Lockheed Martin -fuusioreaktori

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 21. joulukuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .

Lockheed Martinin kompakti fuusioreaktori , High beta -fuusioreaktori , T4 -prototyypin neljäs sukupolvi , on projekti , jonka on kehittänyt Charles Chasen  johtama asiantuntijaryhmä, joka on erikoistunut Lockheed Martinin salaiseen kehittämiseen . Hanke edustaa kompaktin toroidisuunnittelun toteuttamista ja lyhentää merkittävästi fuusioprojektien toteuttamisaikaa . Se esiteltiin ensimmäisen kerran Google Solve for X -foorumilla 7. helmikuuta 2013 [1] .  

Lockheed Martinin suunnitelmana on " luoda ja testata kompakti fuusioreaktori alle vuodessa ja jatkaa prototyyppien valmistamista viiden vuoden sisällä " [2] .

Historia

Hanke alkoi vuonna 2010 [3] . Vuonna 2013 Lockheed Martin jätti patenttihakemuksen "Encapsulating Magnetic Fields for Plasma Containment", joka jätettiin Yhdysvaltain patentti- ja tavaramerkkivirastolle huhtikuussa 2014 [4] .

Lokakuussa 2014 Lockheed Martin ilmoitti yrittävänsä rakentaa kompaktin 2,1 x 3 metrin [5] fuusioreaktorin , joka "voisi mahtua kuorma-auton takaosaan", jonka kapasiteetti on 100 MW. Tämä riittää toimittamaan sähköä 80 000 asukkaan kaupungille [6] .

Kompaktin fuusioreaktorin kehitystiimin pääsuunnittelija ja tekninen johtaja on Thomas McGuire , joka teki aikaisemman Ph.D -työn [7] [8] MIT : n fusorista . [9] McGuire opiskeli fuusiota tutkijakoulussa mahdollisena propulsiolähteenä avaruudessa liittyen NASAn suunnitelmiin lyhentää matka-aikaa Marsiin [10] [11] [12] .

Helmikuussa 2018 Lockheed Martin sai patentin "magneettiselle plasmakonsentraattorille", asiakirjasta käy selvästi ilmi, että kyseessä on kompakti fuusioreaktori, joka on kooltaan verrattavissa tavanomaiseen säiliöön, joka mahdollistaa sähkön tuottaman noin 80 tuhatta kotia [13] [14] .

Otsikko

Reaktori on nimeltään High beeta -fuusioreaktori plasman paineen ja magneettikentän paineen suhteen määräävän beeta-kertoimen kunniaksi.

[15] .

Synteesi

Ydinfuusio toteutetaan poistamalla elektroneja kahden vetyisotoopin: deuteriumin ja tritiumin atomeista , sekoittamalla tuloksena olevat atomiytimet ja pitämällä tuloksena oleva plasma pienessä tilassa.

Plasma kuumennetaan sitten ytimien liikkeen nopeuttamiseksi. Tämä on välttämätöntä, koska molemmat ytimet ovat positiivisesti varautuneita ja ytimien suuri liikenopeus tarvitaan voittamaan sähköstaattinen repulsio ja pakottamaan ytimet törmäämään. Riittävän suurella törmäävien ytimien nopeudella syntetisoituu heliumatomi ja suurienerginen neutroni, joiden energiaa voidaan säilyttää hidastamalla neutronia. Tämän energian siirtäminen jäähdytysnesteeseen mahdollistaa sen käytön sähkön tuottamiseen. Pieni määrä deuteriumia ja tritiumia voi olla yhtä tuottavaa kuin perinteinen ydinreaktori, mutta ilman ydinjätettä ja paljon pienemmällä haitallisen säteilyn riskillä. [3]

Laite

Projekti sisältää plasman sulkemisen magneettipeilillä . Suuritiheyksiset magneettikentät heijastavat liikkuvia hiukkasia sisäänpäin, tilavuuteen, jolla on pieni magneettikentän tiheys. [16]

