Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

зато строительсто из красного кирпича и дерева предполагают 2-3 этажные дома в максиммуе, а значит будут значительные площади застройки, что влечет за собобой пропорциональный рост распределительной инфраструктуры (вода, электричество , канализации, лгистические центры)...

Да не особо. С ростом этажности растёт и расстояние между домами, поэтому плотность населения с этажностью увеличивается не так уж и сильно.

При этажности (http://www.project.bulgaria-burgas.ru/density.htm) в 3 этажа до 182 чел/га, при этажности 17 этажей до 270 чел/га. Т.е.  при таком росте высотности  застройки выигрываем всего 1,5 раза по плотности населения, а линейные расстояния приблизительно обратно пропорциональны корню квадратному от плотности населения, и в результате по ним выигрыш  вообще сокращается до чуть более 20%. Учитывая, что для очень высотных зданий коммуникации ещё и сложнее (скажем нужно большее давление воды в водопроводе), то вообще не понятно выиграем ли мы вообще что-то.

[AlexAV]

Выход энергии в лазерном ИТС улучшили в 5 раз.
http://www.nextbigfuture.com/2016/09/omega-laser-producing-five-times-higher.html
Как пишут в статье и комментах:мы сделали пол-дела.А лазерная схема проще и дешевле других способов.

Получается 100кДж при вложение в мишень лазерного импульса с энергией 2 МДж.  Коэффициент усиления мощности на уровне 0,05, а для реактора на этой основе с учётом невысокого КПД лазера нужно по крайней мере 50. Трёх порядков до реакторных параметров не хватает.

[AlexAV]

ув.AlexAV ваши мысли?Увеличивать количество пучкой лазера или наращивать КПД самой установки?Ну я не знаю: время импульсов как-то уменьшить или может что-то с источником питания лазера делать?

Что касается самого зажигания - поднимать мощность драйвера. Т.е. при достижение достаточной мощности мишень конечно же поджечь возможно с очень большим коэффициентом усиления (то что это возможно показано  в экспериментах с подземными ядерными взрывами, но там получалось насколько я помню, что для полноценного зажигания нужен энерговклад в мишень приблизительно на один порядок больше, чем сейчас обеспечивает NIF). А вот что касается собственно электростанции, то там проблем куда больше, чем просто с зажиганием мишени. Первая проблема - мишень сама по себе очень дорогая, требует прецессионного изготовления и использования дефицитных материалов (золота).  Вторая - сейчас лазер может стрелять чуть ли не раз в пол дня, после чего систему приходится долго возвращать  в работоспособное состояние. Причём в некоторых аспектах исправить это будет очень трудно, скажем окна для ввода лазера во взрывную камеру пропускаю через себя огромную мощность, малейшее загрязнение может привести к их разрушению, а после каждого микровзрыва на них оседают осколки мишени (которая состоит отнюдь не только из водорода). Это для электростанции естественно неприемлемо (это в экспериментах их можно приводить в порядок после каждого выстрела, а для электростанции они должны служить годами при частоте выстрелов раз в несколько секунд), но и что здесь можно сделать хотя бы принципиально - непонятно. Третье - у взрывной камеры должны быть прочные и толстые стены (всё таки она держать микровзрывы мощностью в несколько сотен кг тротилового эквивалента), а это негативно сказывается на КВ трития (нейтроны в стенке будут замедляться и поглощаться). В совокупности это делает осмысленную электростанцию на ЛТС маловероятной, даже при решение вопроса с поджогом мишени.   

[AlexAV]

Источником промышленного тепла может быть БРЕСТ. Температура кипения свинца - 1750 градусов.

Не получится. С температурой катастрофически растёт жидкометаллическая коррозия. Это ограничивает предельную допустимую рабочую температуру 650 градусами, кратковременно допустимо до 800 (но точно не как нормальный режим работы), но не более.

Вообще у высокотемпературных реакторов есть гигантские сложности с материалами и теплоносителем. Жидкометаллические теплоносители при высоких температурах не годится из-за жидкометаллической коррозии, углекислый газ становится агрессивен к большинству материалов, азот - сильно активируется и производит много крайне неприятного изотопа С-14, а гелий - довольно дорогой (а в будущем будет ещё дороже, сейчас его получают из природного газа, а при получение из атмосферного воздуха цена станет совсем невменяемой). Что касается материалов - то тоже всё очень сложно. Максимальная рабочая температура аустенитовых сталей не превышает 800 градусов, углеродные материалы жаростойки, но сильно замедляют нейтроны, что позволяет их использовать только в реакторах на тепловых нейтронах (кроме того при их использование гелий по сути безальтернативен, углекислый газ с углеродом при высоких температурах быстро реагирует с образованием угарного газа), а жаропрочные сплавы на основе никеля, вольфрама, молибдена, тантала - очень дороги.

[AlexAV]

В статье они пишут что одно это отдельное "мини-солнце",может быть и совсем небольшим-все равно что вспышка нескольких галлонов бензина.Про толщину стенок извиняюсь,не понял.Что есть КВ?

Не такое уж и небольшое. Уже для NIF (даже если бы что-то получилось, что маловероятно) - уже совсем не таким уж небольшим. NIF вкладывает в мишень около 2 МДж. В случае успеха должно было бы выделиться не менее 100 МДж из которых около 80% - нейтроны (они с достаточно небольшим взаимодействием с материалами внутри камеры достигают стенки и поглощаются распределёно в её объёме и в бланкете за ней, т.е. их вклад в собственно взрывные процессы (генерацию ударных волн и т.д.) можно не учитывать), т.е. в мощность собственно микровзрыва составила бы около 20 МДж. 1 кг тротилового эквивалента - это 4,2 МДж, т.е. в этом случае мощность взрыва была бы около 5 кг тротилового эквивалента. Это уже очень мощный взрыв. Однако же очевидно, что на NIF необходимого энерговклада в мишень для обеспечения таких коэффициентов усиления мощности достичь не удастся, нужно видимо вложить на один-два порядка больше, т.е. не менее 20 - 200 МДж. А тогда микровзрыв в случае успеха окажется на уровне 50 - 500 кг тротилового эквивалента.  Уже практически на уровне мощности взрыва авиабомбы ФАБ-500. Такой мощный взрыв требует весьма серьёзной взрывной камеры, с толщиной стенки стенки около 100 мм броневой стали. Такая толстая стенка - это не очень хорошо с точки зрения возможности воспроизводства трития.

Что есть КВ?

Коэффициент воспроизводства трития. Ничего кроме пары дейтерий-тритий поджигать сейчас и не надеются. И здесь одна проблема - тритий в природе практически не встречается. Воспроизводить его можно в результате реакции Li-6 + n = T + He-4, а также пороговой реакции Li-7 + n = He-4 + T + n. Проблема в том, что в реакции D + T = He-4 + n генерируется всего один нейтрон, а с учётом неизбежных потерь, используя этот нейтрон, нужно воспроизвести более одного атома трития для замыкания цикла. Здесь отчасти помогает то, что нейтрон получается очень высокоэнергетическим, с энергией  14.1 МэВ, что позволяет использовать для размножения трития пороговые реакции типа (n,2n) и Li-7 + n = He-4 + T + n. Однако для этого нейтрон должен достичь бланкета не растеряв энергию по дороге. В этом плане инерционные системы уже в самом начале проигрывают магнитным. Дело в том, что для достижения достаточного коэффициента усиления мощности оптическая толщина мишени в момент термоядерной детонации должна быть  порядка или более 3 г/см2. Пробег же нейтрона в D-T среде - около 4,7 г/см2. Эти величины не так уж сильно отличаются друг от друга и значительная часть нейтронов исходящих из мишени успеет испытать одно или более столкновений с веществом мишени, замедляясь при этом. В результате спектр нейтронов излучаемых мишенью будет значительно мягче 14,1 МэВ, что уже плохо с точки зрения воспроизводства трития. Если же этот поток ещё и пройдёт через толстый слой стали, то в результате процессов упругого и неупругого рассеяния нейтронов на атомах материала стенки он будет существенно замедляться и частично поглощаться ею. После этого полное воспроизводство трития может стать существенной проблемой.
 

Обдув или ультразвуковые щетки?Наверное за промежуток между импульсами должны успеть..

Осевший металл очистить довольно сложно...

Да,это первый минус что бросается в глаза.Но может есть эрзац,композиты,рутений там,или медь какая модифицированная(сплав?).

Материал должен иметь высокую атомную массу для уменьшения скорости разлёта и высокий атомный номер для эффективного поглощения рентгеновского излучения. Собственно у золота конкурентов здесь не так уж и много. Вольфрам, тантал, рений, тяжёлые платиновые металлы (осмий, иридий, платина), свинец, висмут, торий, уран, пожалуй и всю. Вольфрам, тантал - заметно хуже золота по свойствам с точки зрения требований к мишени. Кроме того они сложны в обработке, из них намного сложнее изготовить прецизионную мишень с микронной точностью. Менять золото на рений, осмий, платину или иридий бессмысленно - эти металлы ещё более дефицитные, чем золото. Уран и торий будут активно делиться на термоядерных нейтронах продуцируя горы радиоактивного мусора, что с учётом, что этот мусор будет не спокойно лежать в запаянном ТВЭЛе, а окажется распылённым по взрывной камере - малоприемлимо. Т.е. остаётся выбор золото, свинец и висмут. Работ по висмуту я не видел (хотя и не так уж интересно... висмут - один из редчайших элементов на планете, который не стоит дороже золота лишь по той случайности, что довольно эффективно отделяется попутно из сульфидных свинцовых руд, которые весь ограниченный ресурс). Относительно свинца - есть работы, где приходят к выводу, что он может заменить золото (скажем эта http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23486285). Определёна проблема здесь в том, что изготовить мишень из свинца получается ничуть не дешевле, чем из золота. Нужно обеспечить высочайшую точность изготовления и однородности оптических свойств поверхности, сделать это из не окисляемого и очень технологичного золота проще и дешевле (несмотря на большую стоимость золота), чем из свинца (те же оксидные плёнки на свинце могут катастрофически повлиять на свойства мишени). Опять же если говорить о реакторе, то внутри камеры должна будет быть температура порядка 500 градусов, насколько это совместимо с ажурной конструкцией из легкоплавкого свинца не очень ясно.

