Компактный термоядерный реактор Lockheed Martin

( Компактный термоядерный реактор Lockheed Martin CFR ) был термоядерным энергетическим проектом компании Lockheed Martin компании Skunk Works . ^[1] Его конфигурация с высоким бета-излучением , которая подразумевает, что отношение давления плазмы к магнитному давлению больше или равно 1 (по сравнению с конструкциями токамака, равными 0,05), обеспечивает компактную конструкцию и ускоряет разработку. Проект был активен в период с 2010 по 2019 год, после этой даты обновлений не было, и, похоже, подразделение закрылось.

Главный конструктор и руководитель технической группы CFR Томас Макгуайр. ^[2] изучал термоядерный синтез как источник космического движения в ответ на желание НАСА сократить время полета на Марс. ^[3]^[4]^[5]

История

Проект стартовал в 2010 году. ^[6] и был публично представлен на форуме Google Solve for X 7 февраля 2013 года. В октябре 2014 года Lockheed Martin объявила о плане «построить и испытать компактный термоядерный реактор менее чем за год, а прототип создать в течение пяти лет». ^[7] В мае 2016 года Роб Вайс объявил, что Lockheed Martin продолжает поддерживать проект и увеличит в него инвестиции. ^[8]^[9]

Проект был остановлен где-то до 2021 года. ^[10]

Дизайн

CFR планирует достичь высокого значения бета (отношения давления плазмы к магнитному давлению) за счет сочетания удержания каспа и магнитных зеркал для удержания плазмы. Каспиды представляют собой резко изогнутые магнитные поля. В идеале плазма образует оболочку вдоль поверхности каспов и вытекает по оси и краям резко изогнутого поля. ^[11] Плазма, потерянная по краям, возвращается обратно в выступы.

CFR использует два набора зеркал. Внутри цилиндрического корпуса реактора с обоих концов размещена пара кольцевых зеркал. Другой набор зеркал окружает цилиндр реактора. Кольцевые магниты создают тип магнитного поля , известный как диамагнитный выступ, в котором магнитные силы быстро меняют направление и подталкивают ядра к средней точке между двумя кольцами. Поля внешних магнитов толкают ядра обратно к концам сосуда.

Сила магнитного поля является возрастающей функцией расстояния от центра. Это означает, что поскольку давление плазмы заставляет плазму расширяться, магнитное поле становится сильнее на краю плазмы, увеличивая сдерживание. ^[8]

В CFR используются сверхпроводящие магниты . Они позволяют создавать сильные магнитные поля с меньшей энергией, чем обычные магниты. У CFR нет полезного тока, что, по утверждению Lockheed, устраняет основной источник нестабильности плазмы. Плазма имеет благоприятное соотношение поверхности к объему, что улучшает удержание. Небольшой объем плазмы снижает энергию, необходимую для термоядерного синтеза.

В рамках проекта планируется заменить микроволновые излучатели, нагревающие плазму, в их прототипах на инжекцию нейтрального луча , при которой электрически нейтральные атомы дейтерия передают свою энергию плазме. После инициирования энергия термоядерного синтеза поддерживает необходимую температуру для последующих термоядерных событий. ^[6]

Будущее устройство может достигать 21 метра в ширину. ^[8] Компания утверждает, что каждая итерация проекта короче и гораздо дешевле, чем крупномасштабные проекты, такие как Joint European Torus , ITER или NIF . ^[12]

Реактор мощностью 200 МВт Pth _и , 18 м длиной 7 м диаметром производит реактор массой около 2000 тонн , по размеру аналогичный реактору деления атомной подводной лодки A5W . ^[13]^[14]

Проблемы

Кольцевые магниты требуют защиты от нейтронного излучения плазмы. Температура плазмы должна достигать многих миллионов градусов Кельвина . Сверхпроводящие магниты должны поддерживаться чуть выше абсолютного нуля, чтобы поддерживать сверхпроводимость . ^[6]

Компонент бланкета , покрывающий корпус реактора, выполняет две функции: он захватывает нейтроны и передает их энергию теплоносителю, а также заставляет нейтроны сталкиваться с атомами лития , превращая их в тритий для топлива реактора. Одеяло должно иметь толщину примерно 80–150 см и весить 300–1000 тонн. ^[6]

Прототипы

Планировалось, что прототип будет представлять собой дейтериевый и тритиевый реактор мощностью 100 мегаватт размером 7 на 10 футов (2,1 на 3,0 м), который сможет поместиться в кузове большого грузовика и будет примерно в десять раз меньше нынешних прототипов реакторов. 100 мегаватт достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией 80 000 человек. ^[8]^[15] Для достижения этой цели была построена серия прототипов.

