Fúzní reaktor Lockheed Martin

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 21. prosince 2021; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Kompaktní fúzní reaktor Lockheed Martin , fúzní reaktor High beta , čtvrtá generace prototypu T4  , je projekt vyvinutý skupinou specialistů vedených Charlesem Chasem v divizi továren Skunk  specializující se na tajný vývoj Lockheed Martin . Projekt představuje implementaci kompaktního toroidního designu a zajišťuje výrazné zkrácení časového rámce pro realizaci projektů fúze . Poprvé byl představen na fóru Google Solve for X dne 7. února 2013 [1] .

Plán Lockheed Martin je „ vytvořit a otestovat kompaktní fúzní reaktor za méně než rok a pokračovat v prototypování do pěti let “ [2] .

Historie

Projekt byl zahájen v roce 2010 [3] . V roce 2013 společnost Lockheed Martin podala patentovou přihlášku na „Encapsulating Magnetic Fields for Plasma Containment“, která byla podána u amerického úřadu pro patenty a ochranné známky v dubnu 2014 [4] .

V říjnu 2014 společnost Lockheed Martin oznámila, že se pokusí postavit kompaktní fúzní reaktor o rozměrech 2,1 x 3 metry [5] , který by se „vešel do zadní části náklaďáku“ o výkonu 100 MW. To stačí k zajištění elektřiny do města s 80 000 obyvateli [6] .

Hlavním konstruktérem a technickým vedoucím vývojového týmu kompaktního fúzního reaktoru je Thomas McGuire , který vypracoval dřívější doktorandskou práci [7] [8] o fuzoru na MIT . [9] McGuire studoval fúzi na postgraduální škole jako možný zdroj pohonu ve vesmíru v souvislosti s plány NASA na zkrácení doby cesty na Mars [10] [11] [12] .

V únoru 2018 obdržel Lockheed Martin patent na „magnetický plazmový koncentrátor“, z dokumentu je zřejmé, že mluvíme o kompaktním fúzním reaktoru, který je velikostí srovnatelný s konvenčním kontejnerem, což umožňuje poskytovat elektřinu do cca 80 tisíc domácností [13] [14] .

Název

Reaktor se nazývá High beta fusion reaktor na počest koeficientu beta, který určuje poměr tlaku plazmy a tlaku magnetického pole,

[15] .

Syntéza

Jaderná fúze je realizována odstraněním elektronů z atomů dvou izotopů vodíku: deuteria a tritia , smícháním výsledných atomových jader a udržením výsledného plazmatu na malém prostoru.

Plazma se pak zahřívá, aby se urychlil pohyb jader. To je nutné, protože obě jádra jsou kladně nabitá a k překonání elektrostatického odpuzování a přinucení jader ke srážce je potřeba vysoká rychlost pohybu jader. Při dostatečně vysoké rychlosti srážejících se jader dochází k syntéze atomu helia a vysokoenergetického neutronu, jehož energii lze zadržet zpomalením neutronu. Přenos této energie do chladicí kapaliny umožňuje její využití k výrobě elektřiny. Malé množství deuteria a tritia může být stejně produktivní jako konvenční jaderný reaktor, ale bez jaderného odpadu a s mnohem menším rizikem škodlivého záření. [3]

Zařízení

Projekt zahrnuje omezení plazmatu magnetickým zrcadlem . Magnetická pole s vysokou hustotou odrážejí pohybující se částice dovnitř, do objemu s nízkou hustotou magnetického pole. [16]

Lockheed se zaměřuje na stavbu relativně malého zařízení o velikosti běžného proudového motoru. Společnost tvrdí, že to umožní dodání projektu mnohem rychleji, protože každý návrh může být vyroben rychleji a s výrazně nižšími náklady než velké projekty, jako je Joint European Torus nebo ITER . [16]