Совсем забыл.,про работы по лазерному зажиганию ДВС.Там проблема с окнами тоже имелась,ибо грязища не сравнима.Вот есть хиндустанская статья на тему:
https://www.ijsr.net/archive/v3i7/MDIwMTQxMDY2.pdf
В двух словах:луч сам расчистит себе дырочку в окне.

Зависит от мощности пучка. В данном случае мощность такая, что достаточна, чтобы  нагреть слой сажи до температуры когда она начинает выгорать, но недостаточна, чтобы при этом разрушить стекло. При очень большой мощности пучка нередка ситуация когда просто отпечатка пальцев на стекле достаточно, чтобы стекло рассыпалось на осколки из-за термических напряжений. Опять же  металлическая пыль не сажа, куда более жаростойка, стекло начнёт разрушаться раньше чем она куда-либо денется.

Другая (но не менее сложная проблема) - состоит в том, что под действием высокоэнергетических нейтронов в материале идут реакции скола типа:

O-16 + n = C-13 + He-4 (эта реакция кстати в потоке термоядерных нейтронов будет идти с весьма существенным сечением 330 мбарн). Газовыделение в структуре материала ни к чему хорошему не приводит. В пределе это ведёт к растрескиванию материала, а в прозрачных намного раньше к помутнению. При прохождение мощного  лазерного импульса дефекты такого типа будут весьма неприятны.

Даже 60 пучков лазера мало.,т.к. ситуация напоминает воздушный шарик который сжимают в руке-резина постоянно норовит вылезти из-под пальцев.Как мне видится выход тут один:запихнуть золотой шарик с зарядом в некий гель с изменяемыми свойствами,который при внешнем воздействии смог бы равномерно распределить нагрузку.

Всё уже придумано до нас. Для равномерного распределения излучения используется хохлраум:



Он конвертирует лазерное излучение в относительно однородное рентгеновское, которое уже и обжимает мишень. Некоторой проблемой здесь является то, что КПД конверсии лазерного излучения в рентгеновское составляет всего около 20%.

[AlexAV]

А тепло АЭС что, не годится для отопления?

Проекты АСТ разрабатывались, но не пошли по вполне объективным причинам. Атомный реактор нужно относить на достаточно большое расстояние от крупного города просто из соображений безопасности, а передавать тепловую энергию на большие расстояния дорого, сложно и сопровождается значительными потерями. Т.е. нельзя построить реактор рядом с миллионным городом, если что-то пойдёт совсем плохо (как в Чернобыле или Фукусиме), то расселить миллионный или уж тем более мультимиллионный город будет нереально по экономическим соображениям, а ничего не делать - тоже не получится, это будет уже не локальной катастрофой, а чем-то граничащим с крахом всего государства. Такой риск совершенно недопустим. И для производства и передачи тепловой энергии это критично. Для малых же городов (где указанные риски не так страшны, расселить какую-нибудь Припять если всё пойдёт совсем плохо возможно) АСТ не годятся из-за сильной зависимости себестоимости энергии от мощности реактора, т.е. реакторы малой мощности получаются очень дорогими в расчёте на единицу производимой ими энергии и не окупаются. На это всё накладывается ещё очень неудачный для реакторов режим работы с малой среднегодовой загрузкой (летом реактор будет практически простаивать), что ещё более ухудшает экономику. Как результат АСТ никакого распространения не получили (отопление от реакторов используется только в городах обслуживающих АЭС вроде Нововоронежа, которые в силу объективных причин рядом с этим реактором расположены). Скорее всего даже дрова будут в сфере отоплению лучше атома...

[AlexAV]

1. А не пробовали для поджига мишеней использовать микроволны? У магнетронов кпд всё же побольше, чем у лазеров.

Нет, не годятся. Даже ИК не очень пригоден. Для ЛТС нужно достаточно коротковолновое излучение, которое поглощается плазмой мишени по классическим столкновительным механизмам, лучше что-то начиная от УФ. Длинноволновое поглощается в значительной мере по резонансным в результате чего могут генерироваться быстрые электроны, которые приводят к преждевременно нагреву центральной части мишени, что плохо. Чем более длинноволновое излучение используется, тем эта проблема становится острее (не случайно NIF работает на третьей гармонике, хотя преобразование исходного лазерного импульса на эту третью гармонику и сопровождается значительной потерей энергии ).

. А если как то совместить ЛТС и КВС. Вообще, можно инициировать термоядерный взрыв без делящихся элементов /урана и плутония/, лазерами там или ещё как то? Как в Z-машине, допустим.

Известны режимы при которых устойчивая волна термоядерной детонации распространяется вдоль "шнура" c термоядерным топливом (на самом деле не просто топливо, а топлива в трёх оболочках, внешней и внутренней из непрозрачных для рентгена материалов (вольфрам, золото, свинец, уран) и промежуточный с прозрачным (полиэтилен и т.д.)). "Запалив" такой "шнур" можно получить любые коэффициенты усиления мощности и поджечь что угодно, где вообще возможна термоядерная реакция. Процесс в такой системе запускается импульсом рентгеновского излучения достаточной мощности, причём неважно откуда оно возьмётся - ядерный взрыв, лазер или Z-машина. Другой вопрос, что здесь есть минимальный порог мощности, который необходим для запуска процесса. С помощью ядерного заряда его достичь очень легко, а вот с помощью иных источников это пока уходит глубоко за пределы наших технических возможностей.

[AlexAV]

Канадцы вроде уже ждут от регулятора разрешения на постройку 500 мегаватного реактора.

Проект IMSR. В целом похож на MSRE (там был графит в ядре реактора и Хастеллой-N в прочей оснастке (сплав никеля с молибденом с небольшой добавкой хрома и прочих компонент, сплав исключительной коррозионной стойкости, но весьма дорогой)). Рабочей средой служит эвтектика LiF-NaF-BeF2 в которой растворяют UF4. Отличие от MSRE - полный отказ от тория, т.е. реактор будет работать как и большинство существующих в мире ректоров на тепловых нейтронах на низкообогащённом уране, сжигая преимущественно U-235.

Проблемы с устойчивостью материалов так кстати очень даже есть. В проект заложен капитальный ремонт реактора с заменой элементов АЗ раз в 7 лет. Для ядерного реактора это не очень хорошая величина, вообще говоря ставящая под сомнение его экономические перспективы, обычно ректоры без подобных процедур должны лет по 30 и более работать.

А нитрид-бора даже в жидком расплаве урана выживает.

Если только обогащённый по B-11 до 99,9..%. Материалы содержащие бор при наличие заметной примеси B-10 (в природном боре его 20%) имеют очень низкую радиационную стойкость, ну и кроме того сильно ухудшают нейтронно-физические параметры АЗ (обычно бор используется, чтобы надёжно прекратить цепную реакцию , как конструкционный же материал даже малая примесь B-10 будет вести к значительным неэффективным потерям нейтронов). Бор же такой степени обогащения по B-11 стоит очень дорого, сотни долларов за грамм, делать конструкцию из такого дорого материала очень разорительно.

керамики на основе углерода-кремния

Видимо от безысходности... Материал имеет плохие нейтронно-физические свойства, сильно замедляет нейтроны и при этом ещё кремний и поглощает их с сечением 171 бар в тепловом спектре (это очень много). Понятно, что почти любые ухудшения свойств АЗ можно побороть ростом обогащения топлива. Но  с вопросами создания реактора пригодного для полноценного замыкания ядерного цикла материалы со столь плохими нейтронно-физическими свойствами совместимы плохо.

[AlexAV]

Каждого радиолюбителя, который лудит печатную плату сплавом Розе(50% висмута!)
должно прямо-таки распирать от самодовольства, что он так свободно обращается с одним

Кларк висмута ниже серебра и соизмерим с индием, к томуже элемент достаточно рассяенный. Добыча невелика, т.е. всего около 7500 тонн (это всего в раза в три выше, чем золота) и в основном носит попутный характер при извлечение свинца и меди из сульфидных руд, что её делает плохо масштабируемой. Ну и перспективы у неё довольно туманные. При переходе к гидрометаллургическим методам извлечения металлов из бедных руд добыча попутных элементов становится проблематичной. А в связи со снижением содержания полезного компонента в рудах гидрометаллургические методы получают всё большее распространение.

Собственно причина почему в реакторах с ТЖМ мучаются с чистым свинцом, а не используют более удобную и технологически отработанную эвтектику висмут-свинец и состоит именно в дефиците висмута. Один из примеров когда дефицит редкого элемента ограничивает развитие технологии...

Висмут при нейтронном облучении превращается в полоний-210; он тут же улетучивается прочь,

Есть такая проблема. К счастью сечение захвата нейтронов висмутом довольно мало, что делает наработку полония достаточно ограниченной, ну уж точно она не сравнится с наработкой радионуклидов при деление урана быстрыми нейтронами (сечение деления урана быстрыми нейтронами порядка барна, а сечение захвата нейтронов висмутом все несколько десятков миллибарн). Но жизнь попортит в случае использования висмута полоний достаточно серьёзно, радионуклид это достаточно неприятный.

Можно сделать из замороженной ртути:

А ртуть кстати для этих задач действительно могла бы быть интересной (хотя ни одной работы где бы её пытались применить в этой роли мне не встречалось...). У неё мало долгоживущих радиоактивных изотопов (есть довольно неприятный Hg-194 с периодом полураспада 400 лет, но до него ещё добраться надо, для его образование требуется два последовательных процесса типа (n,2n) на редком в природе изотопе Hg-196, что позволяет надеяться что его наработка должна быть мала). Ну и главное - она летуча и её осаждения на оптике легко избежать (а также регенерировать для повторного использования). Правда ртуть - материал тоже достаточно дефицитный.

[AlexAV]

Длинна свободного пробега 14 мэвного нейтрона в полиэтилене 14см. Кажется вы втираете какую то дичь.

Да ни в коем случае. Цифра взята из М.М. Баска "Физические основы инерционного термоядерного синтеза", страница 31. Пробег термоядерного нейтрона с энергией 14,1 МэВ в D-T плазме именно 4,67 г/см2.

Многие проекты поэтому предпологают наличие жидкой стенки из лития.

Знаю, но это плохо совместимо с сохранностью окон для ввода излучения, кроме того слой лития должен быть толстым, десятки сантиметров, что опять таки сложно обеспечить, особенно учитывая необходимость обеспечения условий для подвода излучения к мишени.

Это необоснованно пистимистическая оценка. Это даже в качестве подхода "Грубой силы" дохрена.

Реалистичная. Уже понятно, что NIF нужного коэффициента усиления обеспечить неспособен. Было проведено достаточно экспериментов, чтобы в этом убедиться. Не хватает энергетики. Минимум ещё один порядок по энергии импульса нужен, может больше.

В качестве "грубой силы" "дохрена" - это энерговклад драйвера более 100 т т.э., т.е. то что в нейтронной бомбе гарантированно поджигает D-T мишень. Всё что ниже  - тонкая игра с обеспечением симметрии сжатия и подавлением неустойчивостей.

В той же франции ядерная энергия распостраненно используется для отопления, по средсвам тепловых насосов.

Это называется электроотоплением. Это дорого. Тепловой насос смягчает эту проблему только в условиях тёплого климата. Если же температура воздуха опускается сильно ниже нуля, то использование воздуха в качестве источника низкопотенциального тепла становится неэффективным. Нужно искать источник низкопотенциального тепла (грунтовые воды и т.д.), а это сразу делает тепловой насос капиталоёмким и весьма дорогим. В общем решение для Италии или Франции, но не для северных регионов.

Там где предлагалась эта керамика для корпуса, сам реактор предлагался быстрый. В котором реакция идет в узкой центральной зоне реактора. Таким образом нейтронная нагрузка на корпус там минимальна.

Если реактор бассейнового типа, то там нельзя заставить идти реакцию только в центральной области. Понятно, что в совсем простеночной области реакция идти не будет из-за утечек нейтронов, но вот сама нейтронная нагрузка на стенку будет весьма значительна (кроме того отражение и поглощение нейтронов стенкой очень влияет спектр нейтронов и на весь нейтронный баланс реактора). Можно конечно сделать так, чтобы в реакция шла и только в центральной области, но для этого нужен не просто бассейн с солью, а ещё и куча оснастки внутри (её тоже из чего-то придётся делать). В канальном исполнение значение материалов каналов ещё выше.

[AlexAV]

Попробую сделать оценку. Глубина проникновения альфа частиц с энергией несколько МэВ составляет несколько десятков г/м2 (31 мкм для органики при 4 МэВ), наибольшую теплоту испарения имеет литий — 20,5 МДж/кг, следовательно можно предположить, что его можно облучать до 0,2 МДж/м2, вызывая переход 20 мкн лития в критическое состояние, но не создавая давления, как при взрыве. При таком энергопоглощении для взрыва 1 мг дейтерия-трития достаточно будет камеры радиусом 5 м, который кажется доступным размером.

Альфа-частица из мишени в том виде в котором родилась выйти никак не может. Длинна её пробега обязана быть намного меньше оптической толщины мишени, это необходимое условие для протекания самоподдерживающейся реакции. Энергия падающих на стенку частиц (если подрыв производится в вакууме) будет куда меньше и близка к температуре плазмы в мишени, что-то около 20кэВ. Пробег таких частиц значительно меньше. Скажем для иона гелия в алюминиевые длинна пробега около 0,1 мг/см2. Порог абляции в результате будет значительно ниже, порядка 1 Дж/см2 (в лазерных экспериментах кстати он обычно имеет приблизительно такую же по порядку значения величину). Чтобы размазать энергию так, чтобы поток не превзошёл таких значение - камера потребуется неадекватно большой (при этом главная проблема -окна для ввода излучения, стенки можно защитить жидким слоем, а окна никак не защитишь). А это значит камеру надо заполнять газом, который бы поглощал энергию разлетающейся плазмы и мягкого рентгеновского излучения из области термоядерного взрыва, образуя огненный шар с более умеренной температурой (1-2 эВ), излучение которого уже стенки и окна не сможет повредить. Однако наличие газа сделает неизбежным формирование мощных ударных волн. Стенкам камеры придётся их выдерживать.

[AlexAV]

Интересно...
1. А не будет ли это нарушением договора о испытаниях ?

Нет, не является. Эксперименты по ЛТС в независимости от энерговыделения под договор не попадают. За это эти установки военные и любят. Позволяют проверить поведение вещества в условиях близких к условиям ядерного взрыва не нарушая договор.

2. А не приближается ли эта конструкция к КВС ?

Ну всё же КВС это энерговыделения где-то на три-четыре порядка больше, т.е. не несколько сотен кг т.э., а несколько килотонн. Хотя в части возникающих проблем есть что-то общее. Кстати КВС скорее даже в  проще и дешевле реактора с ЛТС выглядит. Не нужен страшно дорогой лазер, не нужна хрупкая  и чувствительная к нейтронам и загрязнению оптика, не нужен воспроизводящий бланкет для трития со всем этим тритиевым хозяйством (термоядерный заряд может спокойно работать если не на чистом дейтерии (это всё же класс более мощных зарядов с соответствующими требованиями к взрывной камере), то на Li-6-D точно, а в условиях ЛТС ничего кроме D-T поджечь особой надежды нет). Нужна только взрывная камера способная выдержать эти несколько или несколько десятков килотонн (хотя и здесь на самом деле очень много сложностей и с долгосрочной прочностью конструкции, и с коррозией при взаимодействие с теплоносителем в котором половина таблицы Менделеева из осколков бомбы растворено, и с безопасностью, такая взрывная камера пригодная для реактора - сложнейшая инженерная задача), конвеерная дешевая сборка термоядерных зарядов (кстати из сырья тяжёлый металл, т.е. вольфрам, тантал, свинец там тоже всё же понадобятся ровно для тех же задач, что и в лазерной мишени, физика на самом деле похожая, только при больших энерговкладах требования к точности несравнимо меньше), а также выделение делящегося материала из теплоносителя (тоже серьёзная проблема на самом деле). Правда какие-то разумные экономические оценки здесь дать, пока кто-то такое не попробовал построить, совершенно невозможно. Получиться может что угодно.

ЛТС же требует производить мишени микронной точности со стоимостью не более нескольких долларов за штуку, как-то эту очень ажурные конструкции закидывать в реактор по несколько штук в секунду при этом не повреждая, иметь те же самые проблемы с ударными нагрузками на камеру (отягощённую деградацией её материала под действием высокоэнергетических нейтронов, общая проблема D-T энергетики кстати, в этом плане у КВС преимущество, на единицу энергии термоядерный заряд может испускать меньше нейтронов и с намного более мягким спектром), что и в КВС, и к тому же ещё каким-то образом защищать чувствительную оптику от нейтронов, ударных нагрузок и продуктов взрыва. В добавок к этом гигантскую и не факт, что вообще в этой постановке решаемую проблему воспроизводства трития (часто рассматриваются варианты с жидким теплоносителем и воспроизводящим материалом одновременно внутри камеры, вот только что будет с оптикой, когда падающая ударная волна распылит её в аэрозоль капель, а отражённая ускорит эти эти капли до сверхзвуковой скорости? Долга стёкла проживут под таким пулемётным обстрелом? А если бланкет за стенкой камеры - стенка будет очень сильно снижать КВ по тритию). Уныло это выглядит и с очень малыми шансами на успех.

Т.е. если мы тут замутим КВС то тоже не будет никаких нарушений (выпаданий радиоактивных осадков за пределами РФ - нет, ну и т.д.).
А что по поводу просто обычных подземных испытаний ЯО ? Испытаний в атмосфере, космосе, в водах нет, ну и т.д.

Съедят. И даже не столько за сами взрывы (хотя это скорее всего и будет формальным поводом), а за конвейер по сборке ядерных зарядов. Заряду-то всё равно где взрываться будет, может в камере производить энергию, а может небольшой город уничтожить. Граница гражданского и военного применения здесь будет очень условна. Это постараются не допустить любыми средствами.

[AlexAV]

Там же читаем(стр23)... Вклад нейтронного нагрева менее 5%

Ну, да верно... При условие оптической толщины меньшей 1 г/см2. Проблема в том, что такую оптическую только термоядерная искра (горячая область в центре, поджигающая мишень), а вот оптическая толщина всей мишени намного больше. Для достижения приемлемых коэффициентов усиления никак не меньше 3-5 г/см2. И нейтроны будут замедляться естественно во всей мишени, а не только в искре.

Доля нейтронов, которая в сферической однородной мишени перед выходом из неё испытает хотя бы одно столкновение с атомами можно оценить как:





При оптической толщине 5 г/см2 и пробеге 4,67 г/см2 очевидным образом получается 0,5, т.е. половина вылетающих нейтронов испытает хотя бы одно соударение с ионом внутри мишени. При каждом соударение в D-T плазме нейтрон теряет в среднем около 30% энергии (на самом деле случайную величину от 0 до 90% со средним значением 30%). Для детального расчёта спектра простой формулой уже конечно не обойтись, нужен численное решение алгоритмом Монте-Карло, но основной вывод и так ясен. Как видно спектр нейтронов будет смягчаться очень существенно. Для КВ трития это важно.

Это касается только непрямого поджига. Да и вообще как можно говорить что установка NIF в рамках ИУТС исчерпала себя, когда более старые установки дают оптимистичные результаты. http://www.atomic-energy.ru/news/2016/09/20/69071

Какая-то совершенно журналамерская статейка, совершенно извращающая то, что написано в самой работе-первоисточнике. Хотя сайт приличный, странно что редакторы её в таком виде пропустили.

Вот оригинальная публикация: https://yadi.sk/i/VPnFjmFCvSmCS

Никаких 100кДж энергетического выхода никто экспериментально не получил. На OMEGA у них получился выход нейтронов на уровне 4 10¹³, если это перевести в джоули, то получается  113 Дж при энерговкладе в мишень 26кДж. Энерговыход вполне соответствует уровню лазера, никакого волшебства. Далее они пересчитывают этот выход с помощью своего скейлинга на случай если бы они в свою мишень вложили бы не 26 кДж, а 1,9 МДж, как на NIF, и получают эти самые свои 100 кДж.  Это не эксперимент, а перерасчёт эксперимента с куда более скромным энерговыходом, на установку с большими параметрами (сама цифра 100 кДж в статье не фигурирует, но она следует из приведённых там данных перерасчёта). Даже если это перерасчёт корректен, то это значение хоть и лучше того, что получено по факту сейчас (26 кДж), но не радикально.