Т-4

Технические результаты, представленные в эксперименте Т4 в 2015 году, показали холодную, частично ионизованную плазму со следующими параметрами: пиковая температура электронов 20 электронвольт , 10 ¹⁶ м ⁻³ плотность электронов, доля ионизации менее 1% и 3 кВт входная мощность . Скорость реакции удержания или слияния не была представлена. ^{[ нужна ссылка ]}

В 2015 году Макгуайр представил две теоретические концепции реактора. Одна представляла собой идеальную конфигурацию весом 200 метрических тонн с 1 метром криогенной радиационной защиты и магнитами на 15 Тесла . Другой представлял собой консервативную конфигурацию весом 2000 метрических тонн, с 2-метровой защитой от криогенного излучения и магнитами на 5 Тесла. ^[16]

Т4Б

Прототип T4B был анонсирован в 2016 году. ^[13]

Параметры:

Диаметр 1 м × длина 2 м
- Мощность нагрева H-нейтрального пучка 1 МВт, 25 кэВ
- длительность 3 мс
Предположим, что 500 кВт преобразуется в быстрые ионы.
п = 5 × 10 ¹⁹ м ⁻³
β = 1 (поле = 0,1 Тл )
V = 0.2 m ³, 1170 Дж полная энергия
Пик T _i = 75 эВ
Пиковая Т _е = 250 эВ
Пиковые потери в оболочке = 228 кВт , примерно равны P _ei.
Пиковые потери на каспе кольца = 15 кВт
Пиковые потери на осевом каспе = 1 кВт

ТХ-реактор

Параметры:

Одеяла диаметром 7 м, длиной 18 м, толщиной 1 м.
320 МВт брутто
Тепловая мощность 40 МВт, 2,3 с
п = 5 × 10 ²⁰ м ⁻³
β = 1 (поле = 2,3 Тл)
V = 16.3 m ³, общая энергия 51 МДж
Т _i = 9,6 кэВ
Т _э = 12,6 кэВ

Т5

В июле 2019 года Джефф Бабионе – вице-президент и генеральный менеджер Skunk Works. ^[17] – заявил: «В этом году мы строим еще один реактор – Т5 – который будет значительно более крупным и мощным, чем наш Т4. В настоящее время мы планируем запустить его в эксплуатацию ближе к концу этого года, так что это будет еще один важный реактор. скачок в возможностях и демонстрация того, что физика, лежащая в основе нашей концепции, работает». ^[18]^[19]

Реактор Т5 планировалось показать нагрев и раздувание плазмы, а также измерить глубину захваченной намагниченной оболочки, защищающей стенки от плазмы. Это также помогает измерить потери на границах линий магнитного поля, содержащих плазму, пересекающихся или охватывающих стебли, удерживающие сверхпроводящие магниты реактора. В частности, Т5 продемонстрирует источник плазмы высокой плотности и способность захватывать и удерживать инжекторы нейтрального луча, которые воспламеняют плазму. ^[20]

Критика

Профессор физики и директор британской национальной лаборатории термоядерного синтеза Стивен Коули призвал предоставить больше данных, отметив, что в настоящее время в исследованиях термоядерного синтеза принято считать, что «чем больше, тем лучше». По словам Коули, опыт строительства других термоядерных реакторов показывает, что при увеличении размера машины вдвое можно добиться улучшения удержания тепла в 8 раз, то есть, сколько чрезвычайно высоких температур, необходимых для реакции термоядерного синтеза, можно выдержать, например, без использования термоядерной реакции. слишком сильный нагрев охлажденных сверхпроводящих магнитов. Таким образом, Коули подвергает сомнению предложенный небольшой размер рабочей машины. ^[21]

