Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 36
Спасибо за интересный рассказ!
Забавно, что для достижения самых высоких температур, приходится использовать самые низкие.
Забавно, что для достижения самых высоких температур, приходится использовать самые низкие.
Я ведь правильно понимаю, что достаточно один раз построить работающий реактор, чтобы начать практически новую эру, улучшая следующие модели, используя предыдущие как дебаг-версии? После ITER вроде планируют строить DEMO, который по своему названию будет призван показать коммерческую выгоду.
>Я ведь правильно понимаю, что достаточно один раз построить работающий реактор, чтобы начать практически новую эру, улучшая следующие модели, используя предыдущие как дебаг-версии?
Вроде того. Есть еще несколько довольно принципиальных инженерных и физических вопросов, которые должен решить ИТЭР. И материаловедение должно быть закрыто IFMIF. DEMO чем-то должен быть даже проще ИТЭР.
Проблема в основном пока в экономике — такая сложность реактора может окупаться, если только он будет очень большой, например 10 гигаватт. Экономика — одна из причин того, что термоядерная энергетика топчется на месте уже 20-30 лет.
Вроде того. Есть еще несколько довольно принципиальных инженерных и физических вопросов, которые должен решить ИТЭР. И материаловедение должно быть закрыто IFMIF. DEMO чем-то должен быть даже проще ИТЭР.
Проблема в основном пока в экономике — такая сложность реактора может окупаться, если только он будет очень большой, например 10 гигаватт. Экономика — одна из причин того, что термоядерная энергетика топчется на месте уже 20-30 лет.
Раз уж речь зашла про выработку энергии: есть уже реалистичные идеи как снимать энергию с токамака в таких количествах?
Единственное, что я могу вспомнить — производство топлива для «классических» реакторов.
Единственное, что я могу вспомнить — производство топлива для «классических» реакторов.
Пар, турбины — более чем реалистично. Вот с ИТЭР будут снимать до 1000 мегаватт тепла водой с температурой до 270С — была бы задача турбину крутить, энергетики в миг бы сбацали ее.
270С для энергетики маловато. Турбина конечно будет работать, но с низкой эффективностью.
Ее можно поднять и такая температура выбрана по причине, что никакого практического применения у снимаемого тепла нет и без разницы как его сбрасывать, поэтому ограничились меньшими температурами (и соответственно давлениями)? Или же поднимать нельзя, т.к. это приведет к недопустимому перегреву тех элементов, которые она охлаждает?
Ее можно поднять и такая температура выбрана по причине, что никакого практического применения у снимаемого тепла нет и без разницы как его сбрасывать, поэтому ограничились меньшими температурами (и соответственно давлениями)? Или же поднимать нельзя, т.к. это приведет к недопустимому перегреву тех элементов, которые она охлаждает?
>270С для энергетики маловато. Турбина конечно будет работать, но с низкой эффективностью.
Безусловно так, да.
>Ее можно поднять и такая температура выбрана по причине, что никакого практического применения у снимаемого тепла нет и без разницы как его сбрасывать, поэтому ограничились меньшими температурами (и соответственно давлениями)? Или же поднимать нельзя, т.к. это приведет к недопустимому перегреву тех элементов, которые она охлаждает?
Думаю, тут масса факторов, в т.ч. раз уж мы про кпд не думаем, то обеспечить условиях охлаждения покомфортнее. В энергетических реакторах думают о точке съема в 500-600С, разумеется уже гелием, или сверхкритической водой.
Безусловно так, да.
>Ее можно поднять и такая температура выбрана по причине, что никакого практического применения у снимаемого тепла нет и без разницы как его сбрасывать, поэтому ограничились меньшими температурами (и соответственно давлениями)? Или же поднимать нельзя, т.к. это приведет к недопустимому перегреву тех элементов, которые она охлаждает?
Думаю, тут масса факторов, в т.ч. раз уж мы про кпд не думаем, то обеспечить условиях охлаждения покомфортнее. В энергетических реакторах думают о точке съема в 500-600С, разумеется уже гелием, или сверхкритической водой.
А если не успеем до того момента, как добыча традиционных источников энергии существенно усложнится? Я думаю, что тут весь мир должен быть очень заинтересован и инвестировать столько, сколько нужно.
Ну, я думаю, что циничная логика заключается в том, что 50 лет у нас еще видимо есть, и хочется какую-то альтернативу токамакам попроще и подешевле. Она может быть и на поле термоядерных установок, и ядерным реактором, а скорее всего — чем-то из области возобновляемых источников. Т.е. токамаки двигают вперед минимальным темпом, что бы не потерять наработки и людей.
