Перспективы человечества с термоядом

[Kaiserfrogling]

Вообще цикл производства не замыкается. КПД преобразования энергии уходящий из плазмы в электроэнергию (почти вся мягкий рентген, который можно преобразовывать только тепловыми машинами) - в лучшем случае около 40%. КПД гиротронов вводящих энергию в плазму процентов 60%, генераторов нейтральных пучков <50%. Итого 4*0,4*0,6 < 1. Т.е. такой реактор обречён потреблять из сети больше электроэнергии, чем производить.

А мнение самого Лоусона тебя не интересует?
Лоусон в своей знаменитой работе отдельно рассмотрел реакторы с дефицитной плазмой, которую нужно поддерживать искусственно (например неравновесную). Для них, Лоусон потребовал чтобы в формулу были включены расходы на поддержание дефицитной плазмы.
Так что Q=4 означает, что расходы на гиротроны уже включены в эту цифру, и второй раз ее считать не надо.

Кроме того,  давай немного посчитаем? Если выходящая в 4 раза превышает входящую, и плазма полностью дефицитна (потребляет 10 кв микроволнами, выдает 40 кв), то для питания такого генератора понадобится около 15кв гиротрон (15 Х 0.6 = 9)
Заявленный в патенте установки ТАЕ энергодефицит значительно ниже (около половины) 

[AlexAV]

Так что Q=4 означает, что расходы на гиротроны уже включены в эту цифру, и второй раз ее считать не надо.

Нет. Буквой Q стандартно обозначают отношение выделившуюся термоядерную мощность к мощности вложенной в плазму, при этом все инженерные вопросы (КПД преобразования энергии плазмы в электроэнергию, КПД гиротронов или генераторов нейтральных пучков и т.д.) в неё обычно не входят. Это показатель протекания процессов в плазме установки, эффективность работы внешней по отношению к плазме обвязки реактора тут не учитывается.

Если в установке  будет стоять вместо гиротрона с КПД 60% лампа бегущей волны с КПД 40%, но собственно плазменная часть останется неизменной - плазменный коэффициент усиления мощности (то что обозначают Q) не изменится.

P.S. Чуть выше допустил ошибку, количество СВЧ энергии, которое сможет произвести реактор по сравнению с вложенной в него - \( (1+Q) \eta_t \eta_r \) (то что мы вложили в плазму также уйдёт на стенки, конечно же, и будет частично возвращено при преобразование в форме электроэнергии), а не  , а не  \( Q \eta_t \eta_r  \). (1+4)*0,4*0,6 чуть больше 1, но незначительно, всё равно обезьяний реактор получается.

[Kaiserfrogling]

Концепция POPS к ним не имеет никакого отношение. Там идея в синфазных колебаниях ионов а параболическом потенциале. Данный тип колебаний к ленгмюровским не имеет отношения от слова совсем.
В одномерной постановке действительно у POPS всё хорошо. В трёхмерной, особенно при учёте нагрева пучка электронами - уже не так очевидно... Однако на самом деле с практической точки зрения это всё достаточно второстепенно, т.е. данная концепция работает только при очень хорошей сферической симметрии системы, что можно добиться только формируя виртуальный катод сферическими сетками, однако потери электронов на сетках в этом случае так велики, что делают данную концепцию заведомо неработоспособной.

И немного новостей.
https://slideplayer.com/slide/13479711/
Improvements to the Periodically Oscillating Plasma Sphere Experiment. A.M. McEvoy, Y. Kim, H.W. Herrmann, (LANL)

Попутно, любопытная работа по рёнтгеновски непрозрачной плазме:
Atzeni, Stefano, and Jürgen Meyer-ter-Vehn. The Physics of Inertial Fusion: Beam Plasma Interaction, Hydrodynamics, Hot Dense Matter.

[cybertron]

После нескольких лет молчания Polywell выступает на конференции

http://www.ennresearch.com/uploads/PDF/Polywell%20Fusion-Park.pdf

[дерево]

При таком сечении      относительные скорости реакций слияния будут иметь такой вид      при постоянном давлении? И преимуществом D-He³ и p-B¹¹ перед D-D является лишь безнейтронность? (точнее малонейтронность для D-He³ при температуре выше 40 кэВ)
А для D-T давление нужно на 2 порядка меньше, чем для остальных?

[MenFrame]

Странная у вас картинка, по ней получается D+D и D+T имеют одинаковую температуру в резонансе.

[дерево]

Странная у вас картинка, по ней получается D+D и D+T имеют одинаковую температуру в резонансе.

Странная, потому и спрашиваю, но она не моя (в сообщении выше ссылка есть).
В другом источнике даже температуры для сечений отличаются в пару раз , и там же есть графики (на них температуры горбов сильно меньше и отличие между горбами чуть меньше) "скоростного" множителя \(\left \langle v\cdot \sigma \left ( v \right ) \right \rangle\). Который, умножая на квадрат плотности (приложенная картинке из [Физическая энциклопедия. т. 5, с. 105]), даёт интенсивность \(n^{2}\cdot \left \langle v\cdot \sigma \left ( v \right ) \right \rangle\). Плотность при постоянном давлении обратно пропорциональна температуре, значит и интенсивность тоже \(\frac{\left \langle v\cdot \sigma \left ( v \right ) \right \rangle}{T^{2}}\) . В этом случае температуры горбов ещё должны уменьшиться, возможно и расстояние между ними, с приходом к подобному виду    .

[MenFrame]

возможно и расстояние между ними, с приходом к подобному виду   

Я про этот вид и говорю...

на них температуры горбов сильно меньше и отличие между горбами чуть меньше

Там просто шкала на порядок разная...

[дерево]

Зависимость (с подписанными осями) мощности (удельной по объёму) от температуры при постоянном давлении нашлась (на весь англоинтернет) лишь на 1-ой картинке (и та перекопирована из какой-то старой книги) в [Fusion Principles. 2017. С. 20]. На ней такие же температура и форма зависимостей, как и на предыдущей странной картинке . На обеих температуры с максимальными мощностями много меньше температур с максимальными сечениями, а температура с максимальной мощностью реакций D-D и D-T почти одинаковая (120...160 млн. К) при том, что температуры резонанса отличаются в ~30 раз.

Эти зависимости (в отличие от сечения) явно показывают практическую эффективность реакций. Видно, что единственные 2 реакция D-D и p-B¹¹ с большими запасами топлива требуют давление в 10...14 и 20...23 раз выше, чем D-T, а безнейтронная p-B¹¹ ещё и температуру в ~15 раз выше, около 2 млрд. К.

(кликните для показа/скрытия)

Мощности меньше в 100...200 и 400...500 раз, но мощность пропорциональна квадрату плотности, которая пропорциональна давлению.
Лития-6 для производства трития немного на фоне урана и особенно тория, а гелия-3 вообще нет, поэтому и написал "единственные 2".

Там просто шкала на порядок разная...

Везде кэВ.

[MenFrame]

На обеих температуры с максимальными мощностями много меньше температур с максимальными сечениями, а температура с максимальной мощностью реакций D-D и D-T почти одинаковая (120...160 млн. К) при том, что температуры резонанса отличаются в ~30 раз.

Так может эта картинка бред? Ошибка рисовальщика.

[MenFrame]

http://www.atomic-energy.ru/news/2018/09/27/89156
Что это за зверь интересно?

[Kaiserfrogling]

Что это за зверь интересно?

Этот?
https://www.researchgate.net/publication/327707923_Record_indoor_magnetic_field_of_1200_T_generated_by_electromagnetic_flux-compression

[cybertron]

Видео эксперимента:

https://youtu.be/Hsu6FG_3adU

[Kaiserfrogling]

Видео эксперимента:

Эксперимент любопытный, но вот цель? Этот представитель печально знаменитой семьи дона Корлеоне Пинчоне - далеко не самый простой и дешевый способ получить Д-Т термояд.
А для п-б 1200 Т маловато, нужно порядка ляма. Причем и лазеры и фокус-пинчеры уже получили бОльшие результаты:
https://en.wikipedia.org/wiki/Aneutronic_fusion#Power_balance

In megatesla magnetic fields a quantum mechanical effect might suppress energy transfer from the ions to the electrons.[20] According to one calculation,[21] bremsstrahlung losses could be reduced to half the fusion power or less. In a strong magnetic field cyclotron radiation is even larger than the bremsstrahlung. In a megatesla field, an electron would lose its energy to cyclotron radiation in a few picoseconds if the radiation could escape. However, in a sufficiently dense plasma (ne > 2.5×1030 m−3, a density greater than that of a solid[22]), the cyclotron frequency is less than twice the plasma frequency. In this well-known case, the cyclotron radiation is trapped inside the plasmoid and cannot escape, except from a very thin surface layer.

While megatesla fields have not yet been achieved, fields of 0.3 megatesla have been produced with high intensity lasers,[23] and fields of 0.02–0.04 megatesla have been observed with the dense plasma focus device.[24][25]

[cybertron]

цель?

Еще один инструмент. Может он окажется удобнее. И вдобавок длительность существования созданного поля в 1000 раз дольше чем в созданном лазерами - 100 микросекунд против наносекунд.

[Kaiserfrogling]

Еще один инструмент.

Ну пока что у лазеров прогресс идет хорошо, по части взаимодействия продуктов горения с ионами Райдер похоже все таки ошибся
https://www.researchgate.net/publication/303293228_Avalanche_proton-boron_fusion_based_on_elastic_nuclear_collisions

[Kaiserfrogling]

Все свои расчеты по охлаждению плазмы он слил у Спитцерса, и присобачил к поливеллам не интересуясь - подходят ли они к немаксвелловской плазме или нет?

Я вот часто "сливаю" у Ньютона, Максвелла, Энштейна и ещё многих других и совесть меня за это почему-то не мучает. Формулы Спитцера для процессов переноса и энергообмена - вообще-то классика физики плазмы. Если тебе студент на экзамене их не может ответить - его полагается выгнать, так сказать до момента просветления. Было бы более удивительным, если бы при анализе термоядерной плазмы ими не пользовались.

Несколько слов вдогонку. Модель Спитцера не единственная, для тех кто знает английский и физику:
http://www.thepolywellblog.com/search?updated-max=2018-09-17T18:27:00-07:00&max-results=7
Кому лень - модель Спитцера подходит к плазме как заряженному идеальному газу, модель Альвена - как заряженной жидкости. Но увы, у обоих моделей есть границы применимости.
Чтобы сократить число "слепых мест", была создана компьютерная модель Particle in Cell
https://en.wikipedia.org/wiki/Particle-in-cell
Не буду перехваливать эту модель - "слепые места" есть и у нее, но их меньше чем у Спитцера и Альвена. Похоже на смену ей скоро придет широкая квантовая модель, впрочем это скромное предположение.
Но даже в рамках Particle-in-cell расчеты Райдера выглядят достаточно сомнительно:
https://arxiv.org/abs/1101.3701
An Energy- and Charge-conserving, Implicit, Electrostatic Particle-in-Cell Algorithm
Guangye Chen, Luis Chacón, Daniel C. Barnes

[EmperioAf]

Все проще! Планету можно охлаждать  установив непрозрачное для солнечных лучей вещество между Землей и Солнцем.

[дерево]

       Th²³² и U²³⁸ дают (после превращения в U²³³ и Pu²³⁹) в среднем 182 МэВ (с учётом продуктов 191 МэВ) на ядро или 75 ТДж/кг. Если разведанных месторождений урана 5,5 Мт экономически выгодных или 35 Мт экономически невыгодных, то суммарные с торием составляют соответственно ~33 Мт или ~210 Мт, что соответствует энергозапасам ~2,5 ИДж или ~15,7 ИДж (И — иотта = 10²⁴).
       D+T даёт 17,6 МэВ на пару ядер. Доступным источником трития является Li⁶ (которого 7,5% в природном литии, месторождения которого 16 Мт экономически выгодных или 65 Мт экономически невыгодных), которого лишь 1,2 Мт или 4,9 Мт, что соответствует энергозапасам ~0,34 ИДж или ~1,4 ИДж.
       То есть энергозапасы месторождений ядерного топлива деления в 7...11 раз больше, чем термоядерного D+T. И даже если учесть не только месторождения, а всё содержание в земной коре (которое у атомов Li⁶ в 4 раза больше атомов Th²³²+U²³⁸), то на тритиевом топливе энергозапасы в ~2,5 раза ниже.
       Таким образом у D+T не видно перспектив с точки зрения обеспечения энергией человечества, особенно учитываю очень большую сложность (до сих пор не реализовано) получения контролируемой полезной термоядерной энергии на фоне ядерной деления. Для изолированных станций тоже не видно преимуществ, так как проще и легче будет ядерный реактор деления, чем ТЯР. Исключением могут стать планеты или астероиды, где концентрация D+Li⁶ много больше Th²³²+U²³⁸, но существуют ли такие?
       Но у D+T по сравнению U²³³ или Pu²³⁹ в ~5 раза большая удельная энергоёмкость — 350 ТДж/кг. Также у ТЯР может получится КПД ощутимо больше, чем у ЯР деления. Это становится важным преимуществом, когда масса топлива начинает превышать массу реактора. Что может потребоваться лишь для космических аппаратов разгоняемых до скоростей >0,01·c , которые при межпланетных перелётах ненужны и даже невозможны, так как разогнаться до такой скорости на межпланетном отрезке не получится из-за ограничения удельной мощности реактора. Таким образом D+T кажется перспективным лишь для межзвёздных полётов.

       Энергозапасы на He³ ещё на порядки меньше, на Земле его нет. И на Луне почти тоже, точнее имеющиеся там <0,015ppm в верхнем слое, соответствующие < 0,015ppm·1,8·10¹³[м²]·3,1[т/м³] < 1 млн[тонн/метр глубины] незначительны, особенно на фоне земных >20 ppm Th²³²+U²³⁸ в гранитах.

       А вот месторождения бора составляют миллиард тонн, и в земной коре атомов B¹¹ на порядок больше атомов Th²³²+U²³⁸. Также в мировом океане атомов D в 2,5 раза больше атомов Th²³²+U²³⁸ в земной коре. Следовательно на D+D и P+B¹¹ топливе энергозапасы уже многократно превышают таковые у ядерного деления. Но непонятно реализуемы ли реакции D+D и P+B¹¹ с полезным энерговыделением, учитывая в ~200...500 раз их большую сложность по сравнению с до сих пор полезно нереализованной D+T.

[crazy_terraformer]

А как насчёт КВС, где можно взрывать термоядерные заряды и нарабатывать тритий из дейтерия и бора-10, обеспечивая независимость такого рода термояда от наличия лития?
Сделать гигантский КВС и взрывать термоядерные(триггер ядерный заряд из Pu-239 илл U-233) слойки из перемежающихся слоёв дейтерия с небольшой примесью трития и U-238 и природного тория. Одновременно нарабатывать тритий(из термоядерного топлива, и из дейтерированного пластика, а также соединения бора-10 входящего в состав конструкционных материалов или внешнего покрытия устройства)  и ядерное топливо(Pu-239 и U-233).