См. также

Ссылки

^ FuseNet: Европейская сеть образования в области фьюжн , заархивировано из оригинала 6 мая 2013 г.
^ Хедден, Кэрол (20 октября 2014 г.). «Познакомьтесь с руководителем команды компактного термоядерного реактора Skunk Works» . Неделя авиации и космических технологий . Архивировано из оригинала 18 октября 2014 г. Проверено 24 ноября 2014 г.
^ Норрис, Гай (15 октября 2014 г.), «Skunk Works раскрывает подробности компактного термоядерного реактора» , Aviation Week & Space Technology , заархивировано из оригинала 17 октября 2014 г. , получено 18 октября 2014 г.
^ Норрис, Гай (14 октября 2014 г.), «Большие надежды – может ли компактный термоядерный синтез открыть новые возможности для космического и воздушного транспорта?» , Aviation Week & Space Technology , архивировано из оригинала 18 октября 2014 г.
^ Хедден, Кэрол (20 октября 2014 г.), «Руководитель группы компактного термоядерного реактора Skunk Works» , Aviation Week & Space Technology , заархивировано из оригинала 18 октября 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Натан, Стюарт (22 октября 2014 г.). «Новые подробности компактного термоядерного синтеза раскрывают масштабы проблемы» . Инженер . Архивировано из оригинала 9 октября 2015 года . Проверено 24 декабря 2017 г.
^ Шалал, Андреа. «Lockheed заявляет, что совершила прорыв в проекте термоядерной энергетики» . Рейтер . Проверено 15 октября 2014 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ван, Брайан (3 мая 2016 г.). «Проект Lockheed Portable Fusion все еще продвигается» . Следующее большое будущее . Проверено 27 июля 2016 г.
^ Мехта, Аарон (3 мая 2016 г.). «Lockheed все еще поддерживает портативный ядерный генератор» . Проверено 27 июля 2016 г.
^ «Skunk Works остановила усилия по ядерному синтезу до 2021 года» . 3 августа 2023 г. . Проверено 03 января 2024 г.
^ Макгуайр, Томас. «Компактный термоядерный реактор Lockheed Martin». Коллоквиум по четвергам. Принстонский университет, Принстон. 6 августа 2015. Лекция.
^ Талбот, Дэвид (20 октября 2014 г.). «Действительно ли у Lockheed Martin есть революционная термоядерная машина?» . Обзор технологий . Архивировано из оригинала 19 марта 2015 года . Проверено 24 декабря 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Концепция компактного термоядерного реактора Lockheed Martin, модель конфайнмента и эксперимент T4B» (PDF) . Корпорация Локхид Мартин. 2016. Архивировано из оригинала (PDF) 25 декабря 2017 года . Проверено 25 декабря 2017 г.
^ Ван, Брайан (1 мая 2017 г.). «Конструкция компактного термоядерного реактора Lockheed примерно в 100 раз больше, чем первоначальные планы» . NextBigFuture.com . Новое большое будущее Inc. Проверено 25 декабря 2017 г.
^ Норрис, Гай (20 октября 2014 г.). «Граница слияния». Неделя авиации и космических технологий .
^ Салливан, Регина (20 ноября 2015 г.). «Предварительные измерения плотности и температуры в линейной кольцевой конфигурации ограничения выступа Lockheed Martin с магнитной капсулой». 57-е ежегодное собрание Отделения физики плазмы АПС . 60 (10): 12.044 иен. Бибкод : 2015APS..DPPYP2044S .
^ https://www.linkedin.com/in/jeff-a-babione-6a616a32/ ^{[ самостоятельный источник ]}
^ «R/SpecialAccess — Skunk Works строит большой термоядерный реактор — амбициозные планы Lockheed Martin по разработке компактного термоядерного реактора для обеспечения чистой ядерной энергии, по мнению компании, продолжаются и перейдут к следующему этапу с завершением в этом году проекта увеличенный, более мощный испытательный реактор» . 19 июля 2019 г.
^ «Компания Lockheed Skunk Works строит более крупный термоядерный реактор | Сеть Aviation Week» .
^ «Программа экзотического термоядерного реактора Skunk Works продвигается вперед с более крупной и мощной конструкцией» . 19 июля 2019 г.
^ МакГарри, Брендан (16 октября 2014 г.), «Ученые скептически относятся к прорыву Lockheed в области термоядерного синтеза» , DefenseTech' , получено 14 июня 2020 г.

Внешние ссылки

Страница дизайна компактного реактора Lockheed Martin
Lockheed Martin Compact Fusion на YouTube
Решите для X : Чарльз Чейз об энергии для всех на YouTube , 11 февраля 2013 г.

[1] FuseNet: Европейская сеть образования в области фьюжн , заархивировано из оригинала 6 мая 2013 г.

