Original: http://news.mit.edu/2015/small-modular-efficient-fusion-plant-0810
Вид з місцевим розрізом запропонованого дугового реактора. Завдяки потужній новій технології магніта набагато менший і дешевший дуговий реактор матиме таку ж вихідну потужність, як і в набагато більшому реакторі. Ілюстрація люб’язно надана командою MIT ARC
Новий дизайн може допомогти, нарешті, наблизити до реальності довгоочікуване джерело живлення.
Девід Л. Чендлер | Офіс новин Массачусетського технологічного інституту
10 серпня 2015 року
Це старий жарт, що багато вчених злиті втомилися від слуху: практичні ядерного синтезу електростанції всього 30 років від – і завжди буде.
Але ось, нарешті, жарт не може бути правдою: Прогрес в області магнітної технології дозволили вченим на Массачусетського технологічного інституту, щоб запропонувати новий дизайн для практичного реактора компактний токамак фьюжн – і це той, який може бути реалізований в якості лише десять років, вони казати. Епоха практичної потужності термоядерного синтезу, яка могла б запропонувати практично невичерпний ресурс енергії, може бути наближалося.
Використання цих нових комерційно доступних надпровідники, рідкоземельних оксид міді барію надпровідні стрічки, для виробництва котушок високою магнітною “просто брижі через весь дизайн”, – говорить Денніс Уайт, професор ядерної науки і техніки та директор Центру наук про плазму та термоядерні реакції Массачусетського технологічного інституту, – “це змінює всю справу”.
Чим сильніше магнітне поле дає можливість для отримання необхідного магнітного утримання плазми в надгарячої – тобто, робочий матеріал реакції синтезу – але в набагато меншому пристрої, ніж раніше планувалося. Зменшення розмірів, в свою чергу, робить всю систему дешевше і швидше будувати, а також дозволяє деякі винахідливі нові можливості в проектуванні електростанції. Пропонований реактор, використовуючи токамак (бубліковідние) геометрії, яка широко вивчається, описана в статті в журналі Термоядерні інжиніринг і проектування, у співавторстві з Уайтом, докторантом Брендоном Сорбомом і 11 іншими колегами з Массачусетського технологічного інституту. Папери почалося як дизайн класу вчив Уайта і став студентом під керівництвом проекту після того, як клас закінчився.
Прототип ядерної установки
“Набагато вище магнітне поле”, – каже Сорбом, – “дозволяє досягти набагато вищої продуктивності”.
У той час як більшість характеристик системи, як правило, змінюються в пропорції до змін розмірів, вплив змін в магнітному полі на реакціях злиття є набагато більш екстремальним: досяжні збільшення енергії термоядерного синтезу відповідно до четвертого ступеня збільшення магнітного поля. Таким чином, подвоєння поля буде виробляти збільшення 16-кратне збільшення потужності термоядерного синтезу. “Будь-яке збільшення магнітного поля дає величезний виграш”, – говорить Сорбом.
Десятикратне збільшення потужності
У той час як нові надпровідники не виробляють достатньо подвоєнні напруженості поля, вони досить сильні, щоб збільшити термоядерної енергії приблизно в 10 разів у порівнянні зі стандартними сверхпроводящей технології, каже Сорбом. Це різке поліпшення призводить до каскаду потенційних удосконалень в конструкції реактора.
Найпотужніший термоядерний реактор планується в світі, величезна пристрій під назвою ITER, який знаходиться в стадії будівництва у Франції, як очікується, коштуватиме близько $ 40 млрд. Сорбом і оцінка команда Массачусетського технологічного інституту, що новий дизайн, близько половини діаметра ITER (який був розроблений до того, як нові надпровідники стали доступні), буде виробляти приблизно такої ж потужності на частку від вартості і в більш короткі терміни будівництва.
Але, не дивлячись на різницю в розмірах і напруженості магнітного поля, пропонований реактор, так званий дуговий реактор, заснований на “тій же фізиці, що й ITER”, – каже Уайт. “Ми не екстраполяцією до якоїсь абсолютно новий режим”, – додає він.
Ще одним важливим кроком вперед в новій конструкції являє собою спосіб зняття злитого потужність активної зони з реактора тороидальной форми, без необхідності демонтажу всього пристрою. Це робить його особливо добре підходить для досліджень, спрямованих на подальше вдосконалення системи за рахунок використання різних матеріалів або конструкцій для тонкої настройки продуктивності.
Крім того, як і з ITER, нові надпровідні магніти дозволили б реактор, щоб працювати на стійкій, виробляючи постійний вихідний потужності, на відміну від сучасних експериментальних реакторів, які можуть працювати тільки протягом декількох секунд, в той час без перегріву мідних котушок.
Захист рідини
Ще однією важливою перевагою є те, що більшість твердих офсетних матеріалів, використовуваних, щоб оточити камеру плавлення в таких реакторах замінені рідким матеріалом, який може бути легко поширений, і замінені, що виключає необхідність в дорогих процедур заміни, так як матеріали, деградують з часом.
“Це надзвичайно суворих умовах для [твердих] матеріалів”, – говорить Уайт, тому заміна цих матеріалів з рідиною може стати серйозною перевагою.
На даний момент, як вона була задумана, реактор повинен бути здатний виробляти приблизно в три рази більше електроенергії, скільки необхідно, щоб зберегти це працює, але дизайн, ймовірно, може бути поліпшена, щоб збільшити цю частку до приблизно п’ять або шість разів, каже Сорбом. До сих пір ні термоядерний реактор не виробляє стільки енергії, скільки він споживає, тому цей вид виробництва чистої енергії було б серйозним проривом в технології термоядерного синтезу, говорить команда.
Конструкція може виробляти реактор, який буде забезпечувати електроенергією близько 100000 чоловік, говорять вони. Пристрої аналогічної складності і розміру були побудовані протягом приблизно п’яти років, кажуть вони.
“Енергія синтезу, безсумнівно, є найважливішим джерелом електроенергії на землі в 22-му столітті, але нам це потрібно набагато раніше, ніж це, щоб уникнути катастрофічного глобального потепління”, – говорить Девід Кінг, генеральний директор токамака Energy Ltd. у Великобританії, які не був пов’язаний з цим дослідженням. “Цей документ показує хороший спосіб зробити більш швидкий прогрес”, – говорить він.
Дослідження Массачусетського технологічного інституту, Кінг каже, “показує, що відбувається на більш високі магнітні поля, в спеціальність Массачусетського технологічного інституту, може привести до набагато менших (і, отже, дешевше і швидше до збірки) пристроїв”. Робота має “виняткову якість”, – говорить він, – “Наступним кроком буде… доопрацювати проект і розробити більш інженерних деталей, але вже робота повинна бути привертає увагу політиків, меценатів і приватних інвесторів”.
Дослідження підтримане Департаментом енергетики США та Національним науковим фондом.