Lockheed on keskittynyt rakentamaan suhteellisen pienen laitteen, joka on noin tavanomaisen suihkumoottorin kokoinen. Yhtiö väittää, että tämä mahdollistaa projektin toimituksen paljon nopeammin, koska jokainen malli voidaan valmistaa nopeammin ja huomattavasti halvemmalla kuin suuret projektit, kuten Joint European Torus tai ITER . [16]

Käytössä on kaksi peilisarjaa. Pari rengasmaista peiliä sijaitsee sylinterimäisen reaktoriastian sisällä molemmissa päissä. Toinen joukko peilejä ympäröi reaktorin sylinteriä. Rengasmagneetit tuottavat magneettikentän, joka tunnetaan nimellä diamagneettinen huippu, jossa magneettiset voimat muuttavat nopeasti suuntaa ja puristavat ytimiä kohti kahden renkaan välistä keskipistettä. Ulkoisten magneettien kentät painavat ytimiä takaisin suonen päihin. Tämä prosessi tunnetaan nimellä "kierrätys". [3] Kuvassa näkyvä projekti ei ole Lockheed Martin -projekti, vaan korktron, joka käyttää myös peiliefektiä. Lockheed Martin -reaktori käyttää huippukonfiguraatiota. Molempia näitä kokoonpanoja (kuppi ja peilikenno) tutkittiin intensiivisesti 1900-luvun 50-70-luvuilla ja ne hylättiin. Suurin ongelma on, että varautunut hiukkanen ei koe voimaa, jos se lentää pitkin magneettikenttää. Nämä hiukkaset katoavat heti, kun ne poistuvat ansasta. Ongelmaa pahentaa se, että alun perin pidetyt hiukkaset törmäävät toisiinsa myös joutuvat samanlaiseen tilanteeseen ja menetetään ikuisesti. Tämän seurauksena edistyneimmät asennukset käyttävät suljettuja voimalinjoja (tokamak, stellaraattori, kentän käänteinen puristus). Tästä johtuen lämpötila nousi tuhansia kertoja ei-suljettuihin voimalinjoihin verrattuna.

Yksi hankkeen innovaatioista on suprajohtavien magneettien käyttö. Niiden avulla voit luoda vahvoja magneettikenttiä pienemmällä energialla kuin perinteiset magneetit. Suunnittelu ei sisällä puhdasta virtaa, joka Lockheed väittää poistavan suuren plasman epävakauden lähteen ja parantavan eristäytymistä. Pieni plasmatilavuus vähentää fuusion saavuttamiseen tarvittavaa energiaa. Osana projektia on tarkoitus korvata plasmaa lämmittävät mikroaaltosäteilijät perinteisillä neutraalihiukkassuihkusuuttimilla, joissa sähköisesti neutraalit deuteriumatomit siirtävät energiansa plasmaan. Kun hiukkasfuusio on alkanut, se ylläpitää vaaditun lämpötilan myöhempiä fuusiotapahtumia varten. Plasman paineen suhde magneettikentän paineeseen on suuruusluokkaa suurempi kuin tokamakeissa. [3]

Tässä on joitain muita fuusioreaktorin ominaisuuksia:

Prototyyppi suunnitellaan luotavaksi ensin 1x2 metrin mittaisena, minkä jälkeen se skaalataan 2x2x4 metriin kaupallisissa näytteissä.

