать доработка технологий. Первой настоящей термоядерной электростанцией может стать следующий токамак DEMO, но его постройка завершится не раньше 2040 года.

Великобритания решила самостоятельно включиться в гонку за реализацией коммерчески жизнеспособного термоядерного реактора. Правительство выделило 220 миллионов фунтов (примерно 270 миллионов долларов США) на доработку проекта STEP (Spherical Tokamak for Energy Production — сферический токамак для производства энергии). Эту технологию развивают в Калхэмском центре термоядерной энергии (Culham Centre for Fusion Energy, CCFE), подразделении Управления по атомной энергии Соединённого Королевства (United Kingdom Atomic Energy Authority, UKAEA). В этом научном центре уже создано два современных токамака — MAST и JET.

В то время как у обычного токамака плазма находится в виде тора, в сферическом токамаке сделана попытка максимального уменьшения малого радиуса, в результате чего форма плазменного облака получается близкой к шарообразной, ее также сравнивают с яблоком с удаленной сердцевиной. Такая конструкция позволяет сдерживать плазму менее интенсивными магнитными полями, но масштабируемость такого подхода находится под вопросом.

Чиновники ожидают, что выделенных средств хватит для разработки к 2024 году окончательного варианта проекта. В результате также должен появиться реализуемый план строительства полноценной термоядерной электростанции к 2040 году. В документе отмечается, что установка MAST будет играть ключевую роль в новом проекте, ее запуск после обновления планируется в начале 2020 года.

Ранее мы сообщали, что плазменный шнур в токамаке EAST продержался дольше 100 секунд, частная британская компания получила первую плазму в новом токамаке, а на установке KSTAR поставили мировой рекорд по удержанию плазмы. В целом в последние годы наблюдается всплеск исследований в области термоядерной энергетики, о чем мы писали в материале «Больше токамаков».

Тимур Кешелава

https://nplus1.ru/news/2019/10/04/uk-tokamak,
http://www.atomic-energy.ru/news/2019/10/07/98023,
http://lenr.seplm.ru/novosti/anglichane-sobralis-stroit-reaktor-termoyadernogo-sinteza.

Для справки. Британцы зациклились на сферических токамаках (http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3168#msg3168), но пока результаты более чем скромные: http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3270#msg3270. Наши термоядерщики тоже уцепились за сферические токамаки (http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3183#msg3183), но в гибридном их приложении: новый российский токамак Т-15МД - почти сферический: https://tnenergy.livejournal.com/98304.html, http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3356#msg3356.
ИМХО. К огорчению сторонников термояда, термоядерного синтеза нет в Природе и он невозможен, поэтому все потуги по его осуществлению на сферических токамаках или иных установках были, есть и останутся тщетными: http://www.termoyadu.net/index.php?topic=682.msg2297#msg2297.

Другие новости...
- ВМС США подали патентную заявку на компактный термоядерный реактор
http://atominfo.ru/newsz/a0360.htm,
http://www.atomic-energy.ru/news/2019/10/14/98178.
-- В своё время нашим соотечественником В.Власовым также была предложена новая схема термоядерного реактора (http://www.termoyadu.net/index.php?topic=7.msg1558#msg1558), подана заявка на изобретение (https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_2005123095_20070127_A_RU/) и даже получен патент (http://www.termoyadu.net/index.php?topic=10.msg2254#msg2254), однако "воз и ныне там"!
« Последнее редактирование: 14 Октябрь 2019, 12:20:28 от Avtor » Записан
Avtor
Администратор
Ветеран
*****
Сообщений: 1963


Просмотр профиля
« Ответ #166 : 15 Октябрь 2019, 11:11:03 »

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15 — прототипа будущих гибридных реакторов

15 октября 2019

В Курчатовском институте в конце 1950-х годов был сооружен первый в мире токамак, а в 1979 году заработал Т-7, в котором мощное магнитное поле впервые создавалось катушками из сверхпроводников. В 1988-м, готовясь к строительству международного термоядерного реактора ITER, здесь запустили Т-15, показав возможность применения в установках реакторного масштаба сверхпроводящих магнитов из сплава ниобий-олово. Теперь, когда во Франции вовсю идут работы над ITER, сам Т-15 прошел модернизацию.

