Исследователи из MIT утверждают, что термоядерный реактор «скорее всего, будет работать»

Автор оригинала: Victor Tangermann
  • Перевод


Управляемый термоядерный синтез почти с нами?


Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) и других институтов заявляют, что компактный термоядерный реактор SPARC будет работать в реальности. По крайней мере, теоретически, о чем они утверждают в серии недавно опубликованных исследований.

Команда указывает, что на этапах планирования не было обнаружено никаких неожиданных препятствий или сюрпризов. Об этом говорится в семи статьях, написанным 47-ю исследователями из 12 разных научных учреждений.

Иначе говоря, изыскания «подтверждают, что разработка, над которой мы трудимся, скорее всего будет функционировать», — рассказал изданию New York Times Мартин Гринвальд, руководитель проекта и заместитель директора Центра плазменных исследований и ядерного синтеза MIT.

Энергия термоядерного синтеза остается труднодостижимой. Технология сулит безопасный и чистый способ производства энергии путем слияния ядер атомов — так, как это происходит на Солнце. Исследования длятся уже целый век, но пока никому не удалось осуществить идею на практике.

SPARC — один из крупнейших проектов в этой сфере, финансируемый из частных источников (прим. переводчика: вместе с MIT проектом занимается стартап Commonwealth Fusion Systems). Он станет первым в своем роде реактором с «горящей плазмой», где изотопы водорода сливаются, чтобы образовывать гелий, без каких-либо дополнительных затрат энергии.


Рендер токомака SPARC, CFS/MIT-PSFC

Благодаря прогрессу в области сверхпроводящих магнитов, команда надеется достичь таких же характеристик, как у крупных реакторов. Например, как у гигантского реактора ITER (ИТЭР, Международный экспериментальный термоядерный реактор), который начали собирать в прошлом июле.

Магниты удерживают реакции, которые идут с выделением огромного количества тепла, внутри реактора. Это одна из самых острых проблем термоядерного синтеза.

По расчетам команды, SPARC будет способен производить в два раза больше энергии термоядерного синтеза, чем понадобится энергии для генерации реакции. Это был бы огромный скачок, потому что ни одному исследователю не удалось хотя бы выйти на уровень безубыточности.

SPARC разработан как высокомощный токамак среднего размера, который должен достичь чистого прироста энергии с применением ионного циклотронного диапазона частот (ICRF) в качестве основного вспомогательного нагревательного механизма. Эмпирические прогнозы указывают, что в SPARC базовые плазмы достигнут Q ≈ 11. Это намного превышает целевое значение Q> 2. Чтобы убедиться в успехе SPARC, также было выполнено интегрированное физическое моделирование. Коды TRANSP в сочетании с теоретически обоснованной моделью турбулентности в жидкости Ландау (TGLF) и прогнозом EPED для стабильности пьедестала обнаружили, что значения Q ≈ 9 можно достигнуть в стандартном H-режиме работы, а Q> 2 возможно даже при неблагоприятных допущениях.
Одно из семи исследований о SPARC

На самом деле, в статьях исследователи отмечают, что могли бы теоретически генерировать в десять раз больше энергии. Но предстоит много работы, прежде чем они смогут сказать наверняка.

Команда MIT надеется построить собственный компактный реактор в следующие три-четыре года. А конечная цель — начать производить электроэнергию с 2035 года, сообщает NYT.

Некоторые ученые, которые десятилетиями работали над термоядерной энергией, говорят, что испытывают энтузиазм от SPARC, но график представляется нереалистичным.

«Чтение этих статей дало мне ощущение, что у них будет там самая контролируемая плазма ядерного синтеза, о которой мы мечтаем, — говорит физик Кэри Фостер из университета Висконсина, не причастный к проекту. — Но если бы я оценивал, где они находятся, то я бы умножил на два, как делаю со всеми моими аспирантам, когда они говорят, как много времени займет задание».
Что думают коллеги-физики о SPARC

«Мы пытаемся сделать следующее: подвести самую прочную физическую основу под проект, чтобы быть уверенными в том, как он будет выполнять работу, а затем предоставить рекомендации и ответить на вопросы по инженерному проектированию по мере его выполнения», — говорит Гринвальд в официальном заявлении.

