Термоядерный реактор ARC

Термоядерный реактор ARC (доступный, надежный, компактный) — это конструкция компактного термоядерного реактора, разработанная Массачусетского технологического института (MIT) Центром науки о плазме и термоядерном синтезе (PSFC) . ARC стремится достичь инженерной безубыточности в три раза (чтобы производить в три раза больше электроэнергии, необходимой для работы машины). Ключевой технической инновацией является использование высокотемпературных сверхпроводящих магнитов вместо . низкотемпературных сверхпроводящих магнитов ИТЭР Предлагаемое устройство будет примерно вдвое меньше диаметра реактора ИТЭР и дешевле в строительстве. ^[1]

ARC имеет традиционную усовершенствованную компоновку токамака . ARC использует магниты из редкоземельного оксида бария и меди (REBCO) высокотемпературные сверхпроводниковые вместо медной проводки или обычных низкотемпературных сверхпроводников . Эти магниты могут работать при гораздо более высокой напряженности поля, 23 Тл , что примерно вдвое увеличивает магнитное поле на оси плазмы. Время удержания частицы в плазме зависит от квадрата линейного размера, а плотность мощности зависит от четвертой степени магнитного поля: ^[2] таким образом, удвоение магнитного поля обеспечивает производительность машины в 4 раза большую. Меньший размер снижает затраты на строительство, хотя это в некоторой степени компенсируется стоимостью магнитов REBCO.

Использование REBCO может позволить обмоткам магнитов быть гибкими, когда машина не работает. Это позволит их «сложить», чтобы получить доступ к внутренней части машины. Это значительно снизит затраты на техническое обслуживание, устраняя необходимость выполнять обслуживание через небольшие порты доступа с использованием удаленных манипуляторов. реактора Если это будет реализовано, это может улучшить коэффициент мощности , важный показатель затрат на производство электроэнергии.

Первой машиной, которую планируется реализовать в рамках проекта, станет уменьшенный демонстратор под названием SPARC (как можно скорее ARC). Его построит компания Commonwealth Fusion Systems при поддержке Eni , Breakthrough Energy Ventures , Khosla Ventures , Temasek и Equinor . ^[3]^[4]^[5]^[6]

История

Проект был анонсирован в 2014 году. ^[2]^[7] Название и дизайн были вдохновлены вымышленным дуговым реактором, построенным Тони Старком , который учился в Массачусетском технологическом институте в комиксах.

Концепция родилась как «проект, реализованный группой студентов Массачусетского технологического института на курсе термоядерного проектирования. Проект ARC был призван продемонстрировать возможности новой магнитной технологии путем разработки точечного проекта для установки, производящей столько же термоядерной энергии, сколько ИТЭР». В результате получилась машина примерно вдвое меньше линейного размера ИТЭР, работающая на 9 тесла и производящая более 500 мегаватт (МВт) термоядерной энергии. Студенты также рассмотрели технологии, которые позволили бы такому устройству работать. в устойчивом состоянии и производить более 200 МВт электроэнергии». ^[8]

Особенности конструкции

Конструкция ARC существенно отличается от традиционных токамаков , сохраняя при этом традиционное топливо D–T ( дейтерий - тритий ).

Магнитное поле

используется REBCO сверхпроводящая лента Чтобы добиться почти десятикратного увеличения плотности мощности термоядерного синтеза, в конструкции тороидальных катушек поля . ^[2] Этот материал позволяет более высокую напряженность магнитного поля удерживать нагретую плазму в меньшем объеме. Теоретически плотность мощности термоядерного синтеза пропорциональна четвертой степени напряженности магнитного поля. ^[1] Наиболее вероятным материалом-кандидатом является оксид иттрия , бария и меди с расчетной температурой 20 К , что позволяет использовать различные охлаждающие жидкости (например, жидкий водород , жидкий неон или газообразный гелий) вместо гораздо более сложного охлаждения жидким гелием, выбранного ИТЭР. ^[2] В официальной брошюре SPARC показана коммерчески доступная секция кабеля YBCO, позволяющая использовать поля до 30 Т. ^[9]

Планируется, что ARC будет реактором токамак мощностью 270 МВт с большим радиусом 3,3 м , малым радиусом 1,1 м и осевым магнитным полем 9,2 Тл . ^[2]

Расчетная точка имеет коэффициент выигрыша по энергии термоядерного синтеза Q _p ≈ 13,6 (плазма производит в 13 раз больше энергии термоядерного синтеза, чем требуется для ее нагрева), но при этом является полностью неиндуктивной с долей бутстрепа ~ 63%. ^[2]

Конструкция обеспечивает пиковое поле ~23 Тл на катушке. Внешний привод тока обеспечивается двумя встроенными радиочастотными пусковыми установками, использующими 25 МВт мощностью мощность нижних гибридных двигателей и 13,6 МВт мощностью ионно-циклотронную мощность быстрых волн . Возникающий в результате ток обеспечивает стабильную плазму ядра, далекую от разрушительных пределов. ^[2]

Съемный вакуумный сосуд

В конструкцию входит съемный вакуумный сосуд (твердый компонент, отделяющий плазму и окружающий вакуум от жидкой среды). Не требует демонтажа всего устройства. Это делает его хорошо подходящим для оценки изменений в конструкции. ^[1]

Жидкое одеяло

Большинство твердых материалов бланкета, окружающих термоядерную камеру в обычных конструкциях, заменено фтор-лития-бериллия (FLiBe), расплавленной солью которую можно легко циркулировать/заменять, что снижает затраты на техническое обслуживание. ^[1]

Жидкий бланкет обеспечивает замедление и защиту нейтронов, отвод тепла и коэффициент воспроизводства трития ≥ 1,1. Большой диапазон температур, в котором FLiBe является жидким, позволяет работать в режиме бланкета при температуре 900 К с однофазным жидкостным охлаждением и циклом Брайтона . ^[2]

См. также

Список экспериментов по термоядерному синтезу

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Достижения в области магнитных технологий могут превратить более дешевые модульные термоядерные реакторы из научной фантастики в научную реальность менее чем за десять лет» . 11 августа 2015 года . Проверено 12 августа 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Сорбом, Б.Н.; Болл, Дж.; Палмер, TR; Манджаротти, Ф.Дж.; Сьерчио, Дж. М.; Боноли, П.; Кастен, К.; Сазерленд, округ Колумбия; Барнард, HS (10 сентября 2014 г.). «ARC: компактная термоядерная научная установка с сильным полем и демонстрационная электростанция со съемными магнитами». Термоядерная инженерия и дизайн . 100 : 378–405. arXiv : 1409.3540 . Бибкод : 2015FusED.100..378S . дои : 10.1016/j.fusengdes.2015.07.008 . S2CID 1258716 .
^ Девлин, Ханна (9 марта 2018 г.). «Ядерный синтез на грани реализации, говорят ученые Массачусетского технологического института» . Хранитель . Проверено 16 апреля 2018 г.
^ Рати, Акшат (26 сентября 2018 г.). «В поисках чистой энергии инвестиции в стартапы по ядерному синтезу растут» . Кварц . Проверено 8 сентября 2020 г.
^ Системы, Содружество Фьюжн. «Commonwealth Fusion Systems привлекает 115 миллионов долларов и завершает раунд A по коммерциализации термоядерной энергии» . www.prnewswire.com (пресс-релиз) . Проверено 8 сентября 2020 г.
^ Системы, Содружество Фьюжн. «Commonwealth Fusion Systems привлекла 84 миллиона долларов в раунде А2» . www.prnewswire.com (пресс-релиз) . Проверено 8 сентября 2020 г.
^ Сорбом, Б.Н.; Болл, Дж.; Палмер, TR; Манджаротти, Ф.Дж.; Сьерчио, Дж. М.; Боноли, П.; Кастен, К.; Сазерленд, округ Колумбия; Барнард, HS; Хааконсен, CB; Го, Дж.; Сун, К.; Уайт, генеральный директор (2015). «ARC: компактная термоядерная научная установка с сильным полем и демонстрационная электростанция со съемными магнитами». Термоядерная инженерия и дизайн . 100 : 378–405. arXiv : 1409.3540 . Бибкод : 2015FusED.100..378S . дои : 10.1016/j.fusengdes.2015.07.008 . S2CID 1258716 .
^ Официальная брошюра проекта SPARC. Архивировано 20 июня 2019 г. в Wayback Machine , стр. 19
^ Официальная брошюра проекта SPARC. Архивировано 20 июня 2019 г. в Wayback Machine , стр. 25

