Перспективы человечества с термоядом

[Kaiserfrogling]

Есть проблема. Такого преобразователя нет и скорее всего вообще не может существовать.

Давай вспомним "Fundamental limitations on plasma fusions systems not in thermodynamic equilibrium" Thesis, Todd Rider, June 1995?
Во-первых, тормозное излучение можно использовать для радиолиза воды. Прямой - с кпд около 18-30%, на порошковом катализаторе - около 50%, на нанопористом катализаторе - до 80%.
Проблема тут не в КПД, а в большой опасности образующегося гремучего газа.

Второе, тормозное излучение слишком горячее для классического фотоэффекта, но вполне подходящее для эффекта Оже.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Оже
Правда, Райдер в 1995 году насчитал что по технологиям того уровня, многослойный преобразователь на эффекте Оже будет инженерно очень сложен и экономически неэффективен.
Однако с тех пор нанотехнологии шагнули далеко вперед.
Вот патент на многослойный Оже-преобразователь.
https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/description?CC=US&NR=2013125963A1&KC=A1&FT=D&ND=&date=20130523&DB=&locale=en_EP

[crazy_terraformer]

Похоже эффективный термояд может быть только в бомбе. Т.е. наиболее реалистичны КВС.

[Kaiserfrogling]

Похоже эффективный термояд может быть только в бомбе. Т.е. наиболее реалистичны КВС.

Я три раза давал ссылку на практический эксперимент с КВС, в результате которого многотонная пробка взрывокамеры пролетела 800 метров. Говорил что мы даже в теории не знаем таких материалов, которые без ущерба могли выдерживать такие перепады температуры и давления.
Но похоже, меня не поняли, или не захотели понимать.

[crazy_terraformer]

А Вы не желаете понять, что камера может быть гигантской, типа  карьера "Мирный" с крышкой и вакуумированной.  Карьер имеет глубину 525 м и диаметр 1,2 км.
Т.е. бетонируем дно, устанавливаем теплоотводящую систему и антирадиационное обновляющееся абляционное покрытие(графит в густом органическом масле?), систему сбора материала остатков термоядерного заряда и прочего мусора, вакуумные насосы накрываем полусферообразной крышкой(включающей в себя теплоотводящую систему и антирадиационное покрытие) высотой 500-525 м. Встраиваем систему подачи термоядерных зарядов в центр полости и вакуумируем(до форвакуума?)

[MenFrame]

А Вы не желаете понять, что камера может быть гигантской,

Тогда какое это отношение будет иметь к эффективному термояду?

[crazy_terraformer]

А Вы не желаете понять, что камера может быть гигантской,

Тогда какое это отношение будет иметь к эффективному термояду?

Она сможет отбить затраты на сооружение и не требовать для своего сооружения в отличие от прочих термоядерных реакторов много редких элементов, дорогих сплавов и композитов, наноструктурированных материалов. Кроме того можно использовать уже созданные человеком или природой карьеры и котловины, а при необходимости их углубить и расширить термоядерными взрывами.
КВС - это источник энергии для синтеза вторичных энергоносителей и др.производств, требующих большой электрической мощности(электрометаллургия, синтез аммиака и азотной кислоты, азотных удобрений и т.д.)

[MenFrame]

Она сможет отбить затраты на сооружение

А может и не отбить если срок службы будет маленьким из-за динамических нагрузок.

для своего сооружения много редких элементов в отличие от прочих термоядерных реакторов.

Кто сказал что нужно много редких элементов? Для магнитов будут использовать высокотемпературные сверх проводники скажем типа оксида иттрия-бария-меди. Редкими эти элементы не являются. Для материала первой стенки нужен бериллий. Но его много не надо, это может быть напыление. В теории его можно заменить на литий. Такие работы ведутся.  Бериллий также нужен для размножения нейтронов, что бы КВ бланкета был высокий. Но тут расходы на уровне топлива.

КВС - это источник энергии для синтеза вторичных энергоносителей и др.производств

Пока фэнтезийный.

[crazy_terraformer]

Это пока фэнтезийный.

[crazy_terraformer]

Она сможет отбить затраты на сооружение

А может и не отбить если срок службы будет маленьким из-за динамических нагрузок.

в
Это если возиться с натрием и уменьшать размер взрывной камеры, в форвакууме же термоядерный взрыв даёт в основном электромагнитное излучение и ЭМИ. Они будет испарять и диссипировать на атомы и молекулы графитово-органическую смазку, чем больше камера, тем меньше поток мощности на квадратный метр стенки, а следовательно меньше динамическое воздействие испаряющейся смазки и испарившихся компонентов термоядерного заряда.
Форвакуум

Форвакуум (нем. Vorvakuum, от vor — «впереди, перед» и лат. vacuum — «пустота») — предварительный вакуум, состояние газа при предельном остаточном давлении от 1 до 10−3 мм рт. ст.[1] (100-10−1н/м²). Создаётся в вакуумной системе форвакуумными насосами перед включением высоковакуумных насосов и поддерживается на выпуске последних.
В атмосфере Земли подобные давления достигаются на высотах порядка 50—80 км от поверхности планеты.

Ядерный_взрыв

Атмосферный высотный взрыв: более 10—15 км, но чаще считается на высотах 40—100 км, когда ударная волна почти не образуется.

Высотный взрыв по своим проявлениям занимает промежуточное положение меж воздушным и космическим. Как при воздушном взрыве ударная волна образуется, но настолько незначительная, что не может служить поражающим фактором, на высоте 60—80 км на неё идёт не более 5 % энергии. Как при космическом световая вспышка скоротечна, однако намного ярче и опаснее, на световое излучение уходит до 60—70 % энергии взрыва. Электромагнитный импульс опасных для радиотехники параметров при высотном взрыве может распространяться на сотни километров

[AlexAV]

Но его много не надо, это может быть напыление.

Напылением там не отделаешься. Плазменная эрозия первой стенки очень сильная. Толщина бериллиевого слоя будет масштаба нескольких миллиметров.

Бериллий также нужен для размножения нейтронов, что бы КВ бланкета был высокий.

Учитывая на сколько это дефицитный элемент - это совсем нехорошо.

В теории его можно заменить на литий. Такие работы ведутся.

Да, но это возможно не везде.

Для магнитов будут использовать высокотемпературные сверх проводники скажем типа оксида иттрия-бария-меди

Медь и иттрий достаточно редкие. Не как серебро конечно, но после исчерпания месторождений оба станут серьёзной проблемой. Опять же ВТСП на базе медных керамик быстро деградируют под действием нейтронов (борид магния тоже). Тут как бы не оказалось, что всё кроме станнида ниобия не годится. Здесь ведь есть требования не только на свехпроводящие свойства (т.е. критический ток и поле), но и на такие эксплуатационные характеристики как радиационная стойкость. Для опытных установок, которые работают часы, это не важно, но для промышленного реактора станет критической проблемой.

Кто сказал что нужно много редких элементов?

Кроме материала сверхпроводящих обмоток и бериллия ещё пожалуй вольфрам, там на ряд элементов приходится такая тепловая нагрузка, что никакой другой материал не выдерживает. Ну и гелий конечно (для обеспечения достаточных полей он совершенно необходим для охлаждения обмоток даже если они будут изготовлены из ВТСП).

[MenFrame]

Это если возиться с натрием и уменьшать размер взрывной камеры,

Так нужно возиться с уменьшением камеры, что бы сделать прокет окупаемым.

в форвакууме же термоядерный взрыв даёт электромагнитное излучение и ЭМИ.

Которое будет аблировать поверхность и порождать звуковую волну, которая будет выводить из строя стенку. К тому же поддержание вакуума это еще нехилое удорожание системы особенно учитывая большой объем.

