Reactorul de fuziune Lockheed Martin

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 21 decembrie 2021; verificările necesită 4 modificări .

Reactorul de fuziune compact Lockheed Martin, reactor de fuziune High beta , a patra generație a prototipului T4  , este un proiect dezvoltat de un grup de specialiști condus de Charles Chase în divizia de lucrări Skunk  specializată în dezvoltări secrete ale Lockheed Martin . Proiectul reprezintă implementarea unui design toroid compact și prevede o reducere semnificativă a intervalului de timp pentru implementarea proiectelor de fuziune . A fost introdus pentru prima dată pe forumul Google Solve for X pe 7 februarie 2013 [1] .

Planul lui Lockheed Martin este să „ creeze și să testeze un reactor de fuziune compact în mai puțin de un an și să continue prototipurile în cinci ani ” [2] .

Istorie

Proiectul a început în 2010 [3] . În 2013, Lockheed Martin a depus o cerere de brevet pentru „Encapsulating Magnetic Fields for Plasma Containment”, care a fost depusă la Oficiul de brevete și mărci comerciale din SUA în aprilie 2014 [4] .

În octombrie 2014, Lockheed Martin a anunțat că va încerca să construiască un reactor de fuziune compact de 2,1 x 3 metri [5] care „ar putea încăpea în spatele unui camion” cu o capacitate de 100 MW. Acest lucru este suficient pentru a furniza energie electrică unui oraș cu o populație de 80.000 de oameni [6] .

Proiectantul șef și liderul tehnic al echipei de dezvoltare a reactoarelor de fuziune compactă este Thomas McGuire , care a făcut o teză de doctorat anterioară [7] [8] despre fuzor la MIT . [9] McGuire a studiat fuziunea la școala absolventă ca o posibilă sursă de propulsie în spațiu în legătură cu planurile NASA de a scurta timpul de călătorie către Marte [10] [11] [12] .

În februarie 2018, Lockheed Martin a primit un brevet pentru un „concentrator de plasmă magnetică”, din document reiese clar că vorbim despre un reactor de fuziune compact, care este comparabil ca dimensiune cu un container convențional, care permite furnizarea de energie electrică la aproximativ 80 de mii de locuințe [13] [14] .

Titlu

Reactorul se numește reactor de fuziune beta înaltă în onoarea coeficientului beta care determină raportul dintre presiunea plasmei și presiunea câmpului magnetic,

[15] .

Sinteză

Fuziunea nucleară se realizează prin îndepărtarea electronilor din atomii a doi izotopi de hidrogen: deuteriu și tritiu , amestecând nucleele atomice rezultate și păstrând plasma rezultată într-un spațiu mic.

Plasma este apoi încălzită pentru a accelera mișcarea nucleelor. Acest lucru este necesar deoarece ambele nuclee sunt încărcate pozitiv și este necesară o viteză mare de mișcare a nucleelor ​​pentru a depăși repulsia electrostatică și a forța nucleele să se ciocnească. La o viteză suficient de mare a nucleelor ​​care se ciocnesc, se sintetizează un atom de heliu și un neutron de înaltă energie, a căror energie poate fi reținută prin încetinirea neutronului. Transferarea acestei energie la lichidul de răcire permite ca acesta să fie folosit pentru a genera electricitate. O cantitate mică de deuteriu și tritiu poate fi la fel de productivă ca un reactor nuclear convențional, dar fără deșeuri nucleare și cu mult mai puțin risc de radiații dăunătoare. [3]

Dispozitiv

Proiectul implică limitarea plasmei cu o oglindă magnetică . Câmpurile magnetice de mare densitate reflectă particulele în mișcare spre interior, într-un volum cu o densitate scăzută a câmpului magnetic. [16]

Lockheed se concentrează pe construirea unui dispozitiv relativ mic, de dimensiunea unui motor cu reacție convențional. Compania susține că acest lucru va permite ca proiectul să fie livrat mult mai rapid, deoarece fiecare proiect poate fi produs mai rapid și la un cost semnificativ mai mic decât proiectele la scară largă, cum ar fi Joint European Torus sau ITER . [16]

Se folosesc două seturi de oglinzi. O pereche de oglinzi inelare este situată în interiorul vasului cilindric al reactorului la ambele capete. Un alt set de oglinzi înconjoară cilindrul reactorului. Magneții inel produc un câmp magnetic cunoscut sub numele de vârf diamagnetic , în care forțele magnetice își schimbă rapid direcția și comprimă nucleele spre punctul de mijloc dintre cele două inele. Câmpurile magneților externi presează nucleele înapoi la capetele vasului. Acest proces este cunoscut sub numele de „reciclare”. [3] Proiectul prezentat în imagine nu este un proiect Lockheed Martin, ci este un corktron care folosește și un efect de oglindă. Reactorul Lockheed Martin folosește o configurație cuspidă. Ambele configurații (cuspidă și celulă oglindă) au fost studiate intens în anii 50-70 ai secolului XX și respinse. Problema principală este că o particulă încărcată nu experimentează nicio forță dacă zboară de-a lungul unui câmp magnetic. Aceste particule se pierd imediat ce părăsesc capcana. Problema este exacerbată de faptul că particulele reținute inițial care se ciocnesc unele cu altele cad și ele într-o situație similară și se pierd pentru totdeauna. Ca urmare, cele mai avansate instalații folosesc linii de forță închise (tokamak, stellarator, pinch inversat în câmp). Datorită acestui fapt, temperatura a fost crescută de mii de ori în comparație cu liniile de forță neînchise.

