|  | 15 октября 2014 | Энергетика

Dynomak - новый реактор ядерного синтеза, созданный учеными из Вашингтонского университета

Реактор Dynomak


Реакции ядерного и термоядерного синтеза являются видами ядерных реакций, в ходе которых выделяется огромное количество энергии. Обычно в качестве ядерного топлива реакторов синтеза используется водород, два ядра которого сливаются в одно ядро гелия, выделяя при этом достаточно большое количество энергии. И в качестве примера, демонстрирующего понятие этого "достаточно большого количества", можно привести, что в водороде, содержащемся в одном стакане воды, заключена энергия, которая может быть получена при сжигании полумиллиона баррелей (159 литров) нефти. Реакторы ядерного синтеза более безопасны, нежели реакторы, работающие на расщеплении ядер тяжелых элементов, эти реакторы не могут расплавиться, взорваться, выбросив в окружающую среду массу радиоактивных веществ, и при их работе не образуется высокорадиоактивных токсичных отходов.

Понимая все преимущества реакторов ядерного синтеза, и принимая во внимание, что запасов водорода на нашей планете хватит на удовлетворение энергетических потребностей человечества на все обозримое и прогнозируемое будущее, множество групп ученых ведут разработки таких реакторов. К одной из таких групп относится группа из Вашингтонского университета, которая уже создала и начала эксперименты с прототипом реактора ядерного синтеза, который в перспективе имеет возможность вырабатывать электрическую энергию по стоимости, существенно ниже стоимости энергии, вырабатываемой тепловыми электростанциями, работающими на ископаемом топливе.

Напомним нашим читателям, что первый прототип реактора ядерного синтеза был построен более 50 лет назад и представлен на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1964 году. Согласно прогнозам ученых должно было пройти еще минимум 25 лет, прежде чем такие реакторы станут обыденной вещью. Но время шло, а реакторы ядерного синтеза так продолжали быть исключительно лабораторными установками и оставаться по прогнозам на 25-летней дистанции.

Основной неразрешимой задачей, с которой сталкиваются ученые и по сегодняшний день, является то, что для инициирования и поддержания реакции термоядерного синтеза требует воспроизвести условия, столь высокие температуры и давления, которые присутствуют в ядре естественного реактора - Солнца. Но решение этой проблемы кое-как сдвинулось с мертвой точки в последние годы, оставив ученых ломать копья о другой камень преткновения - о проблему положительного энергетического баланса. Эта проблема заключается в том, что количество энергии, выделяющейся в реакторе ядерного синтеза, должно значительно превышать количество энергии затраченной на инициацию и на самоподдержку ядерных реакций. Ведь только при таких условиях термоядерный синтез можно рассматривать как жизнеспособный с экономической точки зрения источник энергии.

Реактор Dynomak #2


Главным претендентом на победу в области ядерного синтеза является реактор ITER, который строится на юге Франции в рамках международного проекта, в котором принимают участие Соединенные Штаты, Европейский Союз, Индия, Япония, Южная Корея, Китай и Россия. Реактор ITER имеет конструкцию Токамака, гигантского тора, окруженного не менее гигантскими сверхпроводящими электрическими магнитами. Сила магнитного поля сжимает водород до столь высокой температуры и давления, что ядра водорода начинают сливаться, выделяя при этом большое количество энергии. Реактор ITER является вместилищем всех самых современных технологий и достижений в области ядерного синтеза, но сумма, затрачиваемая на его строительство, выглядит не очень привлекательно в пересчете на киловатты энергии, которую будет когда-то вырабатывать этот реактор.

У ученых из Вашингтонского университета, работающих в области ядерного синтеза, имеется свой туз в рукаве. Этим тузом являются исследования группы профессора Томаса Джарбо (Thomas Jarboe) 2012 года, которой удалось разработать и создать опытный образец реактора ядерного синтеза совершенно нового типа, получившего наименование Dynomak. Такие реакторы более просты по конструкции, нежели реакторы токамак, а сооружение полномасштабного варианта реактора Dynomak обойдется в десятую часть от той суммы, которая уже вложена в строительство реактора ITER.