Ratkaistavat tehtävät

Rengasmagneetit vaativat suojaa plasman haitallisilta neutronisäteilyltä. Plasman lämpötilan täytyy saavuttaa useita miljoonia kelvinejä . Magneetit on jäähdytettävä hieman absoluuttisen nollan yläpuolelle, jotta suprajohtavuus säilyy. [3]

Peitekomponentilla (reaktorin kuorella) on kaksi tehtävää: se vangitsee neutroneja ja siirtää niiden energian jäähdytysnesteeseen ja saa neutronit törmäämään litiumatomien kanssa , jolloin ne muuttuvat tritiumiksi , jota käytetään reaktorin polttoaineena. Peitteen paino on avaintekijä mahdollisissa reaktorisovelluksissa. Projektissa oletetaan, että reaktori voi painaa 300-1000 tonnia. [3]

Suunnitelmat

Yhtiö aikoo skaalata toimivan prototyypin valmiiksi tuotantomalliksi vuonna 2024 ja pystyä toimittamaan 44 Tera-kWh tehoa maailmanlaajuisesti vuoteen 2045 mennessä. [17] [18] [19] [20]

Patentit

Lockheed on hakenut kolme patenttia[ määritä ] .

Mahdolliset sovellukset

Yhtiö nimeää useita mahdollisia sovelluksia reaktorilleen:

Kritiikki

Fysiikan professori ja Ison-Britannian kansallisen fuusiolaboratorion johtaja  Steven Cowley vaati tarkempia tietoja ja huomautti, että nykyinen ajattelumalli fuusiotutkimuksessa on "enemmän on parempi". Muissa lämpöydinfuusiolaitoksissa indikaattorit paranevat kertoimella 8, kun reaktorin lineaariset mitat kasvavat kertoimella kaksi [21] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ FuseNet: The European Fusion Education Network , < http://www.fusenet.eu/node/400 > Arkistoitu 6. toukokuuta 2013 Wayback Machinessa 
  2. ↑ Lockheed sanoo tekevänsä läpimurtoa fuusioenergiaprojektissa . Arkistoitu alkuperäisestä 16. lokakuuta 2014. Haettu 15. lokakuuta 2014.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Nathan, Stuart . Uudet kompaktin fuusion yksityiskohdat paljastavat haasteen laajuuden , The Engineer  (22. lokakuuta 2014). Arkistoitu alkuperäisestä 9. lokakuuta 2015. Haettu 7. huhtikuuta 2015.
  4. ↑ Lockheed Martinin epäillään rakentavan toimivaa fuusioreaktoria . lenta.ru . Haettu 2. joulukuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 2. joulukuuta 2021.
  5. ↑ Lockheed Martin luo kompaktin fuusioreaktorin vuodessa . Vedomosti . Haettu 2. joulukuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 2. joulukuuta 2021.
  6. ↑ Norris, kaveri. Fusion Frontier // Aviation Week & Space Technology. - 2014 - 20. lokakuuta.
  7. ↑ Parannettu käyttöikää ja synkronointikäyttäytymistä moniverkoisissa inertiaalisissa sähköstaattisissa fuusiolaitteissa , MIT, helmikuu 2007 , < http://ssl.mit.edu/publications/theses/PhD-2007-McGuireThomas.pdf31 , atved2013 . Wayback Machine 
  8. ↑ McGuire, Sedwick (21. heinäkuuta 2008), Numerical Predictions of Enhanced Ion Confinement in a Multi-grid IEC Device , < http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2008-4675 > Arkistoitu 31. joulukuuta 2019 Wayback Machine 
  9. ↑ Tapaa Skunk Worksin Compact Fusion Reactor Teamin johtaja , Aviation Week & Space Technology  (20. lokakuuta 2014). Arkistoitu alkuperäisestä 18. lokakuuta 2014. Haettu 24.11.2014.
  10. ↑ Norris, Guy (15. lokakuuta 2014), Skunk Works paljastaa Compact Fusion Reactor Details , < http://aviationweek.com/technology/skunk-works-reveals-compact-fusion-reactor-details > . Haettu 18. lokakuuta 2014. Arkistoitu 16. lokakuuta 2014 Wayback Machinessa 
  11. ↑ Norris, Guy (14. lokakuuta 2014), High Hopes – Voiko Compact Fusion vapauttaa uutta voimaa avaruus- ja lentoliikenteessä? , < http://aviationweek.com/blog/high-hopes-can-compact-fusion-unlock-new-power-space-and-air-transport > Arkistoitu 18. lokakuuta 2014 Wayback Machinessa 
  12. ↑ Hedden, Carole (20. lokakuuta 2014), Tapaa Skunk Worksin Compact Fusion Reactor Teamin johtaja , < http://aviationweek.com/technology/meet-leader-skunk-works-compact-fusion-reactor-team Meet> Arkistoitu 18. lokakuuta 2014 Wayback Machinessa 
  13. ↑ Lockheed Martin saa patentin kannettavalle "magneettiselle plasmakonsentraattorille" . Habr . Haettu 2. joulukuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 2. joulukuuta 2021.
  14. ↑ Magneettikenttien kapselointi plasman  sulkemista varten . Haettu 2. joulukuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 2. joulukuuta 2021.
  15. ↑ Wesson, J: "Tokamaks", 3. painos, sivu 115, Oxford University Press, 2004
  16. ↑ 12 Talbot , David . Onko Lockheed Martinilla todella läpimurto fuusiokone? , Technology Review  (20. lokakuuta 2014). Arkistoitu alkuperäisestä 19. maaliskuuta 2015. Haettu 7. huhtikuuta 2015.
  17. ↑ Youtube: Lockheed Martin: Compact Fusion Research & Development Arkistoitu 31. heinäkuuta 2015 Wayback Machinessa (video), 15. lokakuuta 2014
  18. ↑ Kuva: 16. lokakuuta 2014, www.theage.com.au: Lockheed Skunk Works kehittää kuorma-auton kokoista fuusioreaktoria Arkistoitu 11. marraskuuta 2014 Wayback Machinessa
  19. ↑ Kuvat: 15. lokakuuta 2014, aviationweek.com: Skunk Works paljastaa kompaktin fuusioreaktorin tiedot  : "...CFR välttää nämä ongelmat puuttumalla plasman sulkemiseen radikaalisti eri tavalla. Sen sijaan, että se rajoittaisi plasmaa putkimaisten renkaiden sisällä , suprajohtavat kelat luovat uuden magneettikentän geometrian, jossa plasma pysyy koko reaktiokammion laajemmissa rajoissa... Alustavat simulaatiot ja kokeelliset tulokset "ovat olleet erittäin lupaavia ja positiivisia", McGuire sanoo. "Viimeisin on magnetoitu ioni synnytyskokeessa, ja alustavat mittaukset osoittavat, että käyttäytyminen näyttää toimivan oikein .
  20. ↑ 15. lokakuuta 2014 , theguardian.com: Lockheed ilmoittaa läpimurtonsa ydinfuusioenergian alalla ydinfuusion alalla   , ja ensimmäiset reaktorit, jotka ovat tarpeeksi pienet mahtumaan kuorma-auton takaosaan, voivat olla käyttövalmiita vuosikymmenen kuluttua… Erittäin tiheä deuterium, vedyn isotooppi, löytyy maan valtameristä, ja tritium valmistetaan luonnollisista litiumesiintymistä. Se sanoi, että tulevat reaktorit voisivat käyttää erilaista polttoainetta ja eliminoida radioaktiivisen jätteen kokonaan… Lockheed kertoi osoittaneensa, että se voisi saada päätökseen suunnittelun, rakentamisen ja testauksen jopa vuodessa, minkä pitäisi tuottaa toimiva reaktori 10 vuodessa, McGuire sanoi… »
  21. ↑ McGarry, Brendan (16. lokakuuta 2014), Scientists Skeptical of Lockheed's Fusion Breakthrough , < http://defensetech.org/2014/10/16/scientists-skeptical-of-lockheeds-fusion-breakthrough/ > . Haettu 23. lokakuuta 2014. Arkistoitu 26. huhtikuuta 2015 Wayback Machineen 

Linkit