Внешние ссылки

Маркевич, В.Д.; Ларбалестьер, округ Колумбия; Вейерс, Х.В.; Воран, Эй Джей; Пикард, КВ; Шеппард, WR; Ярошинский, Дж.; Сюй, Айся; Уолш, Р.П. (1 июня 2012 г.). «Проектирование сверхпроводящего магнита на 32 Тл с катушками REBCO с сильным полем». Транзакции IEEE по прикладной сверхпроводимости . 22 (3): 4300704. Бибкод : 2012ITAS...2243007M . дои : 10.1109/TASC.2011.2174952 . ISSN 1051-8223 . S2CID 23718762 .
Ларбалестьер, Дэвид (15 марта 2010 г.). «Возможности трансформации YBCO/REBCO для магнитных технологий» (PDF) . Суперсила Инк . Проверено 12 августа 2015 г.

[giz-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Достижения в области магнитных технологий могут превратить более дешевые модульные термоядерные реакторы из научной фантастики в научную реальность менее чем за десять лет» . 11 августа 2015 года . Проверено 12 августа 2015 г.

[Sorbom-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Сорбом, Б.Н.; Болл, Дж.; Палмер, TR; Манджаротти, Ф.Дж.; Сьерчио, Дж. М.; Боноли, П.; Кастен, К.; Сазерленд, округ Колумбия; Барнард, HS (10 сентября 2014 г.). «ARC: компактная термоядерная научная установка с сильным полем и демонстрационная электростанция со съемными магнитами». Термоядерная инженерия и дизайн . 100 : 378–405. arXiv : 1409.3540 . Бибкод : 2015FusED.100..378S . дои : 10.1016/j.fusengdes.2015.07.008 . S2CID 1258716 .

[3] Девлин, Ханна (9 марта 2018 г.). «Ядерный синтез на грани реализации, говорят ученые Массачусетского технологического института» . Хранитель . Проверено 16 апреля 2018 г.

[4] Рати, Акшат (26 сентября 2018 г.). «В поисках чистой энергии инвестиции в стартапы по ядерному синтезу растут» . Кварц . Проверено 8 сентября 2020 г.

[5] Системы, Содружество Фьюжн. «Commonwealth Fusion Systems привлекает 115 миллионов долларов и завершает раунд A по коммерциализации термоядерной энергии» . www.prnewswire.com (пресс-релиз) . Проверено 8 сентября 2020 г.

[6] Системы, Содружество Фьюжн. «Commonwealth Fusion Systems привлекла 84 миллиона долларов в раунде А2» . www.prnewswire.com (пресс-релиз) . Проверено 8 сентября 2020 г.

[7] Сорбом, Б.Н.; Болл, Дж.; Палмер, TR; Манджаротти, Ф.Дж.; Сьерчио, Дж. М.; Боноли, П.; Кастен, К.; Сазерленд, округ Колумбия; Барнард, HS; Хааконсен, CB; Го, Дж.; Сун, К.; Уайт, генеральный директор (2015). «ARC: компактная термоядерная научная установка с сильным полем и демонстрационная электростанция со съемными магнитами». Термоядерная инженерия и дизайн . 100 : 378–405. arXiv : 1409.3540 . Бибкод : 2015FusED.100..378S . дои : 10.1016/j.fusengdes.2015.07.008 . S2CID 1258716 .

[8] Официальная брошюра проекта SPARC. Архивировано 20 июня 2019 г. в Wayback Machine , стр. 19

[9] Официальная брошюра проекта SPARC. Архивировано 20 июня 2019 г. в Wayback Machine , стр. 25

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]