Pull to refresh

Comments 77

Плотность. Плотность плазмы при таких условиях — вот главный критерий.
А то окажется, что там всей плазмы на сотню атомов, когда другие подобные результаты ещё в 1960х получали.
Плотность видна на второй картинке сверху — 2,5*10^19 частиц на кубометр. Это довольно достойное значение, если предположить что время удержания плазмы составляла 0,5 сек, то получается, что ребята достигли ~1/10 условия самоподдерживающегося горения (критерия Лоусона).
Принципиально ли важно удерживать термоядерную реакцию значительно долгое время, если это настолько сложно в рамках сегодняшних технологий? Если добиться определённого времени работы, скачем час, и за это время успевать заряжать аккумуляторные системы (по типу того, что желает осуществить Илон Маск), т. е. работать по принципу печки: стало прохладно — затопили. Т. о. можно иметь распределенную систему малых токамаков по всей стране.
Запуск очередного цикла требует много энергии. Окупаться начинает с какого-то, достаточно большого времени удержания.
UFO just landed and posted this here
Фактически, они уже вышли на профицит. Но он пока не окупит их стоимость
пока такие реакторы тратят энергии намного больше, чем вырабатывают
В 2007 году в том же EAST'е впервые получили больше энергии чем потратили, то есть получать так энергию можно, но пока проще ветряных генераторов наштамповать и получать значительно больше с меньшими усилиями. Вот когда себестоимость термоядерной энергии станет близкой с другим альтернативным источниками, тогда и можно будет говорить о практическом применении.
Вы сказали тоже самое, только более развернуто.
Скорее всего получается энергии больше, чем вложено в плазму. Но эффективность доставки энергии в плазму далека от 100%. И скорее всего речь шла о выделяемой энергии, а не преобразованной в электричество.
К сожалению, за полчаса гугления не нашел пруф, но вот что интересно: в русской википедии «В 2007 году коэффициент энергетической рентабельности на токамаке превысил единицу», со ссылкой на газету ру (вызывает вопрос ссылка на СМИ, а не научную публикацию), где написаны более расплывчатые слова: «соотношение произведенной и затраченной энергии превысило единицу (1,25:1)»
Здесь идет речь о произведенной энергии, а не «готовой к использованию», как в определении коэффициента рентабельности. А это разница минимум в два с лишним раза.
Касательно затраченной энергии — вроде бы формулировка не допускает вольной трактовки, но есть ничем не подкрепленное ощущение ошибки при изложении.

Более того, посмотрим внимательнее на эту статью. В ней есть три утверждения, которые вместе выглядят крайне подозрительно:
1) По словам руководителя работ У Сунтао, конечная цель работы — достижение стабильности плазмы на протяжении тысячи секунд и соотношение затраченной и полученной энергии 1 к 50.
2) EAST — часть международной программы по созданию термоядерной электростанции. Опыт китайского токамака будет использован при строительстве более совершенного международного реактора ITER, соглашение о строительстве которого подписано в прошлом году.
3) (о параметрах ИТЕР) коэффициент усиления мощности — 10x
Получается занимательная картина — сделаем хороший, эффективный реактор (на уровне АЭС) для того, чтобы потом сделать реактор в пять раз хуже. Потрясающе!

Впрочем, если я не прав, и у вас есть более надежные источники, чем википедия и СМИ — очень хотелось бы получить ссылочку
Везде где пишут о коэффициентах и соотношениях потраченной и полученной энергии в отношении термоядерной энергии, если нет уточнений то обычно говорят о Q факторе или Fusion energy gain factor
Т.е. соотношение внешней энергии подведенной к плазме (для ее нагрева) и энергии выделившейся непосредственно в реакциях синтеза.
Этот не исключение.

Термоядерные установки способные достигать Q>1 уже есть и работают (и поэтому в СМИ и появляются статейки/новости, что удалось получить больше энергии чем потратить). Но Q=1 как у вас и написано совершенно не достаточно, при Q=1 вырабатывать полезную энергию невозможно в принципе, т.к. и у систем «накачки» энергии в плазму КПД далеко не 100% и у систем преобразования получающегося тепла обратно в электричество тоже от 100% далеко (скорее что-то уровня 35-45% для реальных установок) и электростанция в целом (а не отдельно активная зона реактора) все еще будет потреблять электрической энергии намного больше чем вырабатывать.