Основой конструкции реактора Dynomak является технология системы криогенной накачки, разработанная учеными для использования в реакторе ITER. С технической точки зрения реактор Dynomak является сферомаком, реактором, камера которого имеет не форму тора, а более простого геометрического тела - сферы. Такая форма не требует использования больших обмоток электромагнитов сложной формы, вместо этого необходимые магнитные поля формируются за счет прикладывания к центру плазменного сгустка сильных электрических полей, источниками которых являются ленты из высокотемпературных сверхпроводников, обернутые вокруг камеры реактора. Получается, что благодаря использованию такого необычного решения, плазма удерживает сама себя.

Согласно задумке ученых, после того, как плазма будет разогрета до высокой температуры и в ней начнут идти самоподдерживающиеся реакции термоядерного синтеза, излишки энергии будут сниматься при помощи расплавленных солей, циркулирующих по охладительной рубашке, окружающей активную зону реактора. Тепло, перенесенное расплавленными солями, вскипятит воду, а полученный пар будет использоваться для вращения традиционной паровой турбины, связанной с электрическим генератором.

Имеющийся в распоряжении вашингтонских ученых опытный образец реактора Dynomak имеет размер, составляющий всего десятую часть от будущего полноразмерного реактора. Конструкция этого реактора уже позволяет удержать плазму в магнитной ловушке, а в скором времени ученые собираются поднять температуру нагрева плазмы до такого значения, которое позволит увеличить количество выделяющейся энергии и перейти на сторону положительного энергетического баланса. И лишь только после прохождения всех вышеуказанных этапов будет ясно, сколько средств и времени потребуется на разработку конструкции и сооружение первого полногабаритного реактора типа Dynomak.




Ключевые слова:
Ядерный, Синтез, Водород, Гелий, Энергия, Температура, Давление, Реактор, ITER, Токамак, Магнит, Поле, Dynomak

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Компания Lockheed Martin представляет свой вариант компактного реактора яде ...
  • Возобновлена программа исследований в области термоядерного синтеза Alcator ...
  • Компания Lockheed Martin обещает сделать доступной энергию ядерного синтеза ...
  • Заглянем внутрь самого большого реактора термоядерного синтеза.
  • Россия при участии Италии собирается строить новый термоядерный реактор.




  • 15 октября 2014 07:38
    #1 Написал: zlat

    Публикаций: 0
    Комментариев: 481
    А вот почему термоядерные реакторы безуспешно пытаются делать именно из дейтерия, в то время как термоядерные бомбы успешно изготавливают из Дейтерид лития-6 ?

    ой, даже не из дейтерия, а из водорода
        
    15 октября 2014 08:48
    #2 Написал: vpreunov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Потому, что литий - недешёвый и не имеющий больших минеральных запасов элемент; развивать на нём энергетику невозможно, к тому же опять появляется проблема радиоактивных отходов.
    В статье как-то предвзято излагается 60-летняя история этой проблемы. Никаких прототипов термоядерного реактора и лабораторных реакторов никогда не было создано, только опытные установки разного масштаба, где пытались доказать возможность создания устойчивой плазмы и реакции в ней. ITER - это тоже такая опытная установка типа Токамак громадных размеров, где попытаются доказать возможность получения энергии от синтеза больше, чем затрачено, сразу в промышленных масштабах.
    И описанный в статье Dynomark - то же самое, только форма другая; очередная опытная установка.
        
    15 октября 2014 09:59
    #3 Написал: zlat

    Публикаций: 0
    Комментариев: 481
    Потому, что литий - недешёвый и не имеющий больших минеральных запасов элемент; развивать на нём энергетику невозможно

    Однако поисковик мне выдал, что:
    содержание лития в земной коре почти в 200 раз больше, чем урана
    , на котором работают ядерные реакторы
    про достоверность информации не могу утверждать
        
    15 октября 2014 15:20
    #4 Написал: CoJIb

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1155
    Пока нефть и газ есть, не ждите всякие новинки энергетики которые позволят всем жить в шоколаде am
        
    16 октября 2014 05:44
    #5 Написал: zlat

    Публикаций: 0
    Комментариев: 481
    Пока нефть и газ есть, не ждите всякие новинки энергетики которые позволят всем жить в шоколаде am

    В планах Европы в 2030 году планируется на 50% перейти на электромобили, а к 2050 полный запрет на бензиновые и дизельные двигатели. Между тем Китай и США тоже уже постепенно переходят на электромобили. И похоже что на нефти и газе скоро будут ездить только в развивающихся странах, в т.ч. России
        
    16 октября 2014 10:33
    #6 Написал: CoJIb

    Публикаций: 0
    Комментариев: 1155
    zlat,
    электричество один фиг от нефти и газа am
        
    16 октября 2014 11:36
    #7 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 506
    CoJIb, могли бы сперва в гугле поинтересоваться.. Нефть+газ сейчас в мире дают около 25% всей произведенной электроэнергии, так что не стоит переоценивать их роль. И врядли эта доля будет расти в будущем, главный источник - уголь, и практически все страны стремятся замещать его чем-то более возобновляемым и экологичным, нежели нефтянка.
    А сказки про то, что нефтяники всего мира сговорились и дружно душат все остальные источники энергии, рассчитаны в основном на лопоухих любителей конспирологии.
        
    16 октября 2014 12:08
    #8 Написал: 3JI0

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    А фраза
    сжигании полумиллиона баррелей (115.6 литров) нефти

    ни кого неинасторожила?
    Вообще 1 барель (бочка) нефти это 158 литров и если сжеть полмилиона барелей (79000000 литров) нефти, выдилиттся несколько больше энергии чем от водорода, который содержится в стакане воды или даже от стакана жидкого водорода... Автор стать что то херню написал...
        
    16 октября 2014 12:37
    #9 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3873
    Цитата: 3JI0
    ни кого неинасторожила?

    Нет, при помощи знаний элементарной физики и химии, + калькулятор в руках, все проверяется и все почти совпадает


    --------------------
        
    16 октября 2014 15:19
    #10 Написал: Zerger

    Публикаций: 0
    Комментариев: 776
    вывод какой?: в России будут палить нефтепродукты получая электроэнергию и продавая её в Европу, а в Европе буду разъезжать на электромобильчиках. А если серьёзно, то надеюсь прорыв будет (но не взрыв), если от атомной электростанции остаётся огромная заражённая площадь сроком на 120 лет, то от термоядерной станции на такой же площади НИЧЕГО не остаётся на всегда =)

    П.с. это всё глупости (я про свой комент)


    --------------------
        
    16 октября 2014 20:02
    #11 Написал: 3JI0

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    FomaNeverujuwij,
    Привиди мне расчет, по которому в бареле будет 115.6 литра
        
    16 октября 2014 20:30
    #12 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3873
    3JI0, да в расчетах литры не участвуют совершенно.
    Одна реакция синтеза H(2) + H(3) = He + n + 17.8 МэВ.
    17.8 МэВ = 0.000000000002852 Дж = 4.66e-22 ВОЕ
    ВОЕ - Barrel Of Oil Equivalent - количество энергии, выделяющейся при сжигании барреля нефти
    Далее, зная число Авогадро для воды, при помощи калькулятор находим количество атомов водорода в стакане воды (условно 250 грамм), делим это на два (так как в одной реакции участвуют два атома водорода, и множим результат на 4.66e-22. Получаем количество баррелей нефти, сжигание которой даст столько же энергии, как и реакции ядерного синтеза водорода, содержащегося в стакане воды.


    --------------------
        
    18 октября 2014 01:33
    #13 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 506
    FomaNeverujuwij, В обычной воде очень мало дейтерия и еще меньше трития. Не знаю сколько, лень искать, но очевидно, что итоговый результат будет на много порядков меньше, если учесть, что в реакции принимают участие только эти изотопы.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.