Управляемый термоядерный синтез

[pkl]

Сейчас уже ссылку найти не могу, но для инерционного удержания Q нужно минимум 50. Грубо говоря, КПД лазеров можно дотянуть процентов до 10, но КПД преобразования выделившейся энергии максимум 30%, основная энергия уносится нейтронами и тут только нагрев воды.

С учётом того, что урана в мире завались, да и БН-1200 можно построить на МОКСе - никакого смысла в термояде нет. Разве что отработка технологий и уточнение констант для расчетов моделей ЯО.

Я эту тему завёл здесь, на этом форуме, не просто так, а с прицелом рассмотреть обсуждаемые технологии применительно к космонавтике. Лично я считаю, что без ядерной энергии в космосе делать нечего. Но, если мы говорим о долгосрочной перспективе /колонизация, терраформинг, межзвёздные перелёты и т.п./, то у ядерной энергетики на расщеплении ядер перспектив особых нет. По очень простой причине - там, наверху, делящиеся материалы в дефиците. С реакторами мы, конечно, улетим подальше, чем на химии, но тоже не слишком далеко.

[dmitryskey]

https://math.ru/lib/book/djvu/bib-kvant-15/Kv37-85_Shturm_Termoyadernoy_Kreposti_G.S.Voronov.djvu

Но допустим, все проблемы с лазером, мишенью, сжатием и поджигом реакции удалось решить. Как будет выглядеть и как будет работать лазерный термоядерный реактор?

Самая главная отличительная черта реактора, работающегo на инерционном удержании,␟ это импульсный режим работы. Из предыдущего изложения мы выяснили, что энергия лазерного импульса, необходимая для поджига реакции, получается около одного миллиона джоулей. С учетом к.п.д. лазера, а также системы преобразования тепловой энергии в электрическую, чтобы реактор мог работать с положительным выходом, коэффициент усиления по энергии должен быть около 1000. Значит, после каждого выстрела лазера в мишени будет выделяться 1000 МДж энергии. Это довольно солидный взрыв. При взрыве 1 Kr тротила выделяется 4 МДж энергии, стало быть, тротиловый эквивалент этого термоядерного взрыва будет 250 Kr. Это хорошая фугаска! И вот такая фугаска должна взрываться в камере реактора каждую секунду, а то и чаще.

Но в первую очередь, конечно, нужно подумать, как сделать камеру так, чтобы она выдерживала взрыв такой фугаски. По-видимому, это должен быть стальной шар довольно большого объема. Воздух из шара должен быть выкачан. Мишень со всеми своими оболочками имеет массу около 0,01 г Так что при взрыве выделяется много энергии, но она вложена в довольно мизерное количество вещества. Стенки реактора ДОЛЖНЫ быть достаточно прочными, чтобы выдержать бомбардировку а-частицами, нейтронами и обломками мишеней.

Схема одного из таких реакторов показана на рис. 9.6. Мишень сбрасывается в камеру реактора сверху и свободно падает вниз. В момент пролета через центр камеры она расстреливается лазерными пучками. Выделившаяся энергия воспринимается первой стенкой, переходит в тело , которое через теплообменник передается в паровой котел, а затем преобразуется в электроэнергию, как на обычной электростанции.

Этот вариант реактора рассчитан на несколько более мягкий режим, чем тот, с которого мы начали. Здесь предполагается, ЧТО в мишени будет выделяться только 100 МДж энергии (тротиловый эквивалент 25 Kr), но зато это будет происходить 10 раз в секунду. Можно, наверное, и так. Если удастся создать соответствующий лазер.

В общем - никакого компактного дизайна a-la корабль "Алексей Леонов" даже не просматривается. Проще уж тогда газофазный реактор сразу сделать

[Dulevo]

Газофазный ядерный реактор полуофициально признан невозможным.
Насколько мне известно уже никто им не занимается даже теоретически.

Для термоядерного космолета - имеются несколько вариантов - без лазеров.