[crazy_terraformer]

Новую внутреннюю стенку можно  наклеивать и напылять после каждого взрыва или серии взрывов, перед этим откачивая кипящее озеро или пары, образовавшиеся из материалов предыдущей. Эти пары и кипящая жидкость играют роль дополнительного теплоносителя.

[-Asket-]

Low Boom Flight Demonstrator (!? это кто?)

Это демонстратор технологии "тихого сверхзвука":
Перспективный пассажирский сверхзвуковой самолет, разрабатываемый американской компанией Lockheed Martin по проекту QueSST, будет примерно в тысячу раз тише сопоставимого по размерам обычного самолета. Об этом, как сообщает Flightglobal, заявил руководитель прорывных проектов в подразделении Skunk Works Чарльз Чейс. По его словам, ударные волны, образуемые новым самолетом, будут восприниматься наблюдателями на земле как «глухой хлопок автомобильной дверью за несколько домов по улице».
Конечной целью проекта QueSST, в рамках которого и создается новый самолет, является разработка «тихого» сверхзвукового летательного аппарата. Такому самолету будут разрешены сверхзвуковые полеты над населенной частью суши, запрещенные сегодня. Предполагается, что ударные волны от такого летательного аппарата не будут доставлять серьезного беспокойства жителям на земле. Авиационные власти могут разрешить сверхзвуковые полеты над населенной частью суши, если воспринимаемый уровень шума пассажирских самолетов не будет превышать 75 децибел.
https://nplus1.ru/news/2017/03/22/doorslam

[Kaiserfrogling]

Учитывая на сколько это дефицитный элемент - это совсем нехорошо.

Без бериллия можно обойтись, если использовать литий не только в бланкетах, но и как теплоноситель - это дает очень высокий коэффициент размножения.
Однако этот вариант рассматривается в последнюю очередь - тритий, как и два других изотопа водорода, хорошо растворяется в литии, и просачивается в любые щели, и диффундирует сквозь большое количество материалов.
Наверно, единственный вариант когда его можно использовать безболезненно - мюонный катализ, где не нужно ни магнитного удержания, ни лазерной камеры.

[MenFrame]

Медь и иттрий достаточно редкие. Не как серебро конечно, но после исчерпания месторождений оба станут серьёзной проблемой.

Конечно, они будут не бесплатными, но вряд ли они станут ограничением на существование установок миллиардной стоимости.

Кроме материала сверхпроводящих обмоток и бериллия ещё пожалуй вольфрам

Вольфрам нужен для дивертора токамакам и сталераторам. В открытых ловушках он не нужен.

но и на такие эксплуатационные характеристики как радиационная стойкость.

Краткий экскурс в данную проблему говорит что все не так плохо. ВСТП планируется использовать во многих термоядерных системах. В крупных установках типа ДЕМО вообще проблем быть не должно, за счет того что там можно установить хорошую защиту в виде поглотителей тепловых нейтронов. А в малых системах типа ТИН ВСТП вообще без вариантов. Так как запас по температуре у ниобий-олова 1,5 К и с нейтронным нагревом это смотрится ужасно. А ВСТП планируют эксплуатировать при 10-20 К с запасом по температуре в 5-10 К.

Учитывая на сколько это дефицитный элемент - это совсем нехорошо.

Да, но это возможно не везде.

Кстати, возможно тут стоит присмотреться к гелию 3. Применения лития в качестве первой стенки, будет иметь смысл и сточки зрения повышения КПД реактора на открытой ловушке. А большая мощность магнитной системы, дает больший запас на деградацию при пониженном нейтронном потоке.

[AlexAV]

В открытых ловушках он не нужен.

Нужен. Там тоже есть плазмоприёмники на концах с дичайшими (для более-менее крупной установки) тепловыми нагрузками. Без вольфрама едва ли получится обойтись.