*Арт с Гордоном Фрименом использован из-за личной любви редакции к Half-Life. Мы не намекаем, что все закончится, как в Black Mesa.


Madrobots
Приближаем сингулярность за ваши деньги

Комментарии 27

    –10
    Очень хороший распил денег… В том же ряду как и компактный термоядерный реактор локхид мартин. Не в этом веке.
      +4
      Судить людей по себе — дурной тон
        0
        а можно судить по статьям Наука и жизнь 60-ых годов где было написано что термояд будет готов в ближайшее десятилетие? а потом такие же прогнозы в 70-ых годах, а потом — в 80-ых?
          +5
          Я говорил про распилы и исключительно про распилы.
          Я никак, ни прямо, ни косвенно, не утверждал, что термояд будет готов с завершением построения текущих реакторов, точно так же, как не утверждал и обратное.
          Более того, я даже не утверждал, что распилов нет, я лишь хотел сказать, что видеть везде распилы не лучшим образом характеризует «видящего»
            +4
            Был неправ, вспылил. Но теперь считаю своё предложение безобразной ошибкой, раскаиваюсь, прошу дать возможность загладить, искупить. Всё, ушел.
            0
            Как сказал один академиков моему завлабу в 60е годы: твои внуки не будут жить, когда будет работать термоядерный реактор и внуки твоих внуков — тоже.
            –1
            Очень жаль, что местное сообщество стало считать правилом хорошего тона минусовать человека просто за его мнение, а переход на личности, хамство и оскорбление поощрять. Просто плюнуть в человека зная, что если не вообще, то сутки он вам не ответит. Игнорировать даже сообщения в личку. Простите, но не это ли дурной тон?
              +1
              Вы на меня вешаете не тех собак:
              1. Я не только не могу минусовать, но и никогда не мог и не смогу, пока не напишу хотя бы одну статью
              2. По переходу на личности: очень жаль, что вы не понимаете, что те, кого вы обвиняете в распиле, точно так же не могут ответить вам, но для вас почему-то такое положение вещей обидно в вашем случае, но не в их
              3. Что касается личных сообщений, то это моё личное дело отвечать или не отвечать на сообщения мне (да, отсутствие ответа многие сочтут невежливым или даже неприемлемо невежливым)
              0
              Ещё добавлю по поводу «мнения»:
              «Очень похоже на хороший распил денег» — вот так оформляют мнение.
              «Очень хороший распил денег» — а это больше похоже на безапелляционное голословное обвинение
            +4
            Облом, ребят, расходимся, ничего не будет. ni-co сказал, что не заработает
            +8
            https://tnenergy.livejournal.com/130364.html

            На этом моменте может сложится картина, что токамаки с сильным полем — это серебряная пуля, позволяющая почти бесплатно на порядок улучшить технические характеристики токамаков, и даже удивительно, что ИТЭР все еще не перепроектирован под ВТСП.

            На самом деле физика вносит тут одну весьма неприятную проблему, которая давно висит дамокловым мечем над токамачным направлением в целом.

            Смотрите — если мы нашли способ при той же мощности резко уменьшить размеры установки, то плотность энергии, падающей на стенки токамака растет как квадрат коэффициента уменьшения размеров к мощности. Первая стенка, дивертор — элементы, которые в ИТЭР работают на грани (и в некоторых моментах — за гранью) инженерных возможностей человечества, в ARC/SPARC должны быть улучшены в 100 раз.


            +
            Ветка комментариев
            https://tnenergy.livejournal.com/130364.html?thread=10196796#t10196796, а точнее 2 верхних от b_my:

            Кажется, это очередное «ищем не там, где потеряли, а под фонарем — там светлее».

            Ничего не могу сказать по плазме, но длина термализации ТЯ-нейтрона, общий поток энергии на стенку и даже, простигоссподя, релаксационная гамма при захвате нейтронов щитом убивают концепцию «как ИТЭР, но маленький».

            В итоге потребуются почти-ИТЭР размерности (исходя из этого вот простого), но уже с сильным полем и вытекающими из него следствиями (например, механическими — сила Ампера, все такое).

            Причем, если с плазмой еще можно надеяться на какой-то особо хитрый финт гузкой — белая зона на карте знаний, темна вода в облацех… то с проблемами теплоотвода на такое надеяться нельзя. То же самое по радзащите.
            У товарищей график заканчивается вверху на 1000 10с пусках — 10000с. А один год — это около 30 000 000, и хорошо бы иметь лет 30 непрерывной работы. То есть, радзащиту нужно улучшить по меньшей мере в 100 000 раз по сравнению с их наилучшим и наибОльшим вариантом (а 2м — не такая уж и мелкая машина уже).

            В общем, смотрится как чистый праздник ради праздника, без оглядки на конечный результат — энергетическую установку.


            и 2-й:

            Дело не только в нейтронах как таковых.
            Почти каждый захват нейтрона это выделение излишка энергии связи, порядка МэВ. Или сразу, или чуть позже при распаде — не суть важно, в любом случае это много гаммы, и довольно жёсткой. Ловить нейтроны FLiBe хорошо, а чем ловить гамму, которая будет переть из это FLiBe?

            Атомщики привыкли иметь дело с «простыми», ТД-устойчивыми материалами, которые можно испортить только дав ядру такой импульс, чтобы оно в решётке сдвинулось, кроме нейтронов и ядер отдачи при распаде их ничего не волнует. Они даже дозы не в греях, а в с.н.а. измеряют. :) Совершенно другой майндсет, ядро не дёрнулось — так и говорить не о чем.
            Не обращали внимания, что у электронщиков иной подход? Для _повреждающих_ доз — греи, рады, а не с.н.а. Это не блажь, а отражение того факта, что электронщики имеют дело с тонкими ТД-метастабильными структурами, с деградацией из-за диффузии, из-за изменения химии в наномасштабах, из-за чуть изменившихся локально электронных уровней. И состояния электронов вокруг всяких вакансий, центров и т.п. влияют на функционал изделия резко и напрямую.
            Кислород из окида кремния запросто мигрирует в кремний без всякого импульса ядру, просто из-за нагрева плазмоном. Фосфор и индий (в меньшей степени) тоже по решётке бегают. Одиночная вакансия становится ловушкой или перестаёт ей быть и т.п. и т.д.

            Я к чему это всё? ВТСП (за исключением MgB2 с оговорками) — это «электронные» материалы, а не привычные атомщикам «конструкционные». Куда более чувствительные к жёсткому излучению, чувствительные к дозам уже порядка мегарад (что для атомщиков вообще смешно). Это не сплавы ниобия, это очень сложные комплексы… плюс тот физический ад, который творится на границах зёрен (и который определяет инженерную плотность тока в плёнке).
            А характерные желательные времена работы ВСТП-катушек в энергоустановке — порядка миллиарда секунд с фигом. И изначальный поток на первую стенку в мегаваттах/м2*с, и выделяемая при захвате нейтронов в жёсткой гамме энергия пусть на порядок-два меньше, но сопоставима.

            Оцените масштабы «небольших технических проблем», которые ожидают инженеров при переходе от «интересной физики» к чему-то полезному.
            И нет, аргумент «там не дураки сидят» в голом виде не принимается.


            + вот тут еще можно повыцеалять глазом реальные и потенциальные проблемы проекта (см. часть про магнитную систему:

            https://tnenergy.livejournal.com/21475.html

            Конец.
              +2
              По-моему сей господин делит шкуру неубитого медведя. Я так понимаю, сейчас задача — просто запустить термоядерную реакцию и её поддерживать. Ежели сей реактор расплавится в первый же день от полученной энергии — уже можно будет нобелевскую лекцию репетировать. А он уже хочет лампочку от него питать.

              Это как ежели бы к братьям Райт пришёл бы человек и начал бы предъявлять — не, ну чо это такое, ни пассажиров из лондона в париж не перевезти, ни бомбу на врага скинуть, и вообще оно того и гляди развалится при посадке.
                0
                аналогия не есть доказетельство, а если относиться к «братьям Райт» как к метафоре то выбирайте правильную: если бы браться Райт пытались поднять в воздух нечто принципаильно немасшатбируемое за пределы демонстрации, например, оседлали бы валун, и сброили бы его с обрыва, выдавая это за путь к своению трансатлантических перелетов, то да, это была бы хорошая метафора происходящего.

                Я даже не буду еще раз показывать пальцем на проблемы именно этой идеи. Я вам более общую вещь напомню:

                Токамаки вообще, сами по себе, ЛЮБЫЕ, не тянут на роль будущего термоядерой энеретики.
                И это, ЧСХ, понимали еще в 70-х самые что ни на есть отцы-основатели УТС, в том числе и отец токамачного направления в Союзе (Арцимович). Их проблематизации как были верны, так и остались. И останутся, они _принципиальные_.

                Пилить токамаки сейчас, когда фортуна повернулась к нам лицом с открытыми ловушками, — расточительство. Расточительство, которое человечество не может себе позволить, если цель таки энергетический УТС получить, а не просто "… так хоть согреться!" (из «не догоню, так согреюсь»). Я за «пусть цветет сто цветов», но у нас не сто цветов цветет. Стоит отдавать себе отчет, какое будущее ждет именно этот проект.
              0
              Все таки эти homo странные существа, им обязательно нужно изобрести летающую тарелку, у них в системе существует природный термоядерный реактор, а они вместо того чтобы режить вопрос транспортировки энергии до потребителей пытаются зажечь термоядерный реактор у себя на планете, тратя и время и ресурсы и все пока безрезультатно…
                +5
                > пытаются зажечь термоядерный реактор у себя на планете,
                что значит пытаются? зажечь-то не проблема. зажгли ж аж Кузькину Мать в 50 Мегатонн — это именно то, что происходит в природном термоядерном реакторе. Так что вот вам бомба — думайте ккак от нее транспортировать.
                  +3
                  НЕТ в истории человечества ДРУГОЙ ТАКОЙ ОТРАСЛИ, которая показывала бы такой быстрый рост параметров, как обрасть магнитного УТС в период с как минимум 70-го года, до тех пор, пока тех крох денег, которые удосуживались платить за УТС, хватало на установки новых классов (а смена установок нужна, нужна для роста параметров). Пареметры росли быстрее, чем по закону Мура! (Интервал удвоения был меньше!).

                  За термояд банально не заплатили. ДО СИХ ПОР.

                  И не сказать, что там ахти какие неподъемные деньги-то требуются.

                  image

                  image

                  Из-за этой нищеты, кстати, в 1986-м году почти полностью убили САМОЕ ПЕРСПЕКТИВНОЕ СЕЙЧАС направление УТС — открытые ловушки (с убийством программы MFTF/MFTF-B в США, в день сдачи основного этапа строительства ловушки! Там дали выбор — «Либо открытая ловушка MFTF/MFTF-B (в Ливерморе) продожаем доделывать, либо токамак Alcator C-mod строим в MIT»). MFTF-B имела ряд параметров, превосходящих ITER, на секундочку, и была на 2/3 минимум готова. Реанимировали направление только в 2014-м году в ИЯФ им. Будкера, показав на ловушке ОТ 1986-го ГОДА(!!!) рождения (модифицированной, конечно) результаты, которые в 80-х были признаны, исходя их простых моделей, как невозможные на открытых ловушках!

                  см «Тихий термоядерный переворот»

                  +

                  «Чистая энергия за копейки»
                  на Хабре же.
                    0
                    мда. на реальный прорывной перспективный проект денег не выделяют, а на полет на луну не пожалели 10% бюджета. при moderate funding уже бы 15 лет жили бы при коммунизме.
                      0
                      Именно!
                      ___________

                      И правда стоило приложить график трат на космические программы к этому, спасибо, что напомнили!:

                      image

                      «This graph shows the amount spent by the United States on piloted
                      spaceflight from 1959 to 2015. It shows the importance of the Apollo
                      program ($100 billion spent over ten years) and of the Space Shuttle ($200
                      billion over 40 years). At right, the Space Station program ($70 billion
                      spent in 30 years) and the Exploration program (nearly $50 billion in 12
                      years). In all, the US spent $486 billion over 57 years, an average of $8.3
                      billion a year. (All figures in 2010 dollars.)»


                      Сравнение с черной линией на предыдущем графике удручает, конечн; зато хорошо отражает приоритеты деньгораспорядителей.

                      :(((((
                      0
                      JT-60SA закончили вот прям щаз.
                      www.jt60sa.org/b/index_news113.htm?news113/news113.php
                      Когда уже можно прибегать с Теслами для зарядки?
                        +1
                        ну, график же у вас перед глазами, на нем до «прибегать до зарядки» одного порядка минимум у JT-60U не хватает. Берете данные по JT-60SA, и смотрите, сколько не хватает ему.

                        А так, вся эта возня с токамаками — путь в тупик.

                        Открытые ловушки — будущее энергетического УТС.

                        (Ну, если мы не сделаем что-то радикально другое — типа, не знаю, «УТС на микросхемах», ну, по аналогии с «ускорителями на чипах» и тому подобных фокусов).
                      0

                      Задача передачи электроэнергии с орбиты Земли никак не проще УТС. А солнечная энергия на поверхности — это блажь. Зарядить Теслу зажиточного калифорнийца она то может, а запитать аллюминиевый завод на севере России или Китая — никак ибо нерегулируема по своей природе. Да и удельная мощность (до 1 кВт/м2 светового потока) удручает.

                      –2
                      :) ошибки понимания эволюции материи приводят, с одной стороны, к существенным затратам при движении в неверном «термоядерном» направлении (ITER, SPARC и т.д.), а с другой стороны, тормозят эволюционное развитие гиператомной энергетики…
                        0

                        GPT-3, ты?

                        +1

                        Команда физиков, работающих в CFS/MIT над SPARC, конечно выдающаяся. И с физической точки зрения, думаю, они сделают работающий токамак. Но вот с инженерно-бюрократической точки зрения есть много вопросов. Как мне кажется, одно рассмотрение вопросов радиационной безопасности у машины, теоретически претендующей примерно на 10% ИТЭРовского тритиевого инвентаря и 1% нейтронной активации займет 3-4 года, а не строительство. Подход, в прочем, как я понимаю, будет стадийным — сначала сделают физическую D-D машину, а потом попытаются ее проапгрейдить в ядерную установку (так было в случае TFTR), но к электростанции это нас не приблизит, а может даже наоборот.


                        В любом случае очень, будет очень хорошо, если SPARC построят.

                          0
                          Как там ITER поживает? Есть шанс, что вовремя начнет греть Землю или опять сроки перенесут?
                            0

                            Шансы всегда есть. У меня нет точного графика, но по ощущением, как только началась сборка, так промышленность, до этого с высока поглядывающая на отстающих строителей, внезапно сама оказалась источником отставания — несколько элементов, лежащих на критическом пути графика сборки уже отстают в поставке на несколько месяцев (пока). Плюс ошибки с планированием самой сборки и ошибки конструктивные, плюс пуско-наладка, в общем я думаю будет еще перенос, но уже может и не такой существенный, 1-2 года.

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое