Ядерная энергетика будущего

[santax2]

При  подрыву рудных месторождений в 50 годах прошлого века  бризантность химической взрывчатки оказалась выше бризантности ядерного заряда.

Да дело здесь даже не в бризантности: у нас же не заряд в полости, а несколько десятков или сотен метров жижи - что она сможет передать в виде ударной волны, то и передаст.
ЗЫ: а кто-нибудь знает, какой минимальный термоядерный заряд с нормальным КПД?

[alex_semenov]

По-хорошему, надо бы дождаться официального подтверждения достижения, которое действительно тянет на Нобелевку. Но сначала надо дождаться, а то как бы не выяснилось в итоге, что неправильно энерговыход посчитали.

https://www.rbc.ua/ukr/news/zastosuvannya-potribni-desyatirichchya-chomu-1670958196.html

"ИМЯ, СЕСТРА, ИМЯ!!!!" (С)
то есть, СКОКА?!!!
Q, какое?
Q=1.52 (к примеру) или 1.0034 (опять же как пример)?
Мы (прогрессивное человечество) к финишу заветному превышению Q>1 ПРИБЕЖАЛИ или ДОПОЛЗЛИ из последних сил?
Вот что интересно же!


А вообще событие, по идее эпохальное. Как высадка на Марс, наприер. Даже в чем-то круче.
Ладно меня всю жизнь кормили обещанием, что через 20 лет зажжом (как ди-джей дикотеку).... И так пол века "завтраков"...
Главный нюанс.
17 ноября  исполнилось 92 года Джону Наколлсу John Nuckolls. Отцу идеи инерционного термоядерного синтеза.



Дожил до Q>1 таки... Возможно уже и не чаял?
Но не всем по нынешним временам так везёт.

Ну шо? Завтраки кончились? Нифовцы, формально, обогнали команду итеровцев?
Теперь ждём обедов (бесплатных)?
Минимально необходимый для энергетики (или звездоплавания) Q~ 100.
Наколлс, в своих самых первых теоретических выкладках показывал, что  Q=1000 можно из DT "капли" высечь аж бегом.
Гладко было на бумаге...
Обещания "через 20 лет зажечь" кончились, теперь начались "через 10 лет дадим стране угля"?

[Rattus]

Q, какое?

Сейчас Q в эксперименте на NIF достиг значения 1,54... Рекорд общеевропейского токамака JET, установленный еще в 1997 году — Q = 0,7. Остальные типы устройств, например стеллараторы или открытые ловушки, не дотягивают и до Q = 0,01 на границе плазмы.
Однако с инженерной точки зрения эти показатели не очень существенны, поскольку важен баланс затраченной и полученной электроэнергии. И в этом смысле NIF пока прилично уступает передовым токамакам, его Q_en (Q инженерное, измеряемое в электроэнергии) = 0,0027 против Q_en токамаков = 0,1.

[alex_semenov]

Впервые в истории

А я все думал - когда уже это вселенское откровение наконец-таки сюда запостят? Ну теперь вокруг  лампы Алладина всенародные гуляния будутъ - наконец-то он принес больше тыщи монет... А если серьезно - позовите меня когда хотя бы EROI сего чуда хотя бы до пяти достанет - серьезные разговоры только с этой отметки начинаются...

Если без конспирологии (а без нее в наше время разве еще можно?) то именно ОСОЗНАНИЕ, что "царской дороги" к УТС нет, и каким бы путём ты не шёл к этой мечте, отдельные тернии СТИРАЮТ НАЧИСТО всю первоначальную идею (энергетическая шара, счастье, всем, задаром, и путь никто не уйдет обиженным!!!), и привело к тому, что любые исследованя в области УТС, начиная с середины 80-х годов рассматриваются исключительно как чисто академическая дорогостоящая забава и бабла на нее отваливать, поэтому, всякие там конгрессмены ну очень не спешили (на что термодерщики последние 30 лет ну очень сильно ругались).

Я думаю тихая КАТАСТРОФА (гибель мечты... не так... терпение лопнуло, эм... тоже не так, клиент начал нервничать и что-то понимать на самом деле) произошла именно тогда. Когда выяснилось, что и лазерный инерционный термояд - такая же по-сути дорогая и сложная ЖО-ПА (японский термин) как и магнитный.
Там кстати, тогда же произошло забавное. Бур в стакане (нервы не выдержали напряжения!!!). Помните? С подобной же мистификации УТС и начинался, кстати, в Бразилии, где живёт много диких обезьян и ... беглых эс-эс-овцев... в конец 40х и начале 50х. Забытая история, поучительная! И первая и это последняя...
Но не суть.
Магнитчики тогда, в 80х (во всяких книжках научно-популярных, исписанных формулами) покровительственно похлопывали по плечу молодых собратьев, лазерщиков, мол, а как же вы хотели? Нет царской дороги к термояду! Мы намучались? И вам - ту же чашу испить...
Но именно эта "мудрая" мысль и сломала хребет верблюду терпение у тех, кто еще надеялся на термоядерное энергетическое Эльдорадо. Первый удар случился к концу 60х, когда во всех  магнитных ловушках по мере повышения температуры и мощности поля, начали как головы гидры вырастать всё новые и новые неустойчивости. Хотя было ясно, что ГОЛОВЫ ГИДРЫ можно все отсечь... но чего это будет в итоге стоить? Магнитный термояд не обещал ЛЁГКОГО пути к энергетическому изобилию. То есть неограниченному источнику энергии с высоким EROIE.
Я, подозреваю (хотя это пока покрыто тайной) именно это понимание и заставило кое-кого "вскрыть кубышку". В 1972-м Джон Наколлс публикует в "Природе" статью, которая срывает мозг всем (и советским секретчикам в том числе). О другом, БОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНОМ подходе к УТС. Инерционном.
И все 70-е идет бурный бум. Мол, мы сразу неверно взяли курс! Делаем ма-а-а-а-хонькие термоядерные бомочки и тем самым обдурим природу! Найдем лазейку к дешовой КАРМАННОЙ термоядерной энергии. Вроде как и взрыв (термоядерный) а вместе с тем и чисто лабораторный. Мини-мини!
100 кДж вложили, 10 МДж - получили.
Но к началу 80-х... стало ясно что и тут лезут почти те же "головы гидры" и минимальная энергия лазера быстро подскочила до 1 МДж... Появился хольраум... То есть РАСПЛАТА за равномерность обжатия дополнительной мощностью. Потом началась вообще фигня. Опыты на ядерных полигонах по отведению рентгена от ядерного взрыва и попытки понять каой минимальной мощности должен быть НА ПРАКТИКЕ драйвер (серия тестов "Центурион" и "Галит") привели к обескураживающей цифре (конец 80х). Это всё осталось под грифом "секретно", но в прессу утекла информация, что опыты показали, мол, каплю поджечь (Q>1? или Q~100?) можно только 100 МДж. И меньшей мощностью просто НЕ ПОЛУЧАЛОСЬ!
Мы не знаем деталей экспериментов. А в них - чёрт. Но самые оптимисты (и сам отец идеи Наколлс) продолжали настаивать на возможности зажечь от ~ 1 МДж. Именно под эту, теперь уже СОМНИТЕЛЬНУЮ идею (не только под нее, конечно) и построили супердорогой NIF.
И вот... Они таки доползли (вряд ли добежали) к финишу. Мишень возвращает больше чем берёт.
Кстати, насколько я могу судить, сама мишень возвращает уже куда больше, ибо еще год назад (имено под новый год) именно из мишени получили больше чем она взяла. Этакий промежуточный Q' >1. Теперь, видимо Q>1 посчитали по  энергии луча (то есть и с потерями в хольрауме) как и принято считать Q.
Однако, что дальше?
Я уже перестаю удивляться.
Когда-то я поставил крест на пилотируемой космонавтике (в начале нулевых), полагая, что ей будет приходить постепенно планомерный писец. А нет! Появиля нездоровый "коммерческий бум".  Вернее не так. Сначала был придурковатого вида Буш-младший, который объявил, что мы, нация, возвращаемя на Луну. Меня это сильно удивило. Откуда дровишки? Не должно же (по моим теориям) ничего такого быть! Оказывается! Это у них семейное... Но не суть. Далее появился ушастый Обама и всё попытался не просто сломать, но пустить на новые рельсы! Появился "коммерческий" космос. В итоге Маск и мы видим что даже бушева SLS к Луне вернулась. И теперь планов- громоздье! Хотя опять же "через 10 лет"
То есть.
Такое ощущение, что хотя ТЕНДЕНЦИЯ именно такая, что прогресс при глобализации вырождается в ноль, но чистого ноля (как в термодинамике) быть не может. И всё время возникают там в районе "полной безнадёги" некие "квантовые флуктуации".
Ну вот, американцы не просто на Луну слетали (как бы) опять, но и ручной термояд таки вроде как  чисто формально зажгли!
То есть, сказать что все обещания (космос, энергетика) полностью слиты - нельзя.
Врач не сказал "в морг". Сказал, что пока в реанимацию!
Запасёмся попкорном!
А что остается делать?

[alex_semenov]

Q, какое?

Сейчас Q в эксперименте на NIF достиг значения 1,54... Рекорд общеевропейского токамака JET, установленный еще в 1997 году — Q = 0,7. Остальные типы устройств, например стеллараторы или открытые ловушки, не дотягивают и до Q = 0,01 на границе плазмы.
Однако с инженерной точки зрения эти показатели не очень существенны, поскольку важен баланс затраченной и полученной электроэнергии. И в этом смысле NIF пока прилично уступает передовым токамакам, его Q_en (Q инженерное, измеряемое в электроэнергии) = 0,0027 против Q_en токамаков = 0,1.

Спасибо Ратус! Да, как раз тут (в приведенной вами цитате) всё содержательно-толково (в отличии от предыдуших мурзилок совсем для дебилов). Так и есть. И NIF вырвался вперёд "к концу первого круга", "чисто по очкам". Нет убедительной победы над соперниками. До окончательного финиша у соперников шансы "по очкам" всё же больше. Драма нарастает!

1,54 (я почти угадал "на глаз" верхний предел) - это очень хорошо! Молодцы! Результат уверенный!
Но что плохо (уже из статьи по ссылке)?
Я как-то привык считать энергию лазера как 4.2 МДж, побольше (не учёл что много падает на делители длины волны) и считал что у установки еще есть запас  (на будущие эксперименты).
Но тут  взяли 114% от того что она дает "по паспорту".
Вывели лазеры "на форсаж"! Выжали из установки всё возможное...
Это значит что?
Новую установку надо строить для движения дальше?
То есть из старой установки выжали таки результат, что бы попросить на новую?
Если так, то шума теперь в прессе будет очень много.
Без шума и заоблачных обещаний на новую бабки не дадут!

[alex_semenov]

ЗЫ: а кто-нибудь знает, какой минимальный термоядерный заряд с нормальным КПД?

Не понятен вопрос. Но ответ дам. 
Под КПД вы понимаете степень выгорания топлива? Тогда какого? Там их два. В первичке - делящийся материал. Во вторичке - термоядерное горючее. У обоих типов могут быть очень разные степени выгорания в зависимости от мощности всего устройства.
С понижением мощности хуже всего ситуация у первой ступени (триггера).
Высчитать долю выгорания (для разрных мощностей триггера) можрно из этих графиков (для плутония и оралоя):



Так учитывая, что калорийность плутония и урана (грубо) 17,6 кт/кг, то, например, в самом продвинутом триггера мощностью в  0.1 кт по этому графику (крайняя левая точка) вы получаете выгорание 0,00568 кг и от 0.7 кг (см. график) плутония это 0,8%
А для ядерного заряда в 20 кт вам потребуется зарядит в самое продвинутое устройство где-то 2.3 кг плутония (см. график). Но 20 кт это полностью выгоревшие 1.136 кг топлива. Значит коэффициент выгорания тут 49% Почти 50%. Это без вариантов бустированный заряд. Это уже очень круто (предельно круто как для деления).
Что с термоядерной ступенью?
Даже в первых устройствах выгорало 20-25% "лидочки".  Нормой в мегатонках (скажем w-47) было выгорание 30%. Но, скажем, технология RIPPLE  (адиабатическое сжатие, отсутствие темпера и свечи) обещала вообще 75 и более процентов выгорания дейтерия или "лидочки".
А зачем вам эти параметры?
Если вы будете взрывать в ЗАКРЫТЫХ полостях (да еще и предназначенных для многоразового проведения там взрывов), то любое не сгоревшее ядерное или термоядерное топливо остается внутри. И будет подвержено извлечению и возврату в технологический цикл. То есть для подобных промышленно-энергетических зарядов эффективность выгорания любого из двух видов топлива не имеет вообще особого значения. В чем и прикол. Неиспользованное топливо никуда не теряется (ну разве что потери рициклинга, который не может быть полным?). Более того, избыточные термоядерные нейтроны (от горения дейтерия) сам бог велел использовать для наработки делящихся материалов (оружейного качества) и в итоге после каждого взрыва у вас не уменьшается количество оружейного материала, а увеличивается. В этом и "проблема" подобных установок. Они производят слишком хорошее (оружейное) и очень дешёвое (нейтроны для трансмутации - термоядерные) и к тому же очень обильно боевые делящиеся материалы. Один такой КВС произведёт столько качественного и дешевого оружейного плутония, что все потуги за его контролем со стороны МАГАТЭ накроются медным тазом.
Такой КВС еще и тритий будет поставлять в немерянных количествах. Как недогар термоядерных ступеней. В общем, слишком хорошая технология. Её тупо боятся развивать.

