Топливо для термояда

---

ЛУННОЕ ТОПЛИВО ДЛЯ ТЕРМОЯДА

Отдельный вопрос - конкурентоспособность термоядерной энергетики. Сейчас его трудно решить однозначно. Очевидно, что конкурентоспособность термоядерного реактора в первую очередь будет зависеть от стоимости термоядерного топлива.

В основном варианте термоядерной реакции в качестве топлива используются дейтерий и тритий. Запасы дейтерия в природе неограниченны, зато трития на Земле практически нет. Но тритий получается в качестве побочного продукта в Канаде на ядерных реакторах типа "Candu". Сейчас его производство превышает потребности страны, и Канада готова продавать тритий или передавать его в качестве вклада в проект "ИТЕР". Тритий подпадает под действие договора о нераспространении ядерного оружия, поэтому при продаже необходимо принять все меры для выполнения этого договора.

Более привлекателен вариант воспроизводства трития из лития непосредственно в термоядерном реакторе, что открывает путь создания автономной, самоподпитывающей системы. Литий, находящийся в зоне реакции, захватывая нейтрон, превращается в тритий, и реакция при непрерывной подаче лития будет продолжаться бесконечно.

Но есть еще одна перспективная идея - перейти на другое топливо: дейтерий плюс гелий-3. В этом случае реакция будет идти без выделения нейтронов, что значительно повысит надежность установки. Гелий-3 на Земле отсутствует, но, оказывается, его очень много на Луне, где он адсорбирован в верхних слоях лунной пыли. Луна миллионы лет поглощала его из солнечного ветра и накопила огромные его запасы. Расчеты показывают, что если гелий-3 добывать на Луне и доставлять на Землю, то это будет экономически выгодно.

---

---

Поскольку литий, обеспечивающий расширенное воспроизводство трития в реакторе, обладает уникальным комплексом физических и теплофизических свойств и как теплоноситель в настоящее время технологически освоен, его использование при создании термоядерного реактора рассматривается как наиболее удачное решение [1]. В реакторах с инерционным удержанием плазмы литий рассматривался как средство для защиты первой стенки [2-4]. В реакторе токамаке пленочная жидкометаллическая защита предлагалась для первой стенки и дивертора [5]. В конструкции бланкета опытного термоядерного реактора (ОТР) было заложено использование жидкого лития [6]. Разрабатываемые проекты реакторов типа ДЕМО также базируются на использовании высокотемпературного жидкого лития [7]. Для воспроизводства трития и одновременного снятия тепла предложена концепция самоохлаждаемого литий-литиевого бланкета [8]. Как при создании быстрых реакторов с их компактной энергонапряженной активной зоной нельзя было обойтись без жидкометаллического теплоносителя - натрия [9], так и энергетический термоядерный реактор с высокими тепловыми нагрузками невозможно создать без использования жидкого лития как хладагента.

1. Г.М. Грязнов, В.А. Евтихин, И.Е. Люблинский и др. Материаловедение жидкометаллических систем термоядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1989.

2. L.A. Booth, Central Station Power Generation by Laser-Driven Fusion. LA-4858-MS, v.1, Los Alamos Scientific Laboratory, 1972.

3. G.L. Kulcinski, First Wall Protection Schemes for Inertial Confinement Fusion Reactors. J.Nucl. Mater. 85&86 (1979) 87-97.

4. M. Tsuruki, S. Kawata, K. Niu, Research for Thermal Behavior of Liquid-Metal Wall in ICF Reactor. "Res. Rept. Inst. Plasma Phys. Nagoya Univ.", 1985, No742. Proc. of Collaboration Research Meeting on Development and Applications of High-Power Particle Beams, Nagoya, Nov. 13-14, 1984, p.165-175.

5. B.G. Karasev, I.V. Lavrentjev, A.F. Kolesnichenko et al., Research and development of the liquid metal systems for a tokamak reactor. Fusion Engin. and Design, 8 (1989) 283-288.

6. В.В. Орлов. Разработка опытного термоядерного реактора. ВАНТ, серия: Термоядерный синтез. 1986, вып. 2 (21), с. 3-5.

7. Ю.А. Соколов и др. Разработка концепции демонстрационного термоядерного реактора ДЕМО. ВАНТ. Серия "Термоядерный синтез", вып. 1-2, 1997, с. 3-13.

8. D.L. Smith, Self-cooled liquid metal blankets. In: Tokamak Concept Innovations: Report of a Specialists' Meeting Atomic Energy Agency and Held in Vienna, 13-17 Jan. 1986. IAEA-TECDOC-373. Vienna: IAEA, 1986, p.414-417.

9. В.И. Субботин. Размышления об атомной энергетике. СПб.: ОЭЭП РАН, 1995.

Интересно каков механизм адсорбции именно гелия-3?
В лунном грунте или в каком либо ином.
Как ни крути, при одинаковых химических свойствах, адсорбция
гелия-3 будет как бы поменьше, чем гелия-4.
В чем глубокий смысл?

