Современные проблемы и перспективы ИТС Орлов Ю.Н. (ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, МФТИ)

2 Физика термоядерного синтеза

3 Условия осуществления реакции Кулоновский барьер Квантовое туннелирование При T

4 Основные реакции DT-синтеза

5 Сечения и энергия реакций синтеза

6 Деление быстрыми нейтронами 1 мг DT = 340 МДж 1 мг U = 80 МДж 1 реакция синтеза = 17 МэВ 1 реакция деления = 200 МэВ

7 Потребности энергетики

8 Стоимость извлечения энергоресурсов

9 Условия энергетически выгодного синтеза Критерий Лоусона Критерий инерциального удержания Удержание плазмы с концентрацией n в течение времени при температуре T>10 keV Оптическая толща плазмы плотности ρ с характерным размером R должна быть больше пробега α-частиц с энергией 3,5MeV Критерий энергоэффективности Коэффициент усиления мишени G должен быть достаточным для того, чтобы расход электроэнергии для работы драйвера составлял бы φ=0,05 от отпускаемой энергии в сеть

10 Энергетическая концепция ИТС

11

12 Типы термоядерных реакторов

13 Токамак Стелларатор Пробкотрон Котел взрывного сгорания Z-пинч Обжатие лазером

14 Характеристики камер реакторов в проектах ИТС ПроектHYLIFE-IILIBRA-SPHIBALL-IIStarlightSombrero Энергия взрыва, МДж Радиус первой стенки, м 3,54566,5 Защита первой стенки Инжекция толстых струй, соль Li 2 BeF 4 Струйная завеса, эвтектика Li 17 Pb 83 Жидкая пленка, эвтектика Li 17 Pb 83 Мишенная капсула, Li Буферный газ, Xe Материал первой стенки Сталь Пористый SiC СтальГрафит

15

16 Камера реактора в проекте LIBRA-SP

17 Камера для Z-пинча горизонтальное и вертикальное сечения

18 Мюонный катализ

19 Физические условия μ-катализа Образуются мезомолекулярные ионы DD, DT, ядра которых колеблются на малых расстояниях одно от другого; время реакции туннелирования и последующего синтеза 1 фс: С вероятностью 0,01 мюон после реакции DT + +n подхватывается ядром гелия и выводится из реакции.

20 Тяжелоионный синтез

21

22 ТЯЖЕЛОИОННЫЙ ДРАЙВЕР

23 Мишень в концепции FIHIF Target mass………......….3.35g DT mass……………… mg Target length……….… mm Target radius……… mm DT radius………… mm Ion beam energy..………..6.4 MJ Max. beam power………..525TW Beam rotation frequency…………………1GHz Lead shell Cylindrical compression by rotating ion beam

24 Бланкет реактора Распределение продуктов реакции по энерговыделению Нейтроны 576 MJ 78% Рентген 149 MJ 20% Осколки 16 MJ 2% Всего на 1 микровзрыв 741 MJ 100%

25 Этапы работы мишени

26 R-t diagram for cylindrical target computed by DEIRA-4 Code

27 Нейтронный импульс и спектр

28 Рентгеновское излучение

29 Разлет «осколков» мишени

30 R-t диаграмма вещества в камере

31 Динамика температуры в короне испаренного слоя защиты первой стенки

32 Динамика испарения и конденсации Изменение во времени концентрации теплоносителя в камере

33 Распределение температуры в бланкете

34 Волны давления в бланкете

35 Концепция «синтез-деление-синтез»

36 ГИБРИДНАЯ МИШЕНЬ

37 Энерговыделение в уране (МДж) в зависимости от степени сжатия по радиусу Отношение энергии деления к энергии синтеза в зависимости от степени сжатия по радиусу

38 Энерговыделение в уране (МДж) в зависимости от степени сжатия по радиусу Доля выгорания урана в зависимости от степени сжатия по радиусу

39 Энерговыделение в уране (МДж) в зависимости от степени сжатия по радиусу Доля выгорания урана при оптимальном сжатии в зависимости от аспектного отношения пушера

40 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЯЭУ Драйвер Ионы Pt 100 ГэВ Профилированное энерговложение 12 МДж Длительность 75 нс Средняя мощность 160 ТВт Мишень Топливо DT 1,57 мг U 214,4 мг Усиление 57 (27+30) Выгорание 60% DT+ 2%U Камера Взрывная секция R = 4 м Секция конденсации R = 10 м Расход теплоносителя 14 т/с Бланкет Теплоноситель Li17Pb83 Толщина 0,5 м Коэффициент усиления 1,1 Воспроизводство трития 1,1 Система очистки теплоносителя Очистка от продуктов деления 239 Np, 238 U Очистка бланкета T, 210 Po Выработка электроэнергии Трехконтурная схема, теплоноситель: LiPb/Na/H 2 O Кпд нетто 34% Мощность (эл.) 470 МВт

41 КОНЦЕПЦИЯ «СИНТЕЗ-ДЕЛЕНИЕ-СИНТЕЗ» Достоинства Проблемные места 1. Оба типа ядерных реакций в предлагаемом сочетании усиливают одна другую. 2. Внутри энергоустановки полностью отсутствует возможность возникновения неконтролируемой цепной ядерной реакции 3. Невозможна ядерная авария из-за потери теплоносителя. 4. Утилизация накопленного природного урана без его обогащения. 5. На единицу установленной мощности образуется меньшее количество ядерных отходов. 6. Отсутствие конструкционных материалов и органов регулирования в зоне реакции. 1. Создание ускорителя с требуемыми параметрами. 2. Работоспособность мишени. Реализация сжатия и его устойчивость к возмущающим факторам. 3. Отклик первой стенки камеры и бланкета реактора на потоки энергии. Устойчивость материалов к длительным импульсным нагрузкам. 4. Очистка теплоносителя от продуктов реакций и остатков топлива.

42 Невозможный термояд

43 Биологическая трансмутация Идея «В митохондриях клетки за счет перескоков электрона от Fe2+ к Fe3+ генерируется высокочастотное электромагнитное поле с частотой Гц. В этом поле ускоряются протоны. Поскольку поле высокочастотное, оно свободно проникает внутрь ядер атомов и меняет направление действия кулоновских сил отталкивания между протонами на притяжение, после чего протоны сливаются.» Петракович Г.Н. Биополе без тайн: критический разбор теории клеточной биоэнергетики и гипотеза автора // Русская мысль, N2.- С Петракович Г.Н. Ядерные реакции в живой клетке: новые представления о биоэнергетике клетки в дополнение к опубликованным ранее // Русская мысль, N3-12.-С

44 Холодный термояд Идея Экспериментальная установка представляет собой емкость с электролитом из смеси хлоридов палладия, лития и окиси дейтерия. При пропускании тока палладий и дейтерий осаждаются на электродах. Согласно теории холодного термоядерного синтеза, во время диффузии на этих электродах молекулы дейтерия сталкиваются, образуя молекулы гелия. При этом высвобождаются высокоэнергетические нейтроны, которые должны быть обнаружены.

45 Пузырьковый термояд Идея При прохождении ультразвуковой волны через дейтерированную жидкость в ней образуются кавитационные пузырьки в фазе разрежения, а в фазе сжатия они схлопываются. Поскольку давление в пузырьке определяется в основном лапласовским слагаемым 2σ/r, то можно создать почти бесконечные давления при сжатии и, как следствие, термоядерные температуры. На самом деле достижимые температуры порядка 10000К (1еV) не дают повода говорить о термояде, а всего лишь о сонолюминисценции. Нейтронов не обнаруживается.