[vlad7308]

теперь можно начинать думать о том, как всё это приспособить к электростанции.

Пока представляется, что никак.

[Зомби. Просто Зомби]

Я эту тему завёл здесь, на этом форуме, не просто так, а с прицелом рассмотреть обсуждаемые технологии применительно к космонавтике. Лично я считаю, что без ядерной энергии в космосе делать нечего. Но, если мы говорим о долгосрочной перспективе /колонизация, терраформинг, межзвёздные перелёты и т.п./, то у ядерной энергетики на расщеплении ядер перспектив особых нет. По очень простой причине - там, наверху, делящиеся материалы в дефиците. С реакторами мы, конечно, улетим подальше, чем на химии, но тоже не слишком далеко.

А что насчет этого:

Звездолет Аннигиляционный Релятивистский Ядерный (ЗАРЯ)

Университет Пенсильвании разработал два проекта "дальнобойных" космических кораблей, в которых аннигиляция используется совместно с классическими ядерной и термоядерной реакциями. Такой гибрид, оказалось, сулит массу выгод. Например, выяснилось, что добавление небольшого количества антивещества в зону реакции расщепления позволяет намного полнее использовать потенциал традиционного ядерного (расщепляющегося) топлива.
В общих чертах: всевозможные цепочки превращений адронов, мюонов и пионов протекают тут несколько иначе, повышая КПД процесса.
Первый тип двигателя, который использует этот эффект называется Antiproton catalyzed microfission (ACMF), то есть микрореакция расщепления катализируемая антипротонами.

Его удельный импульс — 13,5 тысяч секунд.
...
Второй вариант гибридного звёздного привода называется Antiproton Initiated Microfission/fusion (AIM), то есть — это инициированные антипротонами реакции деления и синтеза. Он очень похож на предшествующий, но здесь уже в зоне реакции идёт и расщепление, и синтез (главное горючее — дейтерий плюс тритий, либо дейтерий плюс Гелий-3).
Удельный импульс AIM — 61 тысяча секунд.
На основе этого двигателя разработан эскизный проект беспилотного и сравнительно лёгкого (примерно 30-40 тонн) корабля AIMStar, который мог бы улететь на 10 тысяч астрономических единиц от Солнца и значительно приблизиться к облаку Оорта (хотя оно простирается гораздо дальше) всего за 50 лет, из которых пять лет займёт разгон.
Максимальная скорость корабля составит 0,003 от скорости света или 900 километров в секунду.
У ракеты на химических ЖРД (реально достижимая скорость 15-25 километров в секунду) на такой полёт ушло бы примерно 2-2,5 тысячи лет.
Для полёта к границам межзвёздного пространства зонду AIMStar потребуется от 30 до 130 микрограммов антивещества.

[Зомби. Просто Зомби]

Только хорошо бы заменить "хранение" антивещества на его непосредственное производство в виде какого-нибудь "инициирующего пучка анти-протонов/электронов/нейтронов", или, даже, наконец, самих мю-мезонов 

[vlad7308]

Только хорошо бы заменить "хранение" антивещества на его непосредственное производство в виде какого-нибудь "инициирующего пучка анти-протонов/электронов/нейтронов", или, даже, наконец, самих мю-мезонов

"чтобы купить что-нибудь ненужное, надо сначала продать что-нибудь ненужное, а у нас денег нету!" (С) шоб произвести антивещество, нужна энергия, а если бы она у нас была, то нафига нам было бы нужно антивещество?

[Зомби. Просто Зомби]

нужна энергия, а если бы она у нас была, то нафига нам было бы нужно антивещество?

1. Вот я давно думаю, а на производство антивещества уходит именно столько энергии, сколько потом выделяется при аннигиляции или есть какой-то обходной путь?
2. В случае использования аннигиляции как инициатора процесса основное энерговыделение (как я понимаю) идет от (термо)ядерной реакции. Так сказать, пуля летит не за счет подрыва капсюля, а за счет горения порохового заряда.

