Малогабаритный ядерный реактор от Lockheed Martin может сконфигурировать мир навечно

    Глубоко в конфиденциальных лабораториях Skunk Workds группа ученых Lockheed Martin ишачит над концептом ядерной энергетики, у коего, по них воззрению, существуют потенциал утолить ненасытную жажду энергии в нашем мире. Прибор под заглавием малогабаритный реактор термоядерного синтеза (CFR) обязано быть безопаснее, чище и сильнее, чем современные большие ядерные системы, кои полагаются на деление, процесс расщепления атомов с высвобождением энергии.

    Малогабаритный ядерный реактор от Lockheed Martin может сконфигурировать мир навсегда

    Немаловажно отметить, что «компактность» концепта Lockheed значит, что он будет довольно минимален и практичен для повсеместного внедрения — от межпланетных кораблей и коммерческих судов перед началом оснащения городов энергетическими блоками. Он даже может возродить концепцию большенных авиалайнеров на ядерной энергии, которым почти и не придется заправляться — от данной идеи отказались гораздо 50 годов назад по причине угроз и сложностей, связанных с реакторами ядерного деления.

    Все же мысль термоядерного синтеза, в ходе коего атомы соединяются воединыжды в наиболее размеренные формы и выпутывают энергию, и не нова. Гораздо в 1920 годы, когда существовало высказано предположение, что синтез питает суперзвезды, ученые начали пробовать создать рабочие формы пользования данной энергии. Альтернативные исследовательские университеты, лаборатории и предприятия по всему миру тоже вынашивают идеи термоядерного синтеза, однако ни одна из их и не вынянчила далее экспериментального состояния. В позапрошлом году Lockheed провозгласила об прорыве в сфере термоядерного синтеза, а уж в финале минувшего года — обнародовала детали проекта с целью вербования партнеров, ресурсов и доп исследователей.

    Первым прибор в качестве эксклюзива заполучило издание Aviation Week. Экспериментальная фотомодель Skunk Works под заглавием Revolutionary Technology Programs сотворена Томасом Макгиром, авиационным инженером, в рамках опыта T4. Для комфорта ординарно назовем фотомодель RTP. Присоединенный к датчикам, инжекторам, турбонасосу, создающему внутридомовой вакуум, также большенному массиву батарей, железной контейнер, похоже, обязан предстать первым вероятным этапом в направлении решения головоломки, над которой сражаются физики-ядерщики.

    «Я изучал ее в аспирантуре, в процессе научные исследования NASA, и зажегся мыслью: как только скорее добраться перед началом Марса, — разговаривает Макгир, получивший степень врача наук в Массачусетском технологическом колледже. Прочтение литературы на тематику концепций движков на базе термоядерного синтеза только вызвало разочарование. — Эдак я получился на этот путь, и сначала 2000-х я начал просматривать все идеи, кои были размещены. В большей степени я них покупал и мал-помалу перемалывал, выделяя достоинства и минусы, подменяя одни стороны на альтернативные. Напоследок в Lockheed вышло что-то совсем новое, над чем мы ныне и работаем».

    Дабы осознать прорыв концепции Lockheed, надо аристократию, как только ишачит синтез и как только способы руководства реакцией оказывают влияние на количество произведенной энергии и масштаб реактора. Горючее для синтеза, состоящее из изотопов водорода — дейтерия и трития — в образе газа впрыскивается в вакуумную фотокамеру. Потом добавляется энергия, привычно радиочастотный нагрев, и газ разбивается на ионы и электроны, образуя плазму.

    Сверхгорячая плазма руководствуется мощными магнитными полями, кои и не дозволяют ей же касаться стен сосуда, и ежели конфайнмент («удержание цвета» в физике простых частиц) удачно ограничивается, ионы преодолевают обоюдное отталкивание, сталкиваются и соединяются. В этом процессе образовывается гелий-4, освобождая нейтроны, кои переносят кинетическую энергию сквозь ограничивающие магнитные поля. Эти нейтроны нагревают стены реактора, кои при помощи обыкновенных теплообменников потом приводят в движение турбинные генераторы.

    Малогабаритный ядерный реактор от Lockheed Martin может сконфигурировать мир навсегда

    ИТЭР

    До сего времени большая часть систем термоядерного синтеза приименяли прибор для руководства плазмой под заглавием «токамак», придуманный в 1950-х года физиками Русского Союза. Токамак употребляет магнитное поле для удержания плазмы в форме тора, либо кольца, и поддерживает реакцию индукции тока в самой плазме при помощи второго набора электромагнитов. Неполадка этакого подхода в фолиант, что вырабатывается энергия практически в этаком же количестве, которое нужно для самоподдерживающейся реакции синтеза.

    Улучшенная версия термоядерного реактора, Интернациональный ядерный экспериментальный реактор (ITER, ИТЭР), строится в Кадараше, Франция, и обязана будет производить 500 МВт. Все же плазма и не будет генерироваться перед началом финала 2020-х годов, а уж энергия наработки лишь только ли будет сильной перед началом финала 2040-х годов.

    Неполадка токамаков в фолиант, что «они умеют удержать лишь определенное количество плазмы, и мы называем это же бета-пределом», разговаривает Макгир. Измеряемый как только отношение давления плазмы к давлению магнитного поля, бета-предел среднего токамака достаточно низкорослый, либо порядка «5% либо подле тамошнего от ограничивающего давления». Сравнивая тор с велосипедной шиной, Макгир прибавляет: «Если они очень ее накачают, шина в конечном счете взорвется — потому, в целях соблюдения сохранности, им же нельзя подступать близко к этому пределу». Кроме сего, физика токамака диктует гигантские размеры и высоченную цена. ИТЭР обойдется на глазок в 50 млрд баксов и по окончании будет 30 погонных метров в высоту и весом в 23 000 тонн.

    CFR сумеет обойти эти трудности, подойдя к конфайнменту плазмы важно по-другому. Заместо тамошнего дабы ограничивать плазму снутри трубчатых колец, серия сверхпроводящих катушек будет генерировать геометрически новое магнитное поле, в каком плазма будет удерживаться в наиболее обширных рамках по всей видеокамере.

    «Таким образом, заместо тамошнего дабы расширять велосипедную шину в воздух, у нас будет что-то вроде трубы, которая увеличивает стены, — говорит Макгир. Система будет собственного рода саморегулироваться, используя механизм самоотдачи, чем далее получается плазма, тем самым мощнее магнитное поле будет заталкивать ее назад, дабы удержать. CFR, как только ожидается, будет владеть бета-пределом, равным единому. — Мы желаем дойти перед началом 100% либо больше».

    Это же значимое различие предполагает, что при этаких же объемах CFR будет осуществлять все больше энергии, чем токамак, с коэффициентом 10. Это значит, что при той самой же выходной мощности CFR возможно в 10 раз все меньше. Изменение масштаба максимально почти все означает исходя из убеждений производительности и цене, поясняет Макгин. «Одна из обстоятельств, по которой мы думаем об предстоящем развитии и экономике концепции, это же то, что она будет в десять раз все меньше. Исходя из убеждений физики она будет ишачить и будет намного стабильней». Одна из обстоятельств стабильности заключается в размещении сверхпроводящих катушек и форме линий магнитного поля. «В нашем случае все время будет баланс. Ежели давление будет все меньше, плазма тоже будет все меньше и все время поместится в магнитном поле».

    В целом, по словам Макгира, конструкция Lockheed «берет топовое от почти всех конструкций». Она включает высоченную бета-конфигурацию, пользование линий магнитного поля в форме линейного кольца для удержания плазмы и «инженерную простоту осесимметричного зеркала». «Осесимметричное зеркало» образовывается методом размещения зон магнитного поля на каждом финале видеокамеры, эдак что они будут отражать изрядную часть частиц плазмы, вылетающих вдоль оси CFR.

    Малогабаритный ядерный реактор от Lockheed Martin может сконфигурировать мир навсегда

    «Также у нас существуют рециркуляция, максимально схожая на концепцию Polywell», — добавляет Макгир, ссылаясь на альтернативный многообещающий проект термоядерного реактора. Реактор Polywell употребляет электромагниты для генерации магнитного поля, которое улавливает электроны, создавая отрицательное напряжение, которое потом притягивает позитивные ионы. Увеличение скорости ионов по направлению к отрицательному центру приводит к столкновению и синтезу.

    Команда признает, что проект присутствует в ранешней стадии развития, и останется не мало главных неурядиц, до того как он станет жизнестойким. Однако Макгир ждет скорого прогресса. Настроение в Skunk Works и «темп, в каком ишачят люди, максимально быстрый». «Мы жаждили бы заполучить прообраз в пять поколений. Ежели мы сможем осуществить каждый замысел, поставленный на каждый будущий год, то сквозь пять лет он будет уже готов. Мы уже продемонстрировали, на что способны, в лаборатории». Прообраз показывает условия зажигания и работы в течение 10 секунд в размеренном состоянии опосля активации инжекторов, кои зажигают плазму. «Это показывает работу физики, а уж и не макета в полную силу».

    Первая рабочая версия может возникнуть уже сквозь пять лет. На нее будет затрачено не мало усилий, разговаривает Макгир, имея в образу, что переход к полномасштабному производству неукоснительно востребует вербования профессионалов по материалам и теплопередаче, также авторов газовых турбин. Первые реакторы будут осуществлять порядка 100 МВт и умещаться в транспортабельных узлах 7 на 15 погонных метров. «Мы думаем как только раз об этаких объемах. Вы сможете расположить его на маленьком трейлере, подобно маленький газовой турбине, перевезти на платформе, ишачить по несколько недель», — разговаривает Макгир. Мысль концепта в фолиант, дабы адаптировать CFR к имеющейся инфраструктуре и с легкостью вписать его в современную паутину. 100-мегаваттный реактор мог бы обеспечить энергией 80 000 домов, и сего существовало бы довольно, дабы запустить корабль.

    По оценкам Lockheed, для года работы будет нужно все меньше 25 кг горючего. Само горючее — тоже в обилии. Дейтерий приобретают из морской жидкости, он, как следует, и не ограничен, а уж тритий «выводят» из лития. «Мы уже добыли довольно лития, дабы оснастить глобальный флот реакторов, и это же частично оказывает влияние на сохранность. Тритий мог бы представлять опасность для здоровья, если б произошла большая утечка трития, однако в маленьких количествах он невреден. Для вас надо и не настолько не мало, дабы запустить реактор, так как реакция синтеза в миллион раз сильнее хим реакции».

    Хотя реакторы первого поколения будут владеть радиоактивными частями к финалу срока эксплуатации вроде энных железных частей в оболочке, Макгир разговаривает, что ситуация с загрязнением будет «на порядок предпочтительнее, чем у современной системы ядерного деления». И не будет долгоживущей радиации. Материалы реакторов будут почти нетленными, однако синтез может длиться и в течение 100 лет. К тамошнему же уровень загрязнения будет ниспадать с каждой новейшей итерацией и доп изучением материалов. Вобщем, пока что и не будет оптимальной системы синтеза, и не будет денежек на массивные научные исследования. Потому Макгир уповает, что первое поколение реакторов будет довольно оптимальным, дабы привлечь внимание. Старенькые железные оболочки CFR можно будет утилизировать примитивным захоронением в пустыне, подобно тамошнему, как только поступают с мед отходами. Однако это же будет разительно различаться от ядерных отходов, с которыми мы имеем дело сейчас.

    Операционные достоинства этакого реактора включают отсутствие рисков возгорания либо утечки. «В реакторе малое количество радиоактивного трития — измеряется в граммах — поэтому возможная утечка будет малой. За исключением тамошнего, нет никаких рисков распространения радиоактивного горючего. Тритий употребляется в ядерном оружии, однако в изрядно большенных размерах.

    Подготовительные расчеты и экспериментальные результаты «были максимально многообещающими и положительными», разговаривает Макгир. Но «нам востребована помощь, и мы жаждили бы узреть остальных граждан вовлеченными в наше предприятие. Это же всемирное предприятие, и мы рады возглавить его».