Внутренний объем вакуумной камеры Т-15МД составляет около 47 кубометров. Она изготовлена под Петербургом, в НИИЭФА имени Ефремова, из нержавеющей стали марки AISI 321. Вскоре ее внутреннюю поверхность выложат графитовой плиткой.

    «Такой подход принят во всем мире, — объясняет Петр Хвостенко, который пришел в институт еще во времена триумфального пуска установки Т-7, а теперь руководит постройкой модернизированной Т-15 (Т-15МД). — Модернизация состояла в создании полностью новой электромагнитной системы и вакуумной камеры, новой мощной системы электропитания — то есть, по сути, в создании полностью нового токамака».

    «В свою очередь, и Т-15 когда-то строился как «модернизированный» вариант токамака Т-10М, — продолжает Петр Павлович. — То же можно сказать и о многих установках в других странах: строящийся в Японии «холодный» реактор JT60SA имеет немного общего со своим «теплым» предшественником JT60».

Сверхпроводящая магнитная система удержания плазмы требует криогенных температур, поэтому подобные установки и называют «холодными». В отличие от «холодного» токамака Т-15, новый Т-15МД будет «теплым»: 16 его магнитов сверхпроводимость не используют и охлаждения не требуют, их катушки намотаны из обычного медного проводника с добавлением менее чем 1% серебра. Такое «легирование» не ухудшило электропроводность, но сделало проводник прочным, как сталь. Если прежде механические нагрузки, возникающие при работе магнитной системы, попросту разрушали ее, то теперь «теплые» магниты из серебросодержащей меди способны создать и выдержать достаточно высокое магнитное поле в 2 тесла, необходимое для работы токамака с аспектным отношением (отношением внешнего и внутреннего радиусов плазменного шнура) 2,2.

    «У каждой страны - участницы проекта ITER должен быть собственный токамак, подходящий для отработки тех или иных элементов будущего большого международного реактора, — говорит Петр Хвостенко. — Для нас таким станет Т-15МД, способный работать также в «режиме ITER», при котором аспектное отношение составляет 3,1». Даже умеренное по меркам термоядерной физики магнитное поле в 2 Т позволит удерживать плазму 30-секундными разрядами. За это время ее конфигурация стабилизируется, позволяя полноценно имитировать работу будущего реактора ITER.

Тороидальное магнитное поле токамака создается 16 D-образными катушками, состоящими из 50 витков проводника из серебросодержащей меди. Общая длина проводника превышает 9000 м, масса — более 90 т. Тороидальная магнитная система изготовлена брянским НПО «ГКМП».

Стоит сказать, что рекорд удержания высокотемпературной плазмы на сегодня составляет немногим больше ста секунд. За это время плазменный шнур успевает загрязниться посторонними частицами, в результате чего разрушается. «Если плазма чистая и содержит только ионизированный водород, она практически прозрачна, — объясняет Петр Павлович. — Свечение появляется только из-за поступления примесей в разряд. Но поскольку очистить ее стопроцентно невозможно, внутри работающего реактора плазма светится».

Чтобы продлить существование плазмы, загрязненный поток направляют на специальный элемент реактора, дивертор. Он охлаждает и выводит ее наружу, а инжекторы впрыскивают в систему соответствующее количество свежего топлива. Дивертор ITER будет выложен толстыми вольфрамовыми плитами. Однако нагрузки, которые ему придется испытать, настолько велики, что не выдержит даже вольфрам. Поэтому дивертор дополняется мощными и сложными системами охлаждения. Российские физики считают, что для этого необходимо омывать его потоками жидкого лития, перераспределяя поток падающей мощности на диверторные пластины по большей площади, тем самым уменьшая тепловую нагрузку. Это решение как раз и предстоит отработать на токамаке Т-15МД, прежде чем масштабировать на по-настоящему большие установки, такие как ITER.

Многие специалисты считают, что именно за такими реакторами наше общее будущее. В самом деле, уже сегодня человечество ежегодно потребляет энергии на 13 млрд т в пересчете на массу сжигаемой нефти. В скором будущем население Земли увеличится еще на несколько миллиардов человек, и с учетом растущих запросов энергетические расходы могут повыситься до 40 млрд т «нефтяного эквивалента» в год. При этом доступные запасы нефти и газа подходят к концу. Угля хватило бы еще надолго, но на фоне разворачивающегося глобального потепления вряд ли стоит планировать введение в строй новых угольных электростанций.