[opinion]

1 кг тротилового эквивалента = 1000 ккал или 4.184 мегаджоулей, разбор завалов не закончен...

Это же все излучение. Не взрывная волна.

Ну мб перегрели чего.

ну да, так и написано по ссылке

Два осведомленных источника сообщили, что выход энергии превысил ожидаемый, повредив часть диагностического оборудования и затруднив анализ.

еще раз напомню, что НИФ имеет весьма слабое (почти никакое) отношение к термоядерной энергетике.
Как конкретный девайс, так и концепция обжатия мишени лазером в целом.

Обжатие мишени лазером - вульгарная интерпретация процесса. Концепция, на самом деле, называется "инерциальное удержание". То есть, мишень просто не успевает разлететься.

Лазеры нагревают поверхность мишени, и именно это приводит к тому, что внутренняя часть мишени сжимается. Нужно за минимальное время (пока действует "инерциальное удержание") как можно сильнее сжать ядро мишени, и передать ему как можно больше энергии (что непросто, так как нагретые внешние слои экранируют излучение лазера).

[vlad7308]

Да, все верно, я это понимаю.
Я просто употребил неверный термин, следовало сказать, конечно, "лазерное инерциальное удержание". Просто тема не очень моя, правильные термины сами на язык не просятся.

[vlad7308]

1. Вот я давно думаю, а на производство антивещества уходит именно столько энергии, сколько потом выделяется при аннигиляции или есть какой-то обходной путь?

Нуууу, не знаю. Закон сохранения же.
Мне неизвестны "дешевые" способы получения а\в не говоря уже про его хранение

. В случае использования аннигиляции как инициатора процесса основное энерговыделение (как я понимаю) идет от (термо)ядерной реакции. Так сказать, пуля летит не за счет подрыва капсюля, а за счет горения порохового заряда.

Это да. Но в идеале тогда хорошо бы научиться обходиться без капсюля, особенно в виде антивещества. Не знаю, в общем.

[Зомби. Просто Зомби]

Нуууу, не знаю. Закон сохранения же.

Тот же спровоцированный извне ядерный распад.
Типа, в одном случае вылетает нейтрон + электрон, в другом - антипротон.
Но это я гадаю, конечно.
Но вот антипротоны вроде как получают бомбардируя металлическую мишень протонами

Получают антипротоны бомбардировкой ядрами обычного водорода - протонами - мишеней из меди или иридия, можно и вольфрама.

Точно ли при этом надо вложить эквивалент энергии аннигиляции?

в идеале тогда хорошо бы научиться обходиться без капсюля

В идеале хорошо, но там, с участием антивещества, вообще какой-то сдвиг в схемах реакций распада-синтеза, так что может быть и больше энергии идет на выход, чем без оного.

[vlad7308]

Точно ли при этом надо вложить эквивалент энергии аннигиляции?

НЯП значительно больше этого эквивалента.
Опять же НЯП, там очень маленькое сечение захвата.
Честно говоря, я в этом почти ничего не понимаю. Какие то жалкие ошмётки из курса ЯФ остались в голове, преподавали нам ее отвратительно.
Жаль, Chilik давно не наведывался сюда.

[Настрел]

Если верить квантовой физике, то антивещество крафтится из вакуума путем разделения постоянно рекомбинирующих виртуальных пар. Надо только успевать их разделять. 

[nonconvex]

особенно смешно слышать про "нераспространение" о стране, чьё ЯО находится в пяти странах.

Ну перестаньте же. Договор о нераспространении яо совсем не о том. Что вам наверняка известно.

Изначальная цель НИФ, заявленная еще при начале финансирования - это научные эксперименты, в целях в основном совершенствования ЯО. Суть же обсуждаемого события - в том, что установка наконец-то начинает работать примерно так, как это было запланировано. Не прошло и десяти лет, хех..

Хорошая мат. модель совершенствует ЯО лучше чем десяток испытаний.

Матмодель, результаты которой не подтверждены экспериментом - это не более чем интеллектуальные упражнения с заходом на деньги налогоплательщиков.

Хорошая матмодель есть у Бога. У всех остальных - с той или иной степенью аппроксимации.

[pkl]

А что насчет этого:

Звездолет Аннигиляционный Релятивистский Ядерный (ЗАРЯ)

Университет Пенсильвании разработал два проекта "дальнобойных" космических кораблей, в которых аннигиляция используется совместно с классическими ядерной и термоядерной реакциями...

...Его удельный импульс — 13,5 тысяч секунд.
...Второй вариант гибридного звёздного привода называется Antiproton Initiated Microfission/fusion (AIM), то есть — это инициированные антипротонами реакции деления и синтеза. Он очень похож на предшествующий, но здесь уже в зоне реакции идёт и расщепление, и синтез (главное горючее — дейтерий плюс тритий, либо дейтерий плюс Гелий-3).
Удельный импульс AIM — 61 тысяча секунд...

Никак. Уже понятно, что у всех термоядерных установок будет большая масса. У систем с магнитным удержанием - масса катушек + их защита от плазмы, у лазерных - масса лазеров, у каких-нибудь  Z-машин - конденсаторов. Соответственно, получается двигатель малой тяги, подобный СПД. Но ведь энергию можно передавать микроволнами или лазером! На это я надеюсь. Мои надежды на УТС связаны со стационарными энергетическими объектами в колониях, базах и т.п.

[pkl]

теперь можно начинать думать о том, как всё это приспособить к электростанции.

Пока представляется, что никак.

Подумайте ещё.

[Зомби. Просто Зомби]

Никак. Уже понятно, что у всех термоядерных установок будет большая масса. У систем с магнитным удержанием - масса катушек + их защита от плазмы, у лазерных - масса лазеров, у каких-нибудь  Z-машин - конденсаторов.

... ну... пока еще не факт.
Может быть можно придумать более или менее компактную систему зажигания.
Водородная бомба, в конце концов, не такая уж большая.

Соответственно, получается двигатель малой тяги, подобный СПД.

Ну, это, как говориться, к бабке не ходи 

Но ведь энергию можно передавать микроволнами или лазером! На это я надеюсь.

Оооо, нет! "На это я пойтить не могу!" (С)

1. Не эстетично экологично. "Вот этим бы лучом да по марсианским поселкам!"
2. Так или иначе ограниченная дальнобойность. То есть, на корабле все равно нужен дизель реактор. Хотя бы для гашения скорости у цели.

3. Гораздо лучше (на мой взгляд) тупая органичность взрыволета.

[pkl]

В общем и целом понятно, что установка, в которую на входе подают 400 МДж энергии, а на выходе в луче - чуть больше 2-х, в энергетике использоваться не может. Потому главный вопрос: как и насколько её можно усовершенствовать? Лазерное излучение там преобразуется два раза: сначала излучение инфракрасного лазера в ультрафиолет, а потом УФ в рентген. Уже в хольрауме. Есть ли возможность избежать этих преобразований? Есть ли возможность обжимать мишень напрямую тем же излучением, что и генерируется? Какие есть пути повышения КПД лазеров? А что если использовать мазеры, КПД которых достигает 70%? Или использовать ускорители частиц? Гм... по итогу энергоустановка может быть совсем непохожей на NIF.

И, конечно, успех лазерщиков должен воодушевить другие коллективы.

[pkl]

Никак. Уже понятно, что у всех термоядерных установок будет большая масса. У систем с магнитным удержанием - масса катушек + их защита от плазмы, у лазерных - масса лазеров, у каких-нибудь  Z-машин - конденсаторов.

... ну... пока еще не факт.
Может быть можно придумать более или менее компактную систему зажигания.
Водородная бомба, в конце концов, не такая уж большая.

Так давайте придумывать, кажется, время подошло.  Хотя как по мне, на Марс можно и на химии летать. Другой вопрос - что мы там будем делать, если у нас энергии нет.