Как стать автором
Обновить

Комментарии 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.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
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
Никак.
Если бы, реактор Росси работало бы, ничего о нем, мы бы, не услышали
image
«Вот взять бы и уе...подарить» ©
Как это не слышно, а Курчатовский, а ВНИИЯХ или как оно правильно.
Ребята говорят про кипятильник Андреа Росси.
От оно что(
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.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
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.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
Основная цель — долгое удержание термоядерной реакции без повреждения стенок установки.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
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!
Ааа, прощай сон, здравствуй MOO2.
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.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий

Публикации

Истории