линии сброса кипящего гелия, которые нужны в случае потери каким-нибудь из магнитов сверхпроводимости.Это очень радует. Помнится подобная авария остановила LHC почти на год. Но появляется вопрос: неужели закипание гелия вполне нормально для этой системы и не является признаком серьезных проблем? Типа «закипел — подождали немного и дальше работать»?
Кстати, давление в Паскалях — это что-то типа соглашения между разработчиками? Немного удивило, потому что для маломощного вакуума чаще встречаются миллибары.
>Это очень радует. Помнится подобная авария остановила LHC почти на год.
Это две разных стороны одной проблемы. У них не сработала пассивная система сброса энергии магнитов, если мне память не изменяет. Кипящий гелий на этом фоне — не большая проблема, основное — это возникающие пробои изоляции, дуги и т.п. — напряжение на бывших сверхпроводниковых магнитах нагоняется до единиц-десятков киловольт.
>Но появляется вопрос: неужели закипание гелия вполне нормально для этой системы и не является признаком серьезных проблем? Типа «закипел — подождали немного и дальше работать»?
Нет, не так. При потери сверхпроводимости надо за несколько десятков секунд сбросить энергию на резисторы. В ИТЭР этой задачей занимается довольно монструозная система, детекторов квенча, из переключателей, резисторов. При этом магниты не нагреются больше чем до 50К, что хорошо.
>Кстати, давление в Паскалях — это что-то типа соглашения между разработчиками?
Это общепринятый в мире постепенный переход на единицы СИ.
Это две разных стороны одной проблемы. У них не сработала пассивная система сброса энергии магнитов, если мне память не изменяет. Кипящий гелий на этом фоне — не большая проблема, основное — это возникающие пробои изоляции, дуги и т.п. — напряжение на бывших сверхпроводниковых магнитах нагоняется до единиц-десятков киловольт.
>Но появляется вопрос: неужели закипание гелия вполне нормально для этой системы и не является признаком серьезных проблем? Типа «закипел — подождали немного и дальше работать»?
Нет, не так. При потери сверхпроводимости надо за несколько десятков секунд сбросить энергию на резисторы. В ИТЭР этой задачей занимается довольно монструозная система, детекторов квенча, из переключателей, резисторов. При этом магниты не нагреются больше чем до 50К, что хорошо.
>Кстати, давление в Паскалях — это что-то типа соглашения между разработчиками?
Это общепринятый в мире постепенный переход на единицы СИ.
Резисторная сборка впечатляет!
А про закипание я так и не понял, нормально это или нет. В нормальном режиме омического нагрева нет. Значит, закипание говорит о проблемах с криогеникой или вакуумом. Быстро снять мощность с катушек — это само собой, но ведь после этого надо найти то, что вызвало закипание и исправить это. Или там могут быть какие-то штатные причины?
А про закипание я так и не понял, нормально это или нет. В нормальном режиме омического нагрева нет. Значит, закипание говорит о проблемах с криогеникой или вакуумом. Быстро снять мощность с катушек — это само собой, но ведь после этого надо найти то, что вызвало закипание и исправить это. Или там могут быть какие-то штатные причины?
>Или там могут быть какие-то штатные причины?
Насколько я знаю, сверхпроводник может потерять сверхпроводимость от косого взгляда. Это рассматривается как штатное поведение. Т.е. это не неисправность, а именно свойство такой системы — иногда спонтанно терять сверхпроводимость. Она теряется в очень небольшом объеме, он тут же начинает греться и распространять вокруг нормальное состояние. Через минуту вся катушка нормальная, за это время надо с нее снять ток. Энерговыделение внутри нее будет, но не очень большим. Более того, для ВТСП это поведение еще более неприятное, и методы обнаружения-ликвидации квенчей там еще более навороченные.
>В нормальном режиме омического нагрева нет.
Кстати есть — см предпоследнюю картинку. Первый две строчки — это тепловыделение прям внутри сверхпроводника.
Насколько я знаю, сверхпроводник может потерять сверхпроводимость от косого взгляда. Это рассматривается как штатное поведение. Т.е. это не неисправность, а именно свойство такой системы — иногда спонтанно терять сверхпроводимость. Она теряется в очень небольшом объеме, он тут же начинает греться и распространять вокруг нормальное состояние. Через минуту вся катушка нормальная, за это время надо с нее снять ток. Энерговыделение внутри нее будет, но не очень большим. Более того, для ВТСП это поведение еще более неприятное, и методы обнаружения-ликвидации квенчей там еще более навороченные.
>В нормальном режиме омического нагрева нет.
Кстати есть — см предпоследнюю картинку. Первый две строчки — это тепловыделение прям внутри сверхпроводника.
Со сверхпроводниками очень много проблем, когда их начинают укладывать в обмотки — локальное повышение, флуктуация температуры где-то в одной точке одного витка вызывает цепную реакцию — разогрев и практически взрыв из-за плотной укладки.
Лет 10 назад была научно-популяторная статья о проблемах сверхпроводников.
Лет 10 назад была научно-популяторная статья о проблемах сверхпроводников.
Интересно, насколько проще/сложнее было бы построить такую систему на орбите, скажем, какого-нибудь Нептуна?
Стоимость и сроки доставки материалов опустим, предположим что уже научились харвестить ресурсы из астероидов и переплавлять на нужные полимеры.
Интересуют именно недостатки/преимущества космической схемы. Что там с охлаждением/теплорассеиванием в вакууме и собственно сам вакуум?
Стоимость и сроки доставки материалов опустим, предположим что уже научились харвестить ресурсы из астероидов и переплавлять на нужные полимеры.
Интересуют именно недостатки/преимущества космической схемы. Что там с охлаждением/теплорассеиванием в вакууме и собственно сам вакуум?
Похоже, пора уже собирать какой-то FAQ, я уже отвечал. Станет хуже, потому что от космического вакуума мало пользы (только теплоизоляция), а вот проблем со сбросом тепла добавиться значительно. Я в свое время перебирал основные проблемные места токамаков — ничего кроме теплоизоляции между элементами реактора из плюсов не нашел.
Так в вакууме охлаждать то сложнее всего: habrahabr.ru/company/dauria/blog/234121
Но появляется вопрос: неужели закипание гелия вполне нормально для этой системы и не является признаком серьезных проблем?
Точно такая же ситуация, как и с элементами системы локализации аварии на атомных электростанциях. Например, на РБМК-1000 имеется бассейн-барботер, в которой должен сбрасываться перегретый пар из контура при авариях и охлаждаться спринклерной системой. Понятно, что такое событие крайне маловероятно и барботер в нормальной эксплуатации практически не используется, однако система существует. И логика его работы тоже очень похожа: закипел контур — сбросили в ББ — откачали воду — работаем.
Расход гелия 100 кубометров в секунду? о_О
7.9 кг в секунду при температуре 4.5К и 50К. — порядка 44 нормальных кубометров + какой-то расход в тепловые экраны. А где цифра 100 кубов?
Вот 100 кубов в секунду: криопомпы «Torus cryo-pumping ~100 m^3/s pumping speed»
habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/ecd/850/5d9/ecd8505d9ea408c3a8f123bc5eaed486.png
Указана производительность для всех газов:
staff.polito.it/roberto.zanino/sub1/teach_files/current_topics/lect_day.pdf «ITER Torus cryopump, With integrated valve… S=100 m³/s (all gases)»
Соседние криопомпы еще мощнее:
www-pub.iaea.org/mtcd/meetings/pdfplus/fusion-20-preprints/IT_P3-17.pdf
«The task of the NBI cryopumps is to maintain low pressure in the injector outside the ion source and the neutralizer, see FIG. 6. The required integral pumping speeds are 3800 m³/s for H2, and 2600 m³/s for D2, respectively.»
habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/ecd/850/5d9/ecd8505d9ea408c3a8f123bc5eaed486.png
Указана производительность для всех газов:
staff.polito.it/roberto.zanino/sub1/teach_files/current_topics/lect_day.pdf «ITER Torus cryopump, With integrated valve… S=100 m³/s (all gases)»
Соседние криопомпы еще мощнее:
www-pub.iaea.org/mtcd/meetings/pdfplus/fusion-20-preprints/IT_P3-17.pdf
«The task of the NBI cryopumps is to maintain low pressure in the injector outside the ion source and the neutralizer, see FIG. 6. The required integral pumping speeds are 3800 m³/s for H2, and 2600 m³/s for D2, respectively.»
А, ну это 100 м^3 при очень низком давлении — 1 Па. Т.е. это соответствует литру в секунду при атмосферном давлении.
Вы будете смеяться, но про вакуумную систему ИТЭР я тоже писал.
«Холодные ящики», «холодные объемы»… :) По-русски эти «ящики» называются ожижителями (рефрижераторами), аналогичного руского жаргонизма в криогенной технике, увы, нет :)
А по существу — рассказ видится мне слишком сумбурным. Текста и картинок много (очень), последовательность повествования немного странновата. Почему бы не рассказать последовательно про требования 4К холода (см. фазовую диаграмму ниобия), методы его получения (пару слов про строение ожижителей), типов теплоизоляции (вакуум, промежуточные защитные шилды) и возникающие инженерные challenges…
Air Liquide публиковал множество докладов о криоплантах, как гелиевых так и азотных… Все немного в кучу и такой интересный аспект ITER как криогеника получился хуже чем все остальное. Читаю вас с удовольствием, но криогеникой вы меня огорчили :P
Насколько я знаю криогенмаш с криоплантами ITER не связан никак, что-то изменилось в контракте с Air Liquide?
А по существу — рассказ видится мне слишком сумбурным. Текста и картинок много (очень), последовательность повествования немного странновата. Почему бы не рассказать последовательно про требования 4К холода (см. фазовую диаграмму ниобия), методы его получения (пару слов про строение ожижителей), типов теплоизоляции (вакуум, промежуточные защитные шилды) и возникающие инженерные challenges…
Air Liquide публиковал множество докладов о криоплантах, как гелиевых так и азотных… Все немного в кучу и такой интересный аспект ITER как криогеника получился хуже чем все остальное. Читаю вас с удовольствием, но криогеникой вы меня огорчили :P
Насколько я знаю криогенмаш с криоплантами ITER не связан никак, что-то изменилось в контракте с Air Liquide?
>По-русски эти «ящики» называются ожижителями (рефрижераторами), аналогичного руского жаргонизма в криогенной технике, увы, нет :)
Что и coldbox с управляющими клапанами (который ACB) будет ожижителем? Да и тот факт, что в ожижителе расположен еще ожижитель — нонсенс :). Я видел два варианта перевода — «холодный объем» и «криососуд»,
>А по существу — рассказ видится мне слишком сумбурным.
Вполне вероятно. Тема не моя, времени у меня сейчас очень мало. Начинал я с того, что по полгода собирал информацию, а здесь — всего месяц.
>Почему бы не рассказать последовательно про требования 4К холода (см. фазовую диаграмму ниобия)
Это лишнее. Начнем с того, что 4.5К выбрано криогенниками по соображением — с каким гелием им удобнее работать, и где оптимум по мощности холодильников. Такие вещи нельзя рассказать в одной фразе, как я сейчас — надо углубляться, а на это нет времени.
>Все немного в кучу и такой интересный аспект ITER как криогеника получился хуже чем все остальное.
Ну, дальше темы будут интереснее для меня и получатся, я надеюсь, лучше. Например робототехническая подсистема ИТЭР.
>Насколько я знаю криогенмаш с криоплантами ITER не связан никак, что-то изменилось в контракте с Air Liquide?
Вроде в тексте про криогенмаш ничего нет… Не в курсе про этот кусок работы, знаю только, что он PPTF делает, но к криоплантам это отношения не имеет.
Что и coldbox с управляющими клапанами (который ACB) будет ожижителем? Да и тот факт, что в ожижителе расположен еще ожижитель — нонсенс :). Я видел два варианта перевода — «холодный объем» и «криососуд»,
>А по существу — рассказ видится мне слишком сумбурным.
Вполне вероятно. Тема не моя, времени у меня сейчас очень мало. Начинал я с того, что по полгода собирал информацию, а здесь — всего месяц.
>Почему бы не рассказать последовательно про требования 4К холода (см. фазовую диаграмму ниобия)
Это лишнее. Начнем с того, что 4.5К выбрано криогенниками по соображением — с каким гелием им удобнее работать, и где оптимум по мощности холодильников. Такие вещи нельзя рассказать в одной фразе, как я сейчас — надо углубляться, а на это нет времени.
>Все немного в кучу и такой интересный аспект ITER как криогеника получился хуже чем все остальное.
Ну, дальше темы будут интереснее для меня и получатся, я надеюсь, лучше. Например робототехническая подсистема ИТЭР.
>Насколько я знаю криогенмаш с криоплантами ITER не связан никак, что-то изменилось в контракте с Air Liquide?
Вроде в тексте про криогенмаш ничего нет… Не в курсе про этот кусок работы, знаю только, что он PPTF делает, но к криоплантам это отношения не имеет.
Забавно, конечно… Двигать вперед проект не спешат, денег давать тоже. Хотя стоимость проекта ITER в несколько раз ниже чем, например, разработка проекта бомбардировщиков B-2 (и это не считая стоимости произведенных машин).
Поясните не понимающему, зачем этот завод? Чего он делает?
Он будет производить необходимое количество жидкого гелия/азота, которое будет охлаждать части токамака нуждающиеся в криогенных температурах: сверхпроводящие магниты, криосорбционные вакуумные насосы, и защищающие их от перегрева тепловые экраны.
Простите, всё равно не понял. Скажите просто, это для науки, как коллайдер? Или для чего-то другого?
Это часть термоядерного реактора ИТЭР. А он в свою очередь для науки, правда гораздо более прикладной, чем коллайдер.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Криогенная система ИТЭР