[aw20141020-2] Хедден, Кэрол (20 октября 2014 г.). «Познакомьтесь с руководителем команды компактного термоядерного реактора Skunk Works» . Неделя авиации и космических технологий . Архивировано из оригинала 18 октября 2014 г. Проверено 24 ноября 2014 г.

[guyReac-3] Норрис, Гай (15 октября 2014 г.), «Skunk Works раскрывает подробности компактного термоядерного реактора» , Aviation Week & Space Technology , заархивировано из оригинала 17 октября 2014 г. , получено 18 октября 2014 г.

[guyHope-4] Норрис, Гай (14 октября 2014 г.), «Большие надежды – может ли компактный термоядерный синтез открыть новые возможности для космического и воздушного транспорта?» , Aviation Week & Space Technology , архивировано из оригинала 18 октября 2014 г.

[hedLead-5] Хедден, Кэрол (20 октября 2014 г.), «Руководитель группы компактного термоядерного реактора Skunk Works» , Aviation Week & Space Technology , заархивировано из оригинала 18 октября 2014 г.

[:1-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Натан, Стюарт (22 октября 2014 г.). «Новые подробности компактного термоядерного синтеза раскрывают масштабы проблемы» . Инженер . Архивировано из оригинала 9 октября 2015 года . Проверено 24 декабря 2017 г.

[7] Шалал, Андреа. «Lockheed заявляет, что совершила прорыв в проекте термоядерной энергетики» . Рейтер . Проверено 15 октября 2014 г.

[:2-8] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Ван, Брайан (3 мая 2016 г.). «Проект Lockheed Portable Fusion все еще продвигается» . Следующее большое будущее . Проверено 27 июля 2016 г.

[9] Мехта, Аарон (3 мая 2016 г.). «Lockheed все еще поддерживает портативный ядерный генератор» . Проверено 27 июля 2016 г.

[10] «Skunk Works остановила усилия по ядерному синтезу до 2021 года» . 3 августа 2023 г. . Проверено 03 января 2024 г.

[11] Макгуайр, Томас. «Компактный термоядерный реактор Lockheed Martin». Коллоквиум по четвергам. Принстонский университет, Принстон. 6 августа 2015. Лекция.

[:0-12] Талбот, Дэвид (20 октября 2014 г.). «Действительно ли у Lockheed Martin есть революционная термоядерная машина?» . Обзор технологий . Архивировано из оригинала 19 марта 2015 года . Проверено 24 декабря 2017 г.

[T4B-13] Jump up to: ^а ^б «Концепция компактного термоядерного реактора Lockheed Martin, модель конфайнмента и эксперимент T4B» (PDF) . Корпорация Локхид Мартин. 2016. Архивировано из оригинала (PDF) 25 декабря 2017 года . Проверено 25 декабря 2017 г.

[14] Ван, Брайан (1 мая 2017 г.). «Конструкция компактного термоядерного реактора Lockheed примерно в 100 раз больше, чем первоначальные планы» . NextBigFuture.com . Новое большое будущее Inc. Проверено 25 декабря 2017 г.

[15] Норрис, Гай (20 октября 2014 г.). «Граница слияния». Неделя авиации и космических технологий .

[16] Салливан, Регина (20 ноября 2015 г.). «Предварительные измерения плотности и температуры в линейной кольцевой конфигурации ограничения выступа Lockheed Martin с магнитной капсулой». 57-е ежегодное собрание Отделения физики плазмы АПС . 60 (10): 12.044 иен. Бибкод : 2015APS..DPPYP2044S .

[17] ttps://www.linkedin.com/in/jeff-a-babione-6a616a32/ ^{[ самостоятельный источник ]}

[18] «R/SpecialAccess — Skunk Works строит большой термоядерный реактор — амбициозные планы Lockheed Martin по разработке компактного термоядерного реактора для обеспечения чистой ядерной энергии, по мнению компании, продолжаются и перейдут к следующему этапу с завершением в этом году проекта увеличенный, более мощный испытательный реактор» . 19 июля 2019 г.

[19] «Компания Lockheed Skunk Works строит более крупный термоядерный реактор | Сеть Aviation Week» .

[20] «Программа экзотического термоядерного реактора Skunk Works продвигается вперед с более крупной и мощной конструкцией» . 19 июля 2019 г.

[cowl-21] МакГарри, Брендан (16 октября 2014 г.), «Ученые скептически относятся к прорыву Lockheed в области термоядерного синтеза» , DefenseTech' , получено 14 июня 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]