Американская компания Helion Energy обнародовала новые подробности об устройстве своей будущей электростанции, основанной на реакции ядерного синтеза. По видеофрагменту, размещённому в видеохостинге YouTube, хорошо видны принципы, положенные в основу конструкции. Перечислим их.
Первый – периодический импульсный характер реакции. Строители токамаков не зря соревнуются в том, у кого дольше горит плазма. Удержание плазмы и отвод излучаемого ею тепла – крайне трудные научно-технические задачи. И чем выше температура, тем сложнее это сделать. Специалисты компании Helion решили, что они в гору не пойдут, а обойдут её. Реакция у Helion длится крайне малые доли секунды, что позволяет применить инерционное удержание плазмы. Этот подход кардинально упрощает и облегчает конструкцию энергоустановки.
Если вспомнить о звездах, то там высочайшие давления и температуры, необходимые для ядерного синтеза, естественным образом поддерживаются неимоверно высокими гравитационными силами. И если вы хотите «зажечь звезду на Земле», например, в токамаке, вам придётся создать конструкцию, способную постоянно выдерживать гигантские силы и температуры. Возможно ли это на нынешнем уровне развития технологий?
Второй принцип – извлечение энергии без её промежуточных преобразований, притом с высокой эффективностью с помощью рекуперации. Для этого используются проводящие свойства плазмы. Получив энергию от вспышки ядерного синтеза, плазмоид (плазменный тороид) начинает расширяться. Когда фронт плазмоида проходит через поле от электромагнитов, в их катушках наводятся мощные электрические импульсы. Эти импульсы подзаряжают банк высоковольтных конденсаторов. Таким образом, плазма тормозится, отдавая свою энергию в электрическую цепь.
На следующем цикле часть энергии из конденсаторов используется для формирования новых плазмоидов и для их разгона до огромных скоростей, прежде чем они столкнутся в центре установки и снова на мгновение вспыхнет реакция ядерного синтеза.
Третий принцип – экономичные конструктивные решения. Компания Helion Energy решила обойтись без силовых сверхпроводящих магнитов, которые требуют специальных материалов и криогенных температур. Характеристики обычных магнитов с медными обмотками доведены до пределов. Одни и те же катушки используются попеременно и для разгона плазмоидов (они сталкиваются в центре установки) и для извлечения энергии.
Четвёртый принцип – опора на оборонные технологии. В торцах реактора, где формируются плазмоиды с ядерным топливом, используется обращённая конфигурация магнитного поля (Field Reverse Configuration, FRC), отработанная в американской авиакосмической компании «Локхид Мартин». При магнитном удержании плазмы FRC экономит энергию: магнитные катушки расположены так, что утекающая плазма возвращается в плазмоид. Подробности смотрите, щёлкнув здесь. Бета-предел, то есть соотношение плазменного и магнитного давлений, доходит до единицы. Сами плазмоиды, скорее всего, для стабилизации закручиваются относительно оси установки.
Пятый принцип – сокращение тепловыделения всеми возможными способами, включая применение специфического ядерного топлива (дейтерий соединяется с гелием-3), чтобы подавить образование тепловых нейтронов.
Возвращаясь к видеоролику компании Helion Energy, отметим, что с научной точки зрения всё более-менее ясно, а персонал решает чисто инженерные проблемы, такие как создание глубокого вакуума, надёжная герметизация камеры, снижение потерь в магнитных обмотках и кабелях, точное управление полупроводниковыми ключами, оптимизация всей конструкции таким образом, чтобы она выдерживала сильные импульсные нагрузки при разгоне сталкиваемых плазмоидов и при отборе выделившейся после их столкновения энергии. Здесь важная задача – минимизировать физические резонансы, способные разрушить конструкцию, и наоборот довести до максимума электрические резонансы, обеспечивающие эффективную передачу энергии.
На видео инженеры компании рассказали о том, как подбираются материалы для изготовления деталей камеры. Необходимо исключить тяжёлые химические элементы, ионы которых будут загрязнять плазму. В кадре вы увидите разобранный предыдущий прототип установки (проект Trenta, шестой по счёту) с металлической камерой, текущий же прототип (Polaris), который проходит интенсивные испытания, имеет камеру из кварцевого стекла.
Управление полупроводниковыми ключами выверено с точностью до наносекунды, а сами импульсы длятся микро- и миллисекунды. Оптоволоконные кабели, используемые для подключения датчиков и передачи команд управления, по длине отмерены с точностью до дюйма. А теперь предлагаем читателю посмотреть видеозапись с русскими титрами.
В задел на будущее персонал Helion Energy тестирует электромагниты разных конструкций и размеров на предмет максимальной импульсной мощности, потерь, долговечности и других параметров при огромных рабочих токах. Силы, воздействующие на электромагниты, исчисляются многими тысячами тонн. То есть компания оценивает перспективы масштабирования энергоустановки по мощности.
Теги: ядерный синтез стучится в дверь энергетики, устройство и работа энергоустановки Helion Energy, ядерный синтез: шаг за шагом.
______________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.