Прогресс в области возобновляемой энергетики впечатляет, но ее мощностей в обозримой перспективе не хватит — да и не во всех регионах встречаются условия, подходящие для промышленной выработки энергии из ветра или солнечных лучей.

    «Как неоднократно говорил президент НИЦ «Курчатовский институт» М. В. Ковальчук, термояд тоже воплощает движение технологий в сторону более близких к природе решений. Фотосинтез в виде солнечных батарей мы уже в определенном смысле освоили. И то же касается атомной энергетики, — говорит Петр Хвостенко. — Цепная реакция распада требует появления достаточного количества концентрированного урана-235 — в природе такого не случается. А вот термоядерные реакции в недрах звезд идут постоянно».

Да и с топливом для термоядерных электростанций не предвидится никаких проблем. Для синтеза можно использовать ядра тяжелых изотопов водорода, дейтерия и трития. Первый в достаточном количестве содержится в морской воде и уже сегодня производится десятками тысяч тонн в год. Выделить его можно электролизом: под действием тока тяжелый атом водорода отделяется от кислорода чуть хуже, чем обычный. Тритий же получают в ядерных реакторах, облучая мишени лития-6 — природные запасы лития содержат около 7,5% этого изотопа. Сложность лишь в том, что для выработки энергии из слияния изотопов водорода их придется нагреть выше 150 млн градусов.

Классическая термоядерная реакция может приносить энергию лишь при соблюдении критерия Лоусона, который определяется плотностью, температурой плазмы и временем удержания. Могучая гравитация Солнца создает в его недрах огромное давление, и за счет такой плотности (немногим выше, чем у воды) слияние ядер происходит уже при 15 млн градусов. Сжать плазму в токамаке на Земле сложнее, здесь она получается на порядки более разреженной, и температуры ей требуются куда выше. Все эти сложности и задерживают появление полноценной термоядерной энергетики, создание которой тянется уже более 70 лет.

За это время стартовавшая немногим раньше атомная энергетика достигла впечатляющего прогресса: сегодня АЭС производят почти пятую часть всего электричества. Однако ресурсы урановой руды, подходящей для получения ядерного топлива, близятся к исчерпанию. Хотя сам уран является одним из самых распространенных металлов на Земле (в коре его примерно в тысячу раз больше золота), практически все это количество приходится на уран-238, который идет «в отвал» или в лучшем случае на создание бронебойных снарядов.

Еще шире урана-238 распространен торий-232: на тонну литосферы приходится 10 г этого изотопа, причем распределен он достаточно равномерно, так что теоретически наладить его добычу возможно в любом подходящем месте. К сожалению, для обычных ядерных реакторов торий в чистом виде не подойдет. Поэтому физики всего мира продолжают искать технологии, которые позволят использовать эти почти неисчерпаемые ресурсы для наработки ядерного топлива. На Белоярской АЭС уже действуют экспериментальные реакторы на быстрых нейтронах, способные перерабатывать уран-238 и торий-232. Поможет и реактор Т-15МД: для этого ученые предусмотрели второй режим его эксплуатации.

    «Все достаточно просто, — продолжает Петр Хвостенко. — Плазма окружается бланкетом, который заполнен, например, торием-232. Облучение его нейтронами дает уран-233. В качестве топлива для атомной реакции он даже выгоднее урана-235, поскольку не ведет к накоплению долгоживущих актинидов с периодами полураспада в сотни тысяч лет, которые приходится захоранивать. То количество актинидов, которые образуются из урана-235 в тепловых атомных реакторах, можно «пережигать» тут же, в том же бланкете. Мы получим элементы с периодом полураспада всего в сотни лет, и эти элементы достаточно быстро станут безопасными. Кроме того, здесь же можно превращать и литий в тритий».

Гибридная система не нуждается ни в полноценном ядерном, ни в термоядерном реакторе. Токамак в ней служит только источником нейтронов, запускающих ядерный распад топлива во внешнем бланкете. Нет необходимости в устойчивой реакции слияния, поэтому критерий Лоусона соблюдать уже необязательно, и дейтерий-тритиевую плазму достаточно нагреть до сравнительно умеренных температур, 30−50 млн градусов, а нейтроны образуются за счет взаимодействия ускоренных в инжекторах пучков атомов дейтерия с этой плазмой. Упрощается и ядерная половина гибрида. Распад топлива в ней уже не должен быть самоподдерживающимся, он стимулируется за счет нейтронов, вылетающих из дейтерий-тритиевой плазмы. «Цепной реакции не происходит: выключаете токамак, и деление прекращается, нет никакой опасности аварии», — поясняет Петр Хвостенко.