ДЕМО вообще проблем быть не должно,

Даже ДЕМО места между первой стенкой и обмотками очень мало. И в этом пространстве должен располагаться тритий-воспроизводящий бланкет, который оптимизируют не на наиболее полное поглощение нейтронов, а на наиболее высокий ТBR, а при этом утечка нейтронов за пределы бланкета получается весьма заметной. Борированный полиэтилен туда ведь не поставишь (иначе тритий будет неоткуда брать). Сверхпроводник в любом случае будет накапливать очень большую дозу. Вообще все эти проблемы вообще могут термоядерный реактор похоронить.  Если обмотки будут слишком быстро деградировать, то такой реактор будет никому не нужен.

Конечно, они будут не бесплатными, но вряд ли они станут ограничением на существование установок миллиардной стоимости.

Да как сказать. Цену по несколько долларов за грамм для меди и иттрия после исчерпания месторождений более чем представима. Сверхпроводников там будет сотни тонн, в такой картине одни эти материалы могут начать приближаться к миллиардной стоимости, полностью похоронив экономику реактора.
 

Кстати, возможно тут стоит присмотреться к гелию 3.

У нас пока даже рабочего D-T нет. А He-3-D предъявляет куда более жёсткие требования и по времени удержания и по требованиям к содержанию примесей в плазме.

Есть и принципиальные проблемы. Скажем без селективной откачки золы он вообще работать не будет: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/34667 , а это на самом деле не просто (и не факт, что вообще решаемо). Проблема в чем. Отношение M/z для He-4 и D почти одинаковое, а это значит, что никаким воздействием на плазму (в бесстолкновительном приближение, однако только этот случай нас тут и интересует) нельзя эффективно удалять He-4 не удаляя дейтерий. Можно теоретически вести селекцию по энергии (как предлагают авторы статьи, на которую я сослался выше), но тут тоже проблема. Если мы удалили ион примеси из объёма плазмы - это не значит, что мы его удалили из реактора, она может столкнуться со стенкой, нейтрализоваться, и вернуться в плазму (уже как медленная частица, которые селективно удалить будет практически невозможно). Задача селективного удаления золы из реактора вообще может не иметь технически реализуемых решений.

Есть и теплофизическая проблема. Большую часть энергии такой реактор будет выделять в виде тормозного и синхротронного излучения, которые будут поглощаться тонким внутренним слоем первой стенки. И тут возникает противоречие. Для обеспечения термодинамически эффективного преобразования её температура должна быть максимально высокой, однако у лития и бериллия с ростом температуры быстро растёт давление паров. Это делает температуры более ~300 градусов  для системы литиевой первой стенкой едва-ли приемлемой (он начинает испаряться в вакууме слишком сильно), что не очень хорошо в плане возможного достижимого КПД (температура производимого пара неизбежно будет на несколько десятков градусов ниже температуры первой стенки). Для бериллия этот предел будет на несколько сотен градус выше (что уже лучше). Кроме того, возможность теплообмена через первую стенку будет ограничивать возможные размеры и мощность реактора.

В общем тут есть свой круг проблем (некоторые из которых принципиально отличаются от тех, которые имеются для D-T реактора, но от этого не проще), а перспективы пока не ясны.

[MenFrame]

Там тоже есть плазмоприёмники на концах с дичайшими (для более-менее крупной установки) тепловыми нагрузками.

Там приемники плазмы находятся вне реактора, потому проблему можно решить технически. Например сделать приемники в виде стенки из жидкого металла. Распределить энергию по большей площади, организовать более качественный теплосъем.

Даже ДЕМО места между первой стенкой и обмотками очень мало. И в этом пространстве должен располагаться тритий-воспроизводящий бланкет, который оптимизируют не на наиболее полное поглощение нейтронов, а на наиболее высокий ТBR, а при этом утечка нейтронов за пределы бланкета получается весьма заметной. Борированный полиэтилен туда ведь не поставишь (иначе тритий будет неоткуда брать). Сверхпроводник в любом случае будет накапливать очень большую дозу. Вообще все эти проблемы вообще могут термоядерный реактор похоронить.  Если обмотки будут слишком быстро деградировать, то такой реактор будет никому не нужен.