Это касается только непрямого поджига.

А прямой дал сильно больше? Даже если перерасчёт данных с OMEGA верен (что далеко не факт, скейлинг - не эксперимент, может и врать, причём в области инерционного термоядерного синтеза реальность чаще всего оказывается хуже ожиданий:)), тоже самое в сущности. Кроме того если с непрямым понятно, что вопрос только в уровне энерговклада, то прямой вообще может никогда не получится, в отличие от непрямого (где есть данные подземных ядерных взрывов), тут прямых экспериментальных подтверждений нет. А вот основания для сомнений - более чем (энерговклад и сжатие здесь всегда имеет существенную асимметрию).

Да и вообще как можно говорить что установка NIF в рамках ИУТС исчерпала себя

Семь лет экспериментов вполне достаточно, чтобы сделать выводы о возможностях драйвера с подобной энергетикой по крайней мере в общих чертах.

Тогда наверное знаете что промышленные установки смотрят в сторону ускорителей как замену лазерам.

У тяжелоионного драйвера есть существенный недостаток - электростатическое отталкивание пучка ограничивает возможности его фокусировки если ток превосходит некоторое критическое значение, т.е. у него есть предел мощности и обеспечить мощность энерговклада в мишень более 1000 ТВт очень тяжело (NIF даёт около 500 ТВт). Если бы требуемый уровень энерговклада не превышал нескольких МДж - то возможно их можно было бы использовать. Но эксперименты на NIF явно показывают, что ситуация куда хуже, несколькими мегаджоулями здесь не обойдёшься. Это делает такое решение маловероятным.

Ее можно локализировать в нужном месте путем в ведения замедлителя.

Одновременно смягчив спектр в АЗ до промежуточного или теплового. После этого об эффективном вовлечение U-238 можно будет забыть (уран к спектру очень чувствителен).

[AlexAV]

Может, кто-то знает, как на АЭС появляются радиоактивные газы вне ТВЭЛов?

Разгерметизация ТВЭЛов явление достаточно регулярное, т.е. делать ТВЭЛы с нулевым отказом пока не умеют. Но в штатном режим режиме ничего выделять (в том числе благородные газы) они не должны. Другой вопрос, что отдельные ТВЭЛы дают утечку почти в каждой загрузке.

[AlexAV]

По большей части тепловые насосы работают в паре с воздушныме отоплением фанкойлами.И с каких страшных цифр для вас начинается "дорого"?Бесплатного,оно понятно,ничего нет.Но с  4-ого года в Мерикании больше миллиона монтажей геотермальных помп.Дальше будет больше.
https://en.wikipedia.org/wiki/Geothermal_heat_pump

Мерикания большей частью расположена южнее Краснодара. А эффективность этого самого теплового насоса очень зависит от температуры источника низкопотенциального тепла. Ну и кроме того стоимость этого источника от климата тоже зависит. В Крыму или Краснодаре зарыть теплообменник в грунт может быть осмысленно, т.к. грунт даже на небольшой глубине уже достаточно тёплый. А севернее Москвы - это разве что способ устроить неподалёку от себя участок вечной мерзлоты, только скважина в водоносный пласт и то только если с геологией грунтовых вод повезёт. Ну и капитальные затраты на это всё большие. При годовом расходе на отопление на уровне 40 МВтч тепловой энергии за стоимость этого теплового насоса с сопутствующими земляными работами можно газа/угля/дров лет на 30 вперёд оплатить, что явно за границей разумного. Окупается только как альтернатива прямому электроотоплению, да и то если условия доступа к источнику низкопотенциального тепла хорошие.

[AlexAV]

Пусть расстояние 100 км и трубы с внутренним диаметром 500 мм, тогда разность давлений на краях обратки составит 0,15 МПа, а на подачи 0,1 МПа, соответственно потребляемая насосами мощность составит лишь 2 МВт (на удивление, очень маленькое значение получилось).

Что-то у Вас не так посчитано. При турбулентном течении (а при таком расходе оно всегда турбулентное) перепад давления в трубе определяется по формуле Дарси — Вейсбаха:


L - длинна трубы, D - её сечение, V = Q/S - скорость потока (Q - объёмный расход, S - площадь сечения трубы).

Где коэффициент сопротивления \lambda можно оценить по формуле Блазиуса:



Число Рейнольдса для круглой трубы



\nu - кинематическая вязкость воды. При расходе 5м3/с и диаметре 0,5м получается 243 МПа. А это потребевало бы расхода электроэнергии на перекачку в 1,2 ГВт, т.е. цифра совершенно нереальная, нельзя через такую трубу пропустить такой объём воды на такое расстояние. Чтобы уложиться в расход 5 МВт потребуется не одна, а 25 таких труб. Ну и теплопотери соответственно тоже будут в 25 раз больше. Ну и эти 2500 км труб надо будет ведь ещё обслуживать, что тоже совсем не бесплатно.