У ITER по планам Q должен достигать уже 10. Но эпопея с ITER тянется настолько долго, что он уже в некотором роде устарел еще даже не успев начать работать — основные параметры и технические решения его закладывались еще 20-30 лет назад, строительство началось почти 10 лет назад. Так что не удивлюсь если к моменту начала его работы(где-нибудь в районе 2025 года) он уже не будет лидером по достигнутым параметрам.
К тому же путь от Q=1 до Q=10 это намного более сложный скачок, чем от Q=10 до Q=50, т.к. уже при q=10 большая часть энергии необходимой для нагрева плазмы уже самой же плазмой (термоядерными реакциями в ней) и создается. Дальше даже небольшие улучшения параметров значительно увеличивают Q.
Рекордное значение реального энерговыделения к затратам — 0,7 (JET — 1997 год), пересчетного (на дейтерии, без реальной D+T реакции) — 1,1 (JT-60UT 2002 год). Речь идет исключительно о соотношении вложения и выделения энергии в плазме, если попробовать расчитать с т.з. электростанции, то такие токамаки глубоко убыточны. Даже ИТЭР, с его рассчетным Q=10 будет вырабатывать ~500 мегаватт термоядерной (тепловой) энергии, а потреблять 1,1 ГВт из сети (правда это значение можно было бы уменьшить, если бы кто-то этим серьезно заморочился).
А где там самые большие потери, на каком этапе?
Что к плазме подводится 50 МВт, а электрической энергии затрачивается 1100 МВт?
У вас отдельно по энергетическим потокам какой-нибудь статьи не было еще? Типа радиочастотный нагрев столько-то Мвт, с таким-то примерно КПД, инжекция пучка — столько-то.
Поддержание магнитного поля —
Системы охлаждения —
Вспомогательные системы — Чисто научная часть (которой на элекстостанции уже не будет) -
>Но он пока не окупит их стоимость
Где-то мелькало — что профицит при нынешнем уровне технологий возможен при выработке реактора >10ГВт, и построить его возможно — но весьма затратно + влечет за собой огромные размеры самой конструкции
Насколько помню из старой древней книги со времен первых экспериментов. Трудность в том, что внешнее электромагнитное поле, удерживающее плазму не позволяет находиться в состоянии равновесия или как оно там. Каюсь из курса физики многое позабыл.

Что сейчас сотворили китайцы это прогресс это очень много времени.
Человек, стоящий на ногах, тоже не находится в равновесии. Не падает он лишь за счет работы системы управления, парирующей отклонения тела от заданного положения работой мышц. Так же и с токамаками. Я думаю, там просто нужна достаточно быстродействующая система стабилизации.

Но кроме стабилизации, там есть и другие проблемы, такие, как отвод энергии и продуктов синтеза из зоны реакции.
Токамак принципиально импульсная установка, ток в замкнутом плазменном кольце формируется в том числе за счет изменения внешнего магнитного поля, подобно тому как это происходит в обмотке трансформатора — по закону Фарадея. А трансформатор, как известно, работает только на переменном токе, а не на постоянном, так что удержание возможно только «периодами» пусть даже и длинной в сотни секунд.
В таком случае это огромное достижение, что на токамаках достигаются такие времена удержания. Спасибо что разъяснили. Где-то я тоже читал, что в каких-то плазменных установках (теперь понятно — именно в токамаках) удержание возможно только в течение времени, пока возрастает магнитное поле. А возрастать безгранично оно не может — превысит критическую величину, при которой нарушится сверхпроводимость катушек.
Все правильно, только есть возможность поддержания горения и в неиндуктивном режиме (без изменения магнитного потока центрального соленоида), как раз конкурирующий корейский KSTAR в 2015 году продемонстрировал 12 секунд работы в таком режиме.
Скажите, а в итере какой режим планируется использовать? Сможет ли итер теоретически работать в непрерывном режиме?
В ИТЭР будет три базовых индуктивных и один гибридный режим (60% тока — индуктивный, остальной — нет). После запланированного апгрейда системы нагрева возможен выход на не индуктивный режим длительностью в 1 час и с Q=5.
Там вроде как на запуск тратится очень много энергии и именно выигрыш появляется, когда оно работает долго.
Импульсные и циклические тоже рассматривают. Но даже час работы это пока недостижимый еще горизонт. Пока лучшее достижение это вот у китайцев (с неизвестной плотностью, возможно она была столь низкой что вообще положительного выхода энергии нет и потребляет оно больше чем уходит на поддержание условий) — всего 100 секунд работы, у других не больше нескольких десятков секунд за раз.
Гигантский и сложный международный ITER рассчитывает достичь 500-1000 секунд удержания «горящей» плазмы только к 2025 году примерно и все пойдет хорошо.