Тем не менее использование ВСТП там рассматривают. Ну и как вариант на худой конец, можно использовать Алюминиевый проводник очень большого сечения. Для энергетического реактора может это будет не выгодно, но для наробтчика топлива должно подойти. Особенно если это в открытой ловушке делать где геометрия и бета позволяет.

Цену по несколько долларов за грамм для меди и иттрия после исчерпания месторождений более чем представима.

При комплексном извлечении редких элементов из бедной руды повышение цен до уровня золота-серебра сейчас маловероятно. То есть если посчитаем сумму всего бедного что там есть, то окажется что щебенка не такая уж и бедная.

Скажем без селективной откачки золы он вообще работать не будет: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/34667 , а это на самом деле не просто (и не факт, что вообще решаемо).

Для начала нужно сказать что амбиполярное удержание само по себе селективно удерживает золу, потому оно для гелиевого реактора плохо подходит. Сейчас развивают другие направление продольных потерь, которое таким недостатком не страдают.

[AlexAV]

При комплексном извлечении редких элементов из бедной руды повышение цен до уровня золота-серебра сейчас маловероятно. То есть если посчитаем сумму всего бедного что там есть, то окажется что щебенка не такая уж и бедная.

Скорее неизбежно. Извлекать всё комплексно по большей части не возможно по той причине, что извлечение каждого компонента требует своего специфического процесса, который исключает извлечение других.  Если мы извлекаем медь - извлечение РЗЭ будет затруднено, и наоборот. Попросту по той причине, что это будет делаться по разному, с использованием разных технических процессов и реактивов. В действительности будут узкие группы элементов, которые могут эффективно извлекать совместно, а всё остальное будет уходить в отвал.  По большей части это всего три группы элементов (не считая тех которые могут извлекаться из морской воды).

Железо и всё что можно извлекать попутно с ним (конкретный список тут зависит от того способа, которым будет извлекаться само железа, список тут может быть от единственного пункта - марганца при использование селективных методов выщелачивания, до широкой группы легко восстанавливаемых металлов при прямом карботермическом восстановление из расплава породы).
Алюминий и всё, что извлекается вместе с ним. И продукты переработки тяжёлой фракции песков. Что туда не попадёт - будет вообще практически недоступно.

Для начала нужно сказать что амбиполярное удержание само по себе селективно удерживает золу, потому оно для гелиевого реактора плохо подходит.

Если Вы обратили внимание там рассмотрены зависимости от поперечных потерь, которые по типу иона неселективны. Судя по этим зависимостям проблема золы будет проблемой любой открытой ловушки, а не только амбиполярной.

[MenFrame]

Если Вы обратили внимание там рассмотрены зависимости от поперечных потерь, которые по типу иона неселективны.

Основные потери в открытой ловушке должны быть продольными, в противном случае она просто работать не будет.

Судя по этим зависимостям проблема золы будет проблемой любой открытой ловушки, а не только амбиполярной.

Но для амбиполярной системы эта проблема особенно ярко выражена. Веть зола двояко действует, с одной стороны увеличивает потери энергии, с другой уменьшает мощность реактора.

[AlexAV]

Основные потери в открытой ловушке должны быть продольными, в противном случае она просто работать не будет.

Нет, это не обязательно.

Веть зола двояко действует, с одной стороны увеличивает потери энергии, с другой уменьшает мощность реактора.

Это не для амбиполярного, а вообще для любого. В этом плане тут никакой специфики у амбиполярной нет.

Специфика только в том, что амбиполярный барьер гелий удерживает лучше, чем изотопы водорода, что в контексте выведения золы из реактора не особенно хорошо. Однако, по-сколько результат нельзя улучшить варьированием высоты барьера и величиной поперечных потерь - значит проблема не в этом. Т.е. все выводы будут сохраняться для совершенно произвольной открытой ловушки.