Тепло с входной температурой в 120 градусов кстати тоже не совсем бесплатное, его отбирают не с конденсатора (где на современных системах температура 50-60 градусов), а перед последней ступенью турбин, т.е. при отборе тепла с такой температурой идёт определённое снижение выработки электроэнергии, из-за снижения мощности этой последней ступени.

[AlexAV]

Использовал (1.62) выражение из [Справочник по элементарной физике. Кошкин Н., Ширкевич М.  5-е изд. 1972. с.56] и от туда да же вязкость ~4·10−4 Па·с. Теперь понятно, почему число слишком "хорошим" получилось.

Это течение Пуазейля. Данная форма получена и верна для ламинарного течения. Её можно пользоваться при малых числах Рейнольдса, для труб при Re < 2000 где-то. При расходе 5 м3/с для трубы диаметром 0,5 метров Re = 5 10⁷. Такое течение глубоко выходит за область применимости данной формулы.

[AlexAV]

Тоесть менее трех лет.
При технической возможности работать 25 лет.

Не так. 100 Вт это в соответствии со стандартом она должна выдавать при инсоляции 1000 Вт/м2 (что формально соответствовало бы 8760 кВтч/м2 год). В действительности инсоляция в Москве при рациональном угле панели 1174 кВтч/м2 год, так что среднесуточная мощность панели будет по факту 13,4 Вт. За год 100 Вт панель таким образом даст 117 Квч электроэнергии, при стоимости энергии 8 ц/кВтч получается 9,36 $/год. Итого окупаемость при цене 8,5 лет. На практике ещё больше, т.к. генерация будет в действительности ниже в силу ряда факторов (запыленные поверхности, потери в инверторе и т.д.). И это без аккумуляции (без которой солнечная батарея практически бесполезна).

Но главная проблема (которая на сегодняшний день вообще вменяемого решения не имеет) - межсезонные колебания. Суммарная месячная инсоляция за июль - 167,7 кВтч, а за декабрь - 22 кВтч (среднемесячная - 97,8 кВтч). Итого или батареи надо ставить с 5-кратной избыточностью, или сидеть зимой без света и тепла, что было бы неприятно. Без её решения основой энергетики солнечные батареи быть не могут (на самом деле даже внутрисуточные колебания очень серьёзная проблема, но межсезонные - вообще нерешаемая).

То есть сеть исполльзовать вместо АКБ.

А откуда электроэнергия берётся в сети? Откуда электричество там возьмётся скажем ночью? Если таких умных будет 1% - ничего страшного, но если 20%-30% и тем более более - для сети это настоящая катастрофа. Резко снижается базовая нагрузка и требуется сильное увеличение доли маневровых мощностей (как правило достаточно дорогих и ещё кроме того эксплуатируемых  в крайне неэффективном режиме). Как результат сильно растёт итоговая себестоимость энергии. Кроме того с уменьшением базовой мощности снижаются возможности использования атомной энергии и снижается КПД тепловых электростанций, в результате даже с точки зрения экономии углеводородного топлива эффект сомнительный.

Без аккумуляции (причём не только внутрисуточной, но и межсезонной, что вообще сегодня невозможно) - это всё мало осмысленно.

[AlexAV]

Цифры в студию. Хотя что Вы там приведете со своей "диванной энергетикой") кроме копипаста . Я вам посчитаю то что есть у меня и реально из жизни.

Это не в реальной жизни, а с подходом хлеб - из магазина, электричество - из розетки, деньги с кредитной карты. А в реальной жизни надо рассчитывать комплекс, способный давать гарантированную мощность круглосуточно и круглогодично. А этот комплекс обязан в себя включать помимо солнечных батарей ещё или АКБ (или иную аккумуляцию), или соответствующие маневровые мощности (дизельгенератор, газовую турбину и т.д.). Одна солнечная батарея сама по себе стабильную генерацию по понятным причинам обеспечить неспособна. И уже исходя из этого считать себестоимость и расход ископаемого топлива, для всего комплекса в целом. А когда ставят одну панель и подключают к сети - просто перекладывают эти расходы на сеть. В большом масштабе это не выход. 

[AlexAV]

В теории можно построить в аравии сотни тысяч км солнечных панелей и заводы бензина и дизеля из воздуха и воды

Это экономический бред. Электролитический водород весьма дорогой, в том числе и в энергетическом плане. А полный КПД системы будет чрезвычайно низким.

Для производства 1 кг углеводородов нужно по стехиометрии 0,43 кг водорода и 3,1 кг углекислого газа. Стоимость водорода при цене электроэнергии 10 ц/кВтч около 7,5$/кг. Итого только на водород уйдёт 3,2 $ в расчёте на каждый кг углеводородов (на уровне 550$ за баррель без учёта различных мультипликативных эффектов, т.к. 7,5$/кг - это при существующей стоимости материалов, а она станет другой и выше, так что это ещё крайне оптимистичная оценка). Реально ещё процентов на 20 больше (из-за побочного процесса с образованием метана вместо тяжёлых углеводородов, он всегда имеет место). Сам синтез и углекислый газ тоже не бесплатные. Итого меньше 4$ за кг маловероятно, что будет. Ну и полный КПД цепочки электричество-водород-синтез углеводородов-обратное преобразование в механическую/электрическую энергию получится конечно тоже крайне низким, что правда вполне отражается полученной оценкой цены.