Хотя само по себе время не критично, гонка идет за интегральным показателем, который упрощенно можно записать как: плотность плазмы * температуру плазмы * время удержания.
Чем больше этот параметр, тем выше (лучше) будет соотношение (полученная энергия термоядерной реакции) / (затраченная энергия на создание необходимых условий).
У текущих лучших установок он с трудом дотягивает до 1, т.е. сколько потратили энергии, столько назад потом и получили — причем потратили электричество, а получили лишь тепло и радиацию.
У ITER он по проекту должен достичь 1к10
А для широкого применения в промышленности и экономически выгодного получения энергии желательно порядка 25-50.
По крайней мере новости пошли. Что-то пытаются делать.

А где(как) же реактор Росси?
Вот да, только недавно вспоминал про то, что уже около года никаких новостей про него не было
Если бы, реактор Росси работало бы, ничего о нем, мы бы, не услышали
«Вот взять бы и уе...подарить» ©
Ребята говорят про кипятильник Андреа Росси.
Росси — это итальянский альтернативно-одаренный-учоный, к Курчатовскому ни какого отношения не имеет
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B8_%D0%A0%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8
Его уже давно считают мошенником. Начиная с того, что один неравнодушный просто взял и сделал кипятильник заявленной Росси мощности с такой же трубой и получил выхлоп пара на порядок больше, и заканчивая историей с контрольной закупкой термоэлектронных преобразователей с немыслимым КПД от него же (вырабатывал энергии даже меньше чем средние по рынку).
Это все понятно. Интересно почему не было разоблачений?

Кстати, Китай -Луна — токамак. К чему бы это?
Чтобы по-настоящему разоблачить — надо заполучить этот девайс Росси в руки. А он его никому не дает, кроме «проверенных» товарищей. А так — уже все по косточкам разобрали в соответствующих комьюнити. Просто журналисты о них не пишут. Почитайте ветки форума на talk-polywell.org, например.
UFO just landed and posted this here
Кто-нибудь может пояснить каким образом будет преобразовываться энергия (и какая) в электрическую? Опять подогрев воды на пару градусов — как в атомных реакторах — или элементы Пельтье?
Насколько помню, тот же ТОКОМАК (вроде еще жив) работает как тот же чайник. Да неэффективно, но другого вроде как с тех пор не придумали. Может что-то и пропустил.
Другие варианты есть, например преобразование тепла напрямую в электричество. Но у них КПД мал относительно схем с теплоносителями.
другого вроде как с тех пор не придумали. Может что-то и пропустил.

В теории, при использовании гелия-3 получаются протоны, которые можно превращать в электричество напрямую, а не работать как чайник. Увы, там требуются технологии на порядок более сложные, чем в стандартном синтезе «дейтерий + тритий», да и собственно гелия-3 у человечества толком нет.
посмотрим) теории это хорошо. Вот тут почитал еще разок и подумал, а ведь китайцы правильно делают. Сначала разбираются с одной задачей. Вот дойдут до уровня когда процесс поддержания растянется на часы. Потом займутся вопросом как установки сделать компактнее. Потом займутся расчетом оптимального кпд для промышленной эксплуатации. К тому времени возможно будет готова техническая база по преобразованию энергии синтеза в электрическую. Может вообще окажется, что на планете это особо не нужно, а вот в качестве силовой установки например на звездолеты. Почему нет?
ТО-КА-МАК — ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками
Пока для перевода тепловой энергии в электрическую ничего лучше паровой турбины не придумали.
А как снимать выход энергии от реакции синтеза пока никто не знает, после реакции будет нейтрон с большой энергией, что с ним делать вопрос открытый, как-то преобразовывать в тепловую через поглощения защитой реактора, ну а дальше паровая турбина.
UFO just landed and posted this here
Основная цель — долгое удержание термоядерной реакции без повреждения стенок установки.
UFO just landed and posted this here
Токамаки и прочие стеллараторы обычно испытывают на водороде — чтобы проверить, как удерживается плазма и достигает ли она нужной температуры. На простом водороде дешевле, да и нейтроны не образуются, радиоактивность в материалах установки не наводится.