Používají se dvě sady zrcadel. Uvnitř válcové nádoby reaktoru je na obou koncích umístěna dvojice prstencových zrcadel. Další sada zrcadel obklopuje válec reaktoru. Prstencové magnety vytvářejí magnetické pole známé jako diamagnetický vrchol, ve kterém magnetické síly rychle mění směr a stlačují jádra směrem ke středu mezi dvěma prstenci. Pole vnějších magnetů přitlačují jádra zpět ke koncům nádoby. Tento proces je známý jako „recyklace“. [3] Projekt zobrazený na obrázku není projekt Lockheed Martin, ale je to corktron, který také využívá zrcadlový efekt. Reaktor Lockheed Martin používá vrcholovou konfiguraci. Obě tyto konfigurace (vrcholová a zrcadlová buňka) byly intenzivně studovány v 50.-70. letech 20. století a zamítnuty. Hlavním problémem je, že nabitá částice nepůsobí žádnou silou, pokud letí podél magnetického pole. Tyto částice se ztratí, jakmile opustí past. Problém je umocněn tím, že původně zadržené částice, které se navzájem srážejí, se také dostanou do podobné situace a jsou navždy ztraceny. Výsledkem je, že nejpokročilejší instalace využívají uzavřené siločáry (tokamak, stelarátor, pole-reverzní pinch). Kvůli tomu byla teplota tisíckrát zvýšena ve srovnání s neuzavřenými siločárami.

Jednou z novinek projektu je použití supravodivých magnetů. Umožňují vytvářet silná magnetická pole s menší energií než běžné magnety. Konstrukce nezahrnuje čistý proud, o kterém Lockheed tvrdí, že odstraňuje hlavní zdroj nestability plazmy a zlepšuje zadržování. Malý objem plazmatu snižuje energii potřebnou k dosažení fúze. V rámci projektu je plánována výměna mikrovlnných zářičů, které ohřívají plazma, za klasické injektory svazku neutrálních částic, ve kterých elektricky neutrální atomy deuteria předávají svou energii plazmatu. Jakmile se spustí, energie z fúze částic udržuje požadovanou teplotu pro následující fúzní události. Poměr tlaku plazmatu k tlaku magnetického pole je řádově vyšší než u tokamaků. [3]

Zde jsou některé další charakteristiky fúzního reaktoru:

Prototyp je plánován nejprve vytvořit o rozměrech 1x2 metry, poté se v komerčních vzorcích zvětší až na 2x2x4 metry.

Úkoly k vyřešení

Prstencové magnety vyžadují ochranu před škodlivým neutronovým zářením plazmatu. Teplota plazmatu musí dosáhnout mnoha milionů kelvinů . Magnety musí být ochlazeny na teploty těsně nad absolutní nulou, aby byla zachována supravodivost. [3]

Složka plození (plášť reaktoru) má dvě funkce: zachycuje neutrony a přenáší jejich energii do chladiva a způsobuje, že se neutrony srážejí s atomy lithia a mění je na tritium , které se používá jako palivo pro reaktor. Hmotnost plochy je klíčovým prvkem pro možné aplikace reaktoru. Projekt předpokládá, že reaktor může vážit 300-1000 tun. [3]

Plány

Společnost plánuje v roce 2024 rozšířit funkční prototyp na hotový sériový model a do roku 2045 bude schopna po celém světě pohánět 44 tera-kWh. [17] [18] [19] [20]

Patenty

Lockheed požádal o tři patenty[ specifikovat ] .

Potenciální aplikace

Společnost uvádí několik potenciálních aplikací pro svůj reaktor:

Kritika

Profesor fyziky a ředitel britské National Fusion Laboratory Steven Cowley vyzval  k přesnějším údajům a poznamenal, že současné paradigma myšlení ve výzkumu fúze je „více je lepší“. Na jiných zařízeních pro termonukleární fúzi se ukazatele zlepšují 8násobně se zvětšením lineárních rozměrů reaktoru dvojnásobným [21] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ FuseNet: The European Fusion Education Network , < http://www.fusenet.eu/node/400 > Archivováno 6. května 2013 na Wayback Machine 
  2. ↑ Lockheed říká , že udělal průlom v projektu fúzní energie . Archivováno z originálu 16. října 2014. Staženo 15. října 2014.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Nathan, Stuart . Nové podrobnosti o kompaktní fúzi odhalují rozsah výzvy , The Engineer  (22. října 2014). Archivováno z originálu 9. října 2015. Staženo 7. dubna 2015.
  4. ↑ Lockheed Martin podezřelý ze stavby funkčního fúzního reaktoru . lenta.ru _ Získáno 2. prosince 2021. Archivováno z originálu dne 2. prosince 2021.
  5. ↑ Lockheed Martin za rok vytvoří kompaktní fúzní reaktor . Vědomosti . Získáno 2. prosince 2021. Archivováno z originálu dne 2. prosince 2021.
  6. ↑ Norris, chlape. Fusion Frontier // Aviation Week & Space Technology. - 2014. - 20. října.
  7. ↑ Zlepšená životnost a synchronizační chování v inerciálních elektrostatických fúzních zařízeních s více mřížkami , MIT, únor 2007 , < http://ssl.mit.edu/publications/theses/PhD-2007-McGuireThomas.pdf > , archivováno 2. května 131 Wayback Machine 
  8. ↑ McGuire, Sedwick (21. července 2008), Numerical Predictions of Enhanced Ion Confinement in a Multi-grid IEC Device , < http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2008-4675 > Archivováno 31. prosince 2019 Wayback Machine 
  9. ↑ Seznamte se s vedoucím týmu Compact Fusion Reactor Team společnosti Skunk Works , Aviation Week & Space Technology  (20. října 2014). Archivováno z originálu 18. října 2014. Staženo 24. listopadu 2014.
  10. ↑ Norris, Guy (15. října 2014), Skunk Works Reveals Compact Fusion Reactor Details , < http://aviationweek.com/technology/skunk-works-reveals-compact-fusion-reactor-details > . Získáno 18. října 2014. Archivováno 16. října 2014 na Wayback Machine 
  11. ↑ Norris, Guy (14. října 2014), Vysoké naděje – může kompaktní fúze odemknout novou sílu pro vesmír a leteckou dopravu? , < http://aviationweek.com/blog/high-hopes-can-compact-fusion-unlock-new-power-space-and-air-transport > Archivováno 18. října 2014 ve Wayback Machine 
  12. ↑ Hedden, Carole (20. října 2014), Meet The Leader Of Skunk Works' Compact Fusion Reactor Team , < http://aviationweek.com/technology/meet-leader-skunk-works-compact-fusion-reactor-team Meet> Archivováno 18. října 2014 na Wayback Machine 
  13. ↑ Lockheed Martin získává patent na přenosný „magnetický plazmový koncentrátor“ . Habr . Získáno 2. prosince 2021. Archivováno z originálu dne 2. prosince 2021.
  14. ↑ Zapouzdření magnetických polí pro plazmové  omezení . Získáno 2. prosince 2021. Archivováno z originálu dne 2. prosince 2021.
  15. ↑ Wesson, J: "Tokamaky", 3. vydání, strana 115, Oxford University Press, 2004
  16. ↑ 12 Talbot , David . Má Lockheed Martin skutečně průlomový fúzní stroj? , Technology Review  (20. října 2014). Archivováno z originálu 19. března 2015. Staženo 7. dubna 2015.
  17. ↑ Youtube: Lockheed Martin: Compact Fusion Research & Development Archived 31. července 2015 na Wayback Machine (video), 15. října 2014
  18. ↑ Foto: 16. října 2014, www.theage.com.au: Lockheed Skunk Works vyvíjí fúzní reaktor o velikosti nákladního auta Archivováno 11. listopadu 2014 ve Wayback Machine
  19. ↑ Ilustrace: 15. října 2014, aviationweek.com: Skunk Works odhaluje podrobnosti o kompaktním fúzním reaktoru  : "…CFR se těmto problémům vyhne tím, že se vypořádá s omezením plazmy radikálně odlišným způsobem. Místo omezování plazmy v tubulárních prstencích supravodivé cívky vytvoří novou geometrii magnetického pole, ve které je plazma drženo v širších hranicích celé reakční komory… Předběžné simulace a experimentální výsledky „byly velmi slibné a pozitivní,“ říká McGuire. „Nejnovější je magnetizovaný ion experiment s omezením a předběžná měření ukazují, že chování vypadá, že funguje správně .
  20. ↑ 15. října 2014 , theguardian.com: Lockheed oznamuje průlom v oblasti jaderné fúze   v oblasti jaderné fúze a první reaktory, dostatečně malé, aby se vešly na korbu nákladního auta, by mohly být připraveny k použití za deset let… Ultrahusté deuterium, izotop vodíku, který se nachází v pozemských oceánech a tritium se vyrábí z přírodních ložisek lithia. Řekla, že budoucí reaktory by mohly používat jiné palivo a zcela eliminovat radioaktivní odpad…Lockheed řekl, že dokázal dokončit návrh, postavit a otestovat jej za pouhých rok, což by mělo vyrobit funkční reaktor za 10 let, řekl McGuire… »
  21. ↑ McGarry, Brendan (16. října 2014), Scientists Skeptical of Lockheed's Fusion Breakthrough , < http://defensetech.org/2014/10/16/scientists-skeptical-of-lockheeds-fusion-breakthrough/ > . Získáno 23. října 2014. Archivováno 26. dubna 2015 na Wayback Machine 

Odkazy