В гибридном режиме Т-15МД использует плазменный шнур с увеличенным внутренним радиусом (отношение к внешнему 1:2,2). «Скоро начнем откачку воздуха из камеры до глубокого вакуума, чтобы проверить качество сварки и всех соединений, — продолжает Петр Хвостенко. — Запустим установку в декабре 2020 года. Пока что в целях безопасности будем работать с плазмой из обычного водорода. Но к 2035-му в Протвино или Обнинске с учетом отработанных здесь технологий планируется построить уже реальный, большой гибридный реактор на дейтерии и тритии. Можно сказать, вы познакомились с прототипом».

http://www.atomic-energy.ru/news/2019/10/15/98233,
https://www.popmech.ru/science/501272-tretiy-put-atomnoy-energetiki-tokamaka-t-15/.

Для справки. Чуть ранее уже была подобная статья, правда, в сокращенном варианте:
http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3356#msg3356.

ИМХО. Действительно, гибридный реактор Т-15МД - это третий путь атомной энергетики. Насколько он оправдан на фоне уже действующих реакторов на быстрых нейтронах - вопрос риторический. Скорее, это попытка сохранить лицо при явно проигрышной игре в термояд: http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg2768#msg2768.

P.S. Возвращаясь к британцам (см. предыдущий пост: http://www.termoyadu.net/index.php?topic=6.msg3387#msg3387)...
Правительство Британии выделило 200 миллионов фунтов на разработку термоядерной электростанции: http://www.atomic-energy.ru/news/2019/10/16/98290, http://atominfo.ru/newsz/a0390.htm.
Цитата: "Если решение о сооружении будет принято, то станция STEP сможет войти в строй не ранее начала 40-ых годов. Её строительство обойдётся в "миллиарды фунтов".
STEP будет, как и ITER, представлять собой токамак, однако его форма будет отличаться от принятой в ITER. Британский токамак станет более компактным (сферическим)".

P.P.S. Есть ли будущее у управляемого термоядерного синтеза?
Игорь Острецов, доктор технических наук, профессор
https://www.youtube.com/watch?v=_2YPNg5GI3g.

P.P.P.S. Эра термоядерного синтеза
Цитировать
Гибридный синтез
Пока ведутся дискуссии на тему: быть термояду или нет — звучат предложения рассмотреть вариант гибридной установки, которая может стать разумным компромиссом.

Идея не нова, она обсуждалась еще на заре освоения ядерных технологий, но после серьезных аварий от нее отказались в пользу развития «чистой» энергии от термоядерного синтеза без нарабатываемых делящихся материалов.

Концепция гибридного синтеза призвана уравновесить преимущества и недостатки двух парадигм ядерной генерации: цепная реакция обеспечивает выход огромного количества энергии за один акт деления, в то время как термоядерный синтез, порождая энергию в меньшем объеме, приводит к образованию нейтронов без инициации цепной ядерной реакции. В реакторах, работающих на урановом топливе, используется только один изотоп — ²³⁵U (или ²³⁹Pu), который составляет всего 1% от общего количества добываемого урана. А вот гибридный реактор мог бы использовать любые изотопы урана.

Таким образом, с помощью термоядерной подпитки установка теоретически могла бы работать более чисто и эффективно, в значительной степени уменьшая проблемы с отходами и их распространением.

Сторонники гибрида утверждают, что такая технология будет безопасной и устойчивой к аварийным ситуациям, потому что работать реактор будет в ­докритических условиях и деление не будет самоподдерживающимся.
http://atomicexpert.com/era_of_thermonuclear_fusion.
« Последнее редактирование: 09 Ноябрь 2019, 20:58:50 от Avtor » Записан
Страниц: 1 ... 10 11 [12]
  Печать  
 
Перейти в:  

Частичная или полная перепечатка материалов сайта Термояду.нет
возможна только с разрешения администрации

© Ялышев Ф.Х. | Powered by SMF 1.1.21 | SMF © 2006, Simple Machines
Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru