|

В США частной компанией будет построен прототип термоядерного реактора


Экспериментальная установка Tri Alpha Energy
Экспериментальная установка Tri Alpha Energy. Окрашенная в красный цвет деталь — один из электромагнитов, удерживающих плазму.

Компания Tri Alpha Energy — крупнейший в мире негосударственный проект по созданию реактора термоядерного синтеза. Компания базируется в США, её основные инвесторы — банк «Голдман Сакс груп» (The Goldman Sachs Group, Inc.) и крупные венчурные капиталисты, среди которых и российское АО «Роснано». Успешная работа экспериментальной установки, удерживавшей плазму в течение 11,5 мс, продемонстрировала перспективность направления развития, выбранного учёными, работающими над проектом, — модели обращённой магнитной конфигурации. Она предполагает удержание плазмы не магнитным полем тороидальной геометрии (как в токамаке), а магнитным полем с линейной цилиндрической схемой. Новые инвестиции, о которых стало известно в мае 2016 года, позволили компании перейти к следующему этапу проекта — постройке прототипа термоядерного реактора, который, как предполагается, начнёт работу в 2020-х годах.

Tri Alpha Energy получила от Goldman Sachs и Пола Аллена 500 млн долларов. Много это или мало? Директор самого известного и масштабного проекта в области термоядерной энергетики — Международного термоядерного экспериментального реактора заявил в апреле, что реактор не заработает ранее 2025 года, а производство энергии начнётся не ранее, чем в 2035 году. Для этого потребуется дополнительное финансирование в размере 5 млрд долларов сверх уже вложенных 17 млрд.

Ненаучная не новость


Рисунок 1. Принципиальная  схема установки.
Рисунок 1. Принципиальная схема установки. Источник.

Две недели назад интернет взбудоражило сообщение Lockheed Martin о некоем прорыве в области удержания горячей плазмы, который позволит через 5 лет построить опытный образец термоядерного реактора, а через десять — поставлять промышленные реакторы размером с прицеп грузовика-тягача и мощностью до 100 МВт. Новости об этом сообщении тут же обросли комментариями в духе: «Ну теперь-то конец нефти!». Однако у людей, более-менее разбирающихся в проблеме, сразу возникло множество вопросов.

Поэтому стоит разобрать сообщение от Lockheed Martin подробнее, чтобы стало понятно, почему данная новость не является научной и, по сути, не является новостью. Всего в свободном доступе оказалось следующее: пресс-релиз компании, в котором существенным был лишь видеоролик-презентация, и расширенная новость издания Aviation Week, авторам которого, по их собственным словам, была предоставлена эксклюзивная возможность ознакомиться с лабораторией и оборудованием. (далее…)

Термоядерный реактор по цене традиционной ТЭС


Установка Установка HIT-SI3
Установка HIT-SI3 примерно в 10 раз меньше проекта промышленного диномака.

В Вашингтонском университете разработан проект установки термоядерного синтеза, которая, согласно проведённым оценкам, окажется дешевле ТЭС, работающей на угле. Прототип установки демонстрируется на этой неделе на XXV Международной конференции по энергии термоядерного синтеза, проходящей в Санкт-Петербурге.

Основной проблемой использования термоядерного синтеза для получения энергии в коммерческих целях является дороговизна реактора. С учётом затрат на постройку стоимость получаемой энергии оказывается неконкурентоспособной по сравнению со стоимостью энергии, вырабатываемой традиционными источниками — тепловыми электростанциями, сжигающими уголь или природный газ.

Существующий проект термоядерного реактора ИТЭР на момент разработки оценивался в 5 млрд евро и должен был быть построен в 2016 году, однако сроки постоянно сдвигались, а стоимость росла. Возможно, за его сооружение взялись слишком рано: разрабатываемые в настоящее время реакторы обещают быть более успешными.

Один из таких проектов команда физиков из Вашингтонского университета продемонстрирует 17 октября в Санкт-Петербурге. Созданный американскими учёными прототип, будучи масштабированным до размеров полноценной электростанции мощностью 1 ГВт, обойдётся в 2,7 млрд долларов, в то время как работающая на угле ТЭС с такой же выработкой энергии стоит 2,8 млрд. Для сравнения сотрудники университета также приводят параметры проекта ИТЭР: мощность 0,2 МВт при стоимости 25—30 млрд долларов.
(далее…)

Высокотемпературный сверхпроводник позволяет получить электрический ток огромной силы


Сверхпроводник.
Высокотехнологичный проводник. На схеме: жидкий гелий; низкотемпературная сверхпроводящая магнитная катушка генератора; опытный высокотемпературный сверхпроводник электрического тока большой силы.

National Institute for Fusion Science (NIFS), один из пяти институтов, входящих в японскую научно-исследовательскую корпорацию National Institutes of Natural Sciences (NINS), получил электрический ток силой 100 000 ампер, что является на сегодняшний день рекордным показателем. Такой результат получен в  новом высокотехнологичном устройстве, в котором ленты высокотемпературного иттриевого сверхпроводника используются для создания проводника электрического тока большой силы для электромагнита.

NIFS создает высокотемпературную сверхпроводящую катушку для электромагнитов, необходимых для строительства термоядерных реакторов. Новый подход позволил изготовить высокотемпературные сверхпроводящие ленты из материала на основе иттрия, из которых можно собирать проводники, обладающие большой прочностью. Метод соединения таких лент был разработан NIFS совместно со специалистами из университета Тохоку. Эта технология критически важна в термоядерной энергетике, где большие и мощные электромагниты служат для нагрева и удержания плазмы.

Опытный образец проводника при температуре -253 градуса Цельсия позволил получить силу тока, превышающую 100 000 ампер, плотность тока составила 40 A/мм2.

В Германии построен крупнейший в мире термоядерный стелларатор


Wendelstein7-X
Звёзды шарообразны, но Wendelstein 7-X, как и все остальные реакторы термоядерного синтеза, тороидален («сферический» американский токамак NSTX, на самом деле, тоже тор, но с очень узким отверстием). Требование такой формы является следствием необходимости удерживать плазму при помощи магнитного поля и может быть объяснено теоремой о причёсывании сферического ежа (представьте, что векторы магнитного поля — это иголки). Тороидальная форма реактора позволяет получить своего рода замкнутую магнитную поверхность.

В Германии, в городе Грайфсвальд, начал работу экспериментальный термоядерный реактор-стелларатор Wendelstein 7-X. Строительство объекта велось под руководством специалистов Института физики плазмы Общества им. Макса Планка с 2005 года и обошлось более чем в миллиард евро (финансирование проекта проводилось на 33% Европейским союзом, Германией — на 60% и землёй Мекленбург-Передняя Померания — на 7%, также 7,5 млн долларов в проект вложили США). Эксперименты на стеллараторе планируют проводить уже в следующем году. Основной их задачей станет проверка эффективности подобной конфигурации реакторов для управления термоядерным синтезом. В перспективе это может привести к строительству термоядерной электростанции и продуктивному использованию энергии, аналогичной энергии звёзд.

Стелларатор (от латинского stella — звезда) — тип реактора для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Изобретён Л. Спитцером в 1951 г. Это замкнутая магнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы. Принципиальное отличие стелларатора от разработанного в СССР токамака заключается в том, что магнитное поле для удержания плазмы полностью создаётся внешними катушками, что, помимо прочего, позволяет использовать его в непрерывном режиме. Его силовые линии подвергаются т. н. вращательному преобразованию, в результате которого эти линии многократно обходят вдоль тора и образуют систему замкнутых вложенных друг в друга тороидальных магнитных поверхностей. Вращательное преобразование силовых линий может быть осуществлено как путём геометрической деформации тороидального соленоида (например, скручиванием его в «восьмёрку»), так и с помощью винтовых проводников, навитых на тор. Для создания такой конфигурации магнитного поля необходимо использовать катушки сложной формы, производство которых было вполне освоено далеко не сразу. Вследствие этого первые модели стеллараторов давали плазму с худшими параметрами, чем токамаки.

Реактор Wendelstein 7-X состоит из 70 сверхпроводящих катушек общим весом более 725 тонн. Катушки способны создавать магнитное поле, удерживающее плазму с температурой до ста миллионов градусов в течение, примерно, 30 минут. (далее…)