Когда же все налажено и проверено — то можно запускать установку на смеси дейтерия с тритием. Тогда пойдет реакция, а вместе с ней — нейтроны, наведенная радиоактивность и прочие радости жизни.
Вот интересно, насколько по своим свойствам отличается плазма в 50 млн градусов от 100млн? С точки зрения физических свойств и с точки зрения удержания такой плазмы в магнитной ловушке… В любом случае обе температуры принципиально превосходят температуры испарения любых известных материалов…
Тут всё плавно перетекает в области изучаемые в CERN, где заместо температуры измеряют энергию.
Одно из главных различий — это интенсивность потерь энергии от теплового излучения, которая пропорциональна четвертой степени температуры. Так что плазма при 100млн градусов будет в 16 раз быстрее терять энергию на излучение, чем при 50млн.

Еще, чем выше температура — тем меньше удельное сопротивление. Если плазму нагревают пропусканием по ней вихревых токов — то эффективность подогрева падает. По-моему, уже при достигнутых в существующих реакторах температурах плазма ведет себя почти как сверхпроводник.
Там очень разреженная и очень горячая плазма, к ней не применим закон по уровню излучения как для черного тела. Зависимость получается другая.
А какая конкретно — это лучше tnenergy сюда призвать с просьбой подсказать :)
Плазма в токамаках состоит из полностью ионизированных атомов (во всяком случае, к этому стремятся), что при токамачных температурах возможно для атомов с Z<12 и поэтому мощность зависит от температуры ~T^1/2. Излучение идет в основном через тормозное излучение.
Спасибо. Воистину, физику нужно изучать век!
Кстати, давно хотел спросить — а на какой участок спектра (длину волны) максимум излучения приходится у плазмы с параметрами которые сейчас получают (и планируют получать в ближайшем будущем) в термоядерных установках?
И примерно распределение — оно вообще похоже на тепловое, с каким-то максимумом и длинными постепенно убывающими хвостами в обе стороны или более узкий и четкий специфический спектр имеет?
Вообще плазма светит во всем диапазоне, но максимум — мягкий рентген, с пиком на энергии, равной примерно половине температуры. От этого интересный эффект — центральный сверхгорячий шнур не виден, а вот подстывшая плазма на периферии — ярко светится :)

Закон распределения сказать сложно, т.к. разные части плазмы в разных физических режимах излучают.
Не хотел бы я своими глазами видеть этот шнур, даже если он водородный (без реакции). Мягкий рентген — это же погибель.
Да там все погибель. Я даже хотел как-то написать мини-рассказ об ощущениях внутри ИТЭР, литературных талантов не хватило :). А так — вакуум, криогенные температуры, нейтронное излучение, убивающее за доли секунды, рентген, сжигающий за пару секунд, магнитные поля, электрические поля, ИК, радиочастотное излучение, короче сложнее найти что-нибудь несмертоносное в термоядерном реакторе :)
Ну раньше люди годами добровольно смотрели на источники мягкого рентгена через стеклышко (ЭЛТ трубки телевизоров и мониторов). Так что если без термоядерной реакции, то думаю при желании можно было бы и своими глазами заглянуть в реактор через «окошко» из толстого освинцованного стекла без вреда для здоровья.
Эм, в каком смысле половине температуры?

Соответствует тому как излучало бы черное тело с в 2 раза меньшей температурой? Или просто половину температуры в электрон-вольты перевести(но это вроде получим тогда среднюю кинетическую энергию/скорость частиц самой плазмы, а не ее излучения).
К примеру выше с которого начали — 50 млн. градусов. В 1м варианте это около 10 кэВ, во 2м около 3 кэВ.

Впрочем и то и другое мягкий рентген. Что как понимаю значит, что с точки зрения защиты/экранирования и радиационной стойкости конструкций реактора имеет значение только нейтронное излучение от самих термоядерных реакции, т.к. такой мягкий (пусть и интенсивный) рентген от нагретой плазмы очень хорошо поглощается и ни наведенной радиации ни существенного радиационного повреждения структуры конструкционных материалов вызывать не может?
Половине температуры плазмы в кЭвах. 50 млн градусов — это ~5 кЭв, максимум будет на 2,5 кЭв.

Рентген хорошо поглощается первой стенкой и никакого вреда не наносит, только теплоперенос из плазмы в стенку добавляет.
Правильно ли я понимаю, что появилась не менее важная задача, как с этой плазмы снять энергию? Ведь даже эти 50 миллионов градусов — недостижимо много для современных конструкционных материалов, а нужно будет преобразовать эту температуру в электричество, например.
А теплового излучения от неё разве недостаточно?
дык её ж наоборот нагревают… на солнце реакция продолжается из-за гравитации а на земле плазма будет просто тухнуть.
Нагревают, чтобы пошла реакция синтеза, а дальше уже тепло начинает выделятся само из уравнений синтеза, гравитация нужна далеко не при любой реакции синтеза.
Снять энергию достаточно просто — обычным водяным охлаждением стенок (оно же 102 секунды охлаждалось непрерывно). Проблема больше в долговременной работе и превращению металлических стенок реактора в страшно радиоактивные под воздействием нейтронов (кому нужна электростанция, которую после одного дня работы надо полностью везти на завод по переработке высокоактивных отходов?).
Для отвода энергии и продуктов реакции предусмотрено специальное устройство — «дивертор». Оно достаточно сложное. Гуглить.

Ну и да, тепловым излучением тоже много энергии отводится. Выше уже написали, как отводить это тепло от стенок реактора.
Интересно, делятся ли они опытом с командой итера?
Да, делятся. Сейчас все крупные токамаки мира работают по программе исследования режимов работы ИТЭР.
Прошло много-много лет лет и я внезапно узнаю, что в словосочетании Stellar Converter, таки есть реальный научный смысл!
Интересно, температуру плазмы измеряли китайским термометром?..
При рассмотрении коммерческой электростанции на основе управляемого термоядерного синтеза нужно задуматься о том, что термоядерная энергетика встретиться ровно с теми же самыми проблемами, какие сейчас имеет или имела промышленная ядерная энергетика (особенно в общественном мнении). Это обращение с тритием (а его нужно по нынешним меркам очень много, тритий летучий, токсичен и радиоактивен, и насколько я помню, несколько грамм трития достаточно для того, чтобы были превышены ПДК во всей Москве, например), обращение с радиоактивными материалами (т.к. есть куча нейтронов, которые облучают все вокруг) и отсутствие материалов, которые могут долго работать при нейтронном облучении.
В настоящее время управляемый термоядерный синтез — это очень интересная научная задача, но у многих умных людей есть обоснованные сомнения, что в ближайшие лет 100 появятся коммерческие электростанции на основе управляемого термоядерного синтеза. Намного более перспективным (именно в коммерческом и инженерном отношении) сейчас видится ядерная энергетика на быстрых нейтронах. Многие проблемы эксплуатации в ядерной энергетике за 60 лет уже решены в той или иной степени, некоторая коммерческая эффективность уже присутствует.
Ну а главный сдерживающий фактор как для ядерной, так и для термоядерной энергетики — это цены на нефть, газ и уголь, которые вряд ли увеличатся на несколько порядков в ближайшие 30-50 лет. Наблюдая подобные прогнозы, никто не хочет особо сильно выделять деньги на чисто научные проекты по достижению управляемого термоядерного синтеза.
Насколько я помню из физики, основная часть энергии термоядерной реакции выделяется в виде излучения. А оно не удерживается магнитным полем. И основной получается проблема эффективного мгновенного преобразования этой энергии.
Я бы сказал, в виде многих видов излучения. В первую очередь — нейтронного. Реакция D-T дает 17,6МэВ энергетический выход, из них около 14МэВ приходится на нейтрон.

Кроме нейтронного, присутствует еще рентгеновское излучение (при таких температурах пик теплового излучения приходится на рентгеновский диапазон), ну и еще по мелочи — гамма и прочие электромагнитные волны.
Only those users with full accounts are able to leave comments. Log in, please.