Shurik>Интересно каков механизм адсорбции именно гелия-3?
Никаков Shurik>В лунном грунте или в каком либо ином.
Shurik>Как ни крути, при одинаковых химических свойствах, адсорбция
Shurik>гелия-3 будет как бы поменьше, чем гелия-4.
Shurik>В чем глубокий смысл?

Как всегда - ни в чем. Просто в лунном грунте ровно столько Не3 сколько его в солнечном ветре(или даже чуть меньше из за указанного Вами механизма). На Земле же из за атмосферы солнечного Не3 (как и Не4)просто НЕТ. Земной гелий - продукт радиоактивного распада - и там Не3 очень мало, и самого Не (и 3 и 4 ) очень мало.

Ник

MiG>Я не понимаю, чем плоха d-d реакция?

Она такая же "грязная" как и с тритием, но зато требует условий почти как Не3 И зачем?

Ник

Я не понимаю, чем плоха d-d реакция?

В румыней тракже такие реакторы стоят (Candu). И кажется не только там...

Nick_Crak>>
>>Просто в лунном грунте ровно столько Не3 сколько его в
>>солнечном ветре

Shurik>Э... так в солнечном гелии гелия-3 тоже очень мало - какие-то
Shurik>тысячные доли процента кажется...

Даже не в процентах считают На земле - 140 атомов Не3 на 1млн атомов Не4. На Луне - 400 на 1 млн, при содержании в грунте 7 грамм на тонну(до 35гр) Но их очень ПРОСТО (особенно на Луне)разделить. Догадываетесь как? А если не догадываетесь сходите(хоть это и нескромно с моей стороны )
сюда

Ник

quote:

---

Candu - Canada`s Deutirium Uranium Reactor - Канадский вариант по мотивам РБМК, только вместо графита - тяжёлая (дейтериевая) вода. К термояду такое же отношение, как у моськи к слону.

---

 

Дык, как так? Кажется РБМК был на Чернобыле?

MiG>Дык, как так? Кажется РБМК был на Чернобыле?
РМБК- Реактор Большой Мощности Канальный Тяжелой воды там в помине нет -а если ЕСТЬ, то это ПРИНЦИПИАЛЬНО другой тип реактора.

Ник

Nick_Crak>>
>Но их очень ПРОСТО (особенно на Луне)разделить. Догадываетесь как?
>А если не догадываетесь сходите(хоть это и нескромно с моей стороны )
 сюда

Дабы не ставить Вас в нескромное положение попробую сначала
угадать с одного раза ... нет, не получается, кроме сжижения ничего в голову не приходит... Хотя на Луне оно пожалуй действительно проще.

Однако, сколько же это грунта придется перелопатить, что бы
получить 1 грамм искомого He-3??

Shurik>Дабы не ставить Вас в нескромное положение попробую сначала
Shurik>угадать с одного раза Shurik>... нет, не получается, кроме сжижения ничего в голову не приходит... Хотя на Луне оно пожалуй действительно проще.

Shurik>Однако, сколько же это грунта придется перелопатить, что бы
Shurik>получить 1 грамм искомого He-3??
На все эти вопросы даны ПОДРОБШЕЙШИЕ ответы на той ссылке, что я дал. Там топик "лунный карьер? Да, прямо сейчас!" Ник

Nick_Crak>
>Просто в лунном грунте ровно столько Не3 сколько его в
>солнечном ветре

Э... так в солнечном гелии гелия-3 тоже очень мало - какие-то
тысячные доли процента кажется...

Если можете дайте пожалуйста краткий обзор нынешнего положения дел в термояде:лазеры, мю-мезонный катализ, токамаки и пр.А то я знаю только как дела обстояли до 1986.
Книги из списка нигде достать не удалось.Особенно интересен мю-мезонный катализ, вроде такое перспективное направление.

ab>Какая же она грязная? d+d=he,

Не знаете - не лезьте плиз, реакция выглядит

2) 1D2 + 1D2 => {2He3+ 0n1 + 3,27 Mev}
{1T3 + 1p1 + 4,03 Mev} ветви идут с равными сечениями

Чистая, нет?

F01001>Если можете дайте пожалуйста краткий обзор нынешнего положения дел в термояде:лазеры, мю-мезонный катализ, токамаки и пр.А то я знаю только как дела обстояли до 1986.

Вы хорошо знаете/знали тему? Это не наезд , может у вас чего интересного есть, а то я в ТЯРах совсем лаймер

С 86 года помоему произошли несколько важных событий - получен положительный выход энергии (в стенку разумееться а не на турбину) на токомаке (не нашими), построено несколько токомаков с криогенными магнитами... А так все тоже самое.

>Особенно интересен мю-мезонный катализ, вроде такое перспективное направление.