[pkl]

По-хорошему, надо бы дождаться официального подтверждения достижения, которое действительно тянет на Нобелевку. Но сначала надо дождаться, а то как бы не выяснилось в итоге, что неправильно энерговыход посчитали.

https://www.rbc.ua/ukr/news/zastosuvannya-potribni-desyatirichchya-chomu-1670958196.html

А вообще событие, по идее эпохальное. Как высадка на Марс, наприер. Даже в чем-то круче.

Применительно к ЛТС я вообще не думал, что это когда-нибудь станет возможным. А эта новость изрядно воодушевила.

Что действительно подкупает в ЛТС, так это его технологичность. Токамаки где-нибудь на Луне или на Марсе я себе представляю со всё большим и большим трудом. А лазерные установки... тут есть над чем призадуматься.

[pkl]

Спасибо Ратус! Да, как раз тут (в приведенной вами цитате) всё содержательно-толково (в отличии от предыдуших мурзилок совсем для дебилов). Так и есть. И NIF вырвался вперёд "к концу первого круга", "чисто по очкам". Нет убедительной победы над соперниками.

Для нас на текущий момент знаете, что важно? Задача уверенно решается разными технологическими способами. Сначала токамаки. Теперь ЛТС. А ведь есть ещё много чего. А это означает, как Вы нас учите, что идея не такая уж и гиблая и есть смысл рыть дальше.

Вывели лазеры "на форсаж"! Выжали из установки всё возможное...
Это значит что?
Новую установку надо строить для движения дальше?

Может быть и нет, лазерный комплекс модульный. Может быть, найдут способ нарастить его возможности.

[santax2]

Под КПД вы понимаете степень выгорания топлива?

В самую дырочку!

[Dem]

Если вы будете взрывать в ЗАКРЫТЫХ полостях (да еще и предназначенных для многоразового проведения там взрывов), то любое не сгоревшее ядерное или термоядерное топливо остается внутри. И будет подвержено извлечению и возврату в технологический цикл.

В теории да, но если у нас килограмм топлива растворился в миллионе тонн натрия - то энергии на возврат потребуется сколько? Не больше чем мыот него получим?

[Проходящий Кот]

Про осаждение тяжелых фракций на дно --- нет не слышали.....

[MenFrame]

Про осаждение тяжелых фракций на дно --- нет не слышали.....

Уже ребенок знает что, расплавы не сепарируются. Только химическое извлечение(в случае натрия). Соответственно должно быть критическое значение при котором извлекать уран будет выгодно, а значит нужны огромные вложения в наработку запалов. То есть капитальные затраты.

[равлик]

Правильно показан выброс воды в воду верхнего водоёма, чтобы без дополнительных конструкций вышележащая вода ограничивала выстреливние избыточно разогнанной воды сразу после взрыва

Лучше бы решить это увеличением высоты верхнего бассейна. Чтобы энергия зря не пропадала, если уж на то пошло.

В любом случае пар расширяется, давление меняется. Чем больше высота, тем больше конечное давление и тем больше избыточное начальное. Но в целом увеличение высоты может увеличить КПД за счёт увеличения температурного режима.

И всё равно непонятно зачем нижний туннель изгибается вверх и какая сила будет закачивать по нему воду. Если насосами, то это лишние потери выработанной энергии.

Туннель подачи воды из нижнего бассейна в камеру сгорания находится ниже уровня воды нижнего бассейна, поэтому заполняется без насосов. Выходной бассейн заполняется взрывом и всегда остаётся заполненным благодаря правой заслонке.

https://nplus1.ru/material/2022/12/14/nif

Поразительная точность проектирования установки, точно попали на границу, где возмущения в плазмо-капле достаточно большие, чтобы их детально исследовать и одновременно показывается нелинейно быстрый рост энерговыделения при незначительном изменении энергии накачки, что после тысяч экспериментов позволит точно рассчитать коэффициенты реакции для разных форм и комбинаций материалов, чтобы в итоге точно спроектировать установку с околопромышленной эффективностью.

Вывели лазеры "на форсаж"! Выжали из установки всё возможное...
Это значит что?
Новую установку надо строить для движения дальше?
То есть из старой установки выжали таки результат, что бы попросить на новую?

Наиболее ощутимыми улучшениями работающей установке могут стать добавление магнитного поля и замена золотой оболочки на более плотную из самых тяжёлых изотопов, не считая множества доработок, связанных с точностью для уменьшения возмущений в плазмо-капле.

какой минимальный термоядерный заряд с нормальным КПД?

ТЯ зарядов не существует Ну то есть конечно есть заряды, где присутствует область с ТЯ слиянием. Но она используется для изменения спектра нейтронов с быстрых на сверхбыстрые, без изменения их количества, чтобы вызвать деление чётно-чётных изотопов. Чтобы народ не пугать, эту оболочку из чётно-чётных изотопов называют сжимателем, но её основное назначение - это произвести реакциями деления бОльшую часть энергии заряда. ТЯ реакция слияния даёт лишь несколько процентов.

Более того, избыточные термоядерные нейтроны (от горения дейтерия) сам бог велел использовать для наработки делящихся материалов (оружейного качества) и в итоге после каждого взрыва у вас не уменьшается количество оружейного материала, а увеличивается. В этом и "проблема" подобных установок. Они производят слишком хорошее (оружейное) и очень дешёвое (нейтроны для трансмутации - термоядерные) и к тому же очень обильно боевые делящиеся материалы. Один такой КВС произведёт столько качественного и дешевого оружейного плутония, что все потуги за его контролем со стороны МАГАТЭ накроются медным тазом.

Наоборот же. Медленные нейтроны вызывают лишь наработку, а быстрые вызывают частичное сгорание чётно-чётных изотопов, а вот сверхбыстрые из ТЯ слияния обсеспечивают почти полное сгорание чётно-чётных изотопов. Другой вопрс, что в распространённых легководных реакторах много нейтронов поглощается водой и наработка в результате незначительна. А вот в графитовых уже поглощение намного меньше (в основном вызвано водой в каналах, что можно уменьшить модернизацией конструкции), поэтому их определённые псевдонезависимые организации и не любят, используя в качестве отмазки их псевдоопасность (кстати им же была выгодна самая большая авария на графитовых, чтобы их дискредитировать ). На медленных тяжёловодных при подборке конструкционных материаллов потери нейтронов будут минимальными со всеми вытекающими, вот их и нужно в первую очередь контролировать от нецелевого использования. Но при ТЯ взрыве наработка невозможна!

[santax2]

ТЯ зарядов не существует  Ну то есть конечно есть заряды, где присутствует область с ТЯ слиянием. Но она используется для изменения спектра нейтронов с быстрых на сверхбыстрые, без изменения их количества, чтобы вызвать деление чётно-чётных изотопов. Чтобы народ не пугать, эту оболочку из чётно-чётных изотопов называют сжимателем, но её основное назначение - это произвести реакциями деления бОльшую часть энергии заряда. ТЯ реакция слияния даёт лишь несколько процентов.

И чего мы тогда тут обсуждаем? Энергия чисто деления и так хорошо генерируется на аэс, безо всяких квс.

[Проходящий Кот]

Про осаждение тяжелых фракций на дно --- нет не слышали.....

Уже ребенок знает что, расплавы не сепарируются. Только химическое извлечение(в случае натрия). Соответственно должно быть критическое значение при котором извлекать уран будет выгодно, а значит нужны огромные вложения в наработку запалов. То есть капитальные затраты.

А с чего тут расплав?

[MenFrame]

А с чего тут расплав?

Только химическое извлечение(в случае натрия)

[Инопланетянин]

Туннель подачи воды из нижнего бассейна в камеру сгорания находится ниже уровня воды нижнего бассейна, поэтому заполняется без насосов.

Т.е. нарисовано не в масштабе?

[BlackMokona]

Вывели лазеры "на форсаж"! Выжали из установки всё возможное...
Это значит что?
Новую установку надо строить для движения дальше?

На новостях космонавтики пишут что у парней у лазеров кпд аж 1%. Так как лазеры древние. Поидее прокачать установку до современного уровня, где у лазеров кпд десятками процентов измеряются для начала

[MenFrame]

Поидее прокачать установку до современного уровня,

Можешь привести пример, такого современного лазера?

[BlackMokona]

Поидее прокачать установку до современного уровня,

Можешь привести пример, такого современного лазера?

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D1%81%D0%B0%D0%BC%D1%8B%D1%85_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%BA
На любой вкус и цвет флага.