Дык вроде доказали, что нифига не получиться? Можно Горника спросить...

Очень перспективное направление Термоядерного синтеза это использование лазера:
Лучи лазера за небольшое время разогревали дейтериво-тритиевую мишень за счет чего в ней развивались термоядерные реакции.
У этой системы маленький КПД,но она работает.

CaRRibeaN>С 86 года помоему произошли несколько важных событий - получен положительный выход энергии (в стенку разумееться а не на турбину) на токомаке (не нашими), построено несколько токомаков с криогенными магнитами... А так все тоже самое.

ТокАмаке. Тороидальная кАмера.

>>Особенно интересен мю-мезонный катализ, вроде такое перспективное направление.

CaRRibeaN>Дык вроде доказали, что нифига не получиться? Можно Горника спросить...

Насколько я знаю, доказать не доказали, но и не получили ничего. Заглохло все. Причины - вроде, тяжело получить медленный пучок мюонов и мюон после реакции с большой вероятностью прилипает к образовавшемуся ядру гелия, а не улетает, так что он только 1-2-3 синтеза катализирует.

>Tima
>Очень перспективное направление Термоядерного синтеза это >использование лазера:

      Перспективное, но на данный момент не самое перспективное.

>Лучи лазера за небольшое время разогревали дейтериво-тритиевую мишень >за счет чего в ней развивались термоядерные реакции.
>У этой системы маленький КПД,но она работает.

      Всё совсем не так. Втупую разогревать лазерами мишень предлагали разве что в первой половине 60-х. Современные схемы в общих чертах выглядят так: вначале происходит обжатие мишени за счёт абляции, т.е. реактивной силы испаряющейся под действием лазерного излучения поверхности (причём это сжатие должно быть по возможности адиабатическим), в результате плотность центральной части мишени значительно возрастает; затем мощность излучения увеличивают, и центральная часть (порядка 1/10 массы мишени) разогревается сходящейся ударной волной до зажигания, далее волна детонации распространяется из центра. Для обеспечения такого режима обжатия лазерный импульс должен иметь специальную форму и очень высокую мощность. Многие современные проекты предусматривают использование хольраума - спец. камеры, в которую помещают мишень, она служит для изотропизации излучения.

>k_gornik
>Насколько я знаю, доказать не доказали, но и не получили ничего. Заглохло >все. Причины - вроде, тяжело получить медленный пучок мюонов и мюон >после реакции с большой вероятностью прилипает к образовавшемуся ядру >гелия, а не улетает, так что он только 1-2-3 синтеза катализирует.

     Да ну что вы! Вероятность прилипания мюона для реакции D+T порядка 0,01, соответственно, один мюон может катализировать около сотни реакций. Вроде бы точный расчёт (более того, эксперимент) дают 130-160 реакций на мюон. Такому количеству реакций соответствует выделяющаяся энергия порядка 15-20 ГэВ (конечно, кпд съест много). Цена получения мюона - порядка 5 ГэВ. Так что...
 

>CaRRibeaN
>С 86 года помоему произошли несколько важных событий - получен >положительный выход энергии (в стенку разумееться а не на турбину) на >токомаке (не нашими), построено несколько токомаков с криогенными >магнитами... А так все тоже самое.

     Конечно, у нас в токамачных экспериментах больших прорывов быть не могло - работает-то уже больше 10-ти лет фактически только Т-10 (из больших установок), построенный чёрт-те когда, сверхпроводящий Т-15 стоит законсервированный из-за недостатка средств...
     Со сверхпроводяшими магнитными система установки строились еще с начала 70-х (первым, кажется, был Панов на "Огре").
     А событий важных хватало - и положительный выход, и бутстрэп, и L-H моды, и в теории кой-чего наметилось. Плюс другие типы ловушек, плюс инерциальный синтез - прорыв с Z-пинчами, "Ангара" держит рекорд по числу термоядерных нейтронов.

>F01001
> Если можете дайте пожалуйста краткий обзор нынешнего положения дел в >термояде:лазеры, мю-мезонный катализ, токамаки и пр.А то я знаю только >как дела обстояли до 1986.
>Книги из списка нигде достать не удалось.Особенно интересен мю-мезонный >катализ, вроде такое перспективное направление.

    По всему проходиться несколько лень, предмет всё же необъятный, поищите по форумам ("термояд" в поиск) - эта тема здесь периодически поднималась (не только в "Научном", но и в других), я и другие о многом упоминали. Дальше можно уточнять.
    Катализ правильно называть мюонным, мю-мезон - устаревшее название, мюон никакой не мезон, а лептон. Поищите в инете "мюонный катализ" или "мю-катализ", должно быть интервью с Пономарёвым или Джелеповым и, может быть, статья в Соросовском журнале (насчёт этого не уверен). Если хотите краткое рассмотрение мю-катализа с расчётами, относительно простыми - в принципе у меня где-то на сидюках было. Но надо искать.