Una dintre inovațiile proiectului este utilizarea magneților supraconductori. Acestea vă permit să creați câmpuri magnetice puternice cu mai puțină energie decât magneții convenționali. Designul nu include un curent curat, despre care Lockheed susține că înlătură o sursă majoră de instabilitate a plasmei și îmbunătățește izolarea. Volumul mic de plasmă reduce energia necesară pentru a realiza fuziunea. Ca parte a proiectului, este planificată înlocuirea emițătorilor de microunde care încălzesc plasma cu injectoare convenționale cu fascicul de particule neutre, în care atomii de deuteriu neutri din punct de vedere electric își transferă energia în plasmă. Odată începută, energia din fuziunea particulelor menține temperatura necesară pentru evenimentele de fuziune ulterioare. Raportul dintre presiunea plasmei și presiunea câmpului magnetic este cu un ordin de mărime mai mare decât în ​​tokamak. [3]

Iată câteva alte caracteristici ale unui reactor de fuziune:

Prototipul este planificat să fie creat mai întâi cu dimensiuni de 1x2 metri, apoi scalat până la 2x2x4 metri în mostre comerciale.

Sarcini de rezolvat

Magneții inel necesită protecție împotriva radiațiilor neutronice dăunătoare ale plasmei. Temperatura plasmei trebuie să atingă multe milioane de kelvin . Magneții trebuie răciți la temperaturi chiar peste zero absolut pentru a menține supraconductibilitatea. [3]

Componenta pătură (învelișul reactorului) are două funcții: captează neutroni și transferă energia acestora în lichidul de răcire și provoacă ciocnirea neutronilor cu atomii de litiu , transformându-i în tritiu , care este folosit ca combustibil pentru reactor. Greutatea păturii este un element cheie pentru posibilele aplicații ale reactoarelor. Proiectul presupune că reactorul poate cântări 300-1000 de tone. [3]

Planuri

Compania intenționează să scaleze un prototip funcțional la un model de producție finit în 2024 și să poată alimenta 44 Tera-kWh în întreaga lume până în 2045. [17] [18] [19] [20]

Brevete

Lockheed a solicitat trei brevete[ specificați ] .

Aplicații potențiale

Compania numește mai multe aplicații potențiale pentru reactorul său:

Critica

Profesorul de fizică și directorul National Fusion Laboratory din Marea Britanie ,  Steven Cowley , a cerut date mai precise, menționând că paradigma actuală de gândire în cercetarea fuziunii este „mai mult este mai bine”. La alte instalații de fuziune termonucleară, indicatorii se îmbunătățesc cu un factor de 8 cu o creștere a dimensiunilor liniare ale reactorului cu un factor de doi [21] .

Vezi și

Note

  1. ↑ FuseNet: The European Fusion Education Network , < http://www.fusenet.eu/node/400 > Arhivat 6 mai 2013 la Wayback Machine 
  2. ↑ Lockheed spune că face progrese în proiectul de energie de fuziune . Arhivat din original pe 16 octombrie 2014. Recuperat la 15 octombrie 2014.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Nathan, Stuart . Noi detalii despre fuziunea compactă dezvăluie scara provocării , The Engineer  (22 octombrie 2014). Arhivat din original pe 9 octombrie 2015. Preluat la 7 aprilie 2015.
  4. ↑ Lockheed Martin suspectat că a construit un reactor de fuziune funcțional . lenta.ru . Preluat la 2 decembrie 2021. Arhivat din original pe 2 decembrie 2021.
  5. ↑ Lockheed Martin va crea un reactor compact de fuziune într-un an . Vedomosti . Preluat la 2 decembrie 2021. Arhivat din original pe 2 decembrie 2021.
  6. ↑ Norris, Guy. Fusion Frontier // Săptămâna aviației și tehnologia spațială. - 2014. - 20 octombrie.
  7. ↑ Îmbunătățirea duratelor de viață și a comportamentului de sincronizare în dispozitive de fuziune electrostatică inerțială cu mai multe rețele , MIT, februarie 2007 , < http://ssl.mit.edu/publications/theses/PhD-2007-McGuireThomas.pdf > Arhivat la 31 mai 2013 mașina Wayback 
  8. ↑ McGuire, Sedwick (21 iulie 2008), Numerical Predictions of Enhanced Ion Confinement in a Multi-grid IEC Device , < http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2008-4675 > Arhivat la 31 decembrie 2019 mașina Wayback 
  9. ↑ Faceți cunoștință cu echipa Compact Fusion Reactor a liderului Skunk Works , Aviation Week & Space Technology  (20 octombrie 2014). Arhivat din original pe 18 octombrie 2014. Preluat la 24 noiembrie 2014.
  10. ↑ Norris, Guy (15 octombrie 2014), Skunk Works Reveals Compact Fusion Reactor Details , < http://aviationweek.com/technology/skunk-works-reveals-compact-fusion-reactor-details > . Extras 18 octombrie 2014. Arhivat 16 octombrie 2014 la Wayback Machine 
  11. ↑ Norris, Guy (14 octombrie 2014), High Hopes – Poate Compact Fusion să deblocheze o nouă putere pentru spațiu și transport aerian? , < http://aviationweek.com/blog/high-hopes-can-compact-fusion-unlock-new-power-space-and-air-transport > Arhivat 18 octombrie 2014 la Wayback Machine 
  12. ↑ Hedden, Carole (20 octombrie 2014), Meet The Leader Of Skunk Works' Compact Fusion Reactor Team , < http://aviationweek.com/technology/meet-leader-skunk-works-compact-fusion-reactor-team Meet> Arhivat pe 18 octombrie 2014 la Wayback Machine 
  13. ↑ Lockheed Martin primește brevetul pentru „concentratorul magnetic de plasmă” portabil . Habr . Preluat la 2 decembrie 2021. Arhivat din original pe 2 decembrie 2021.
  14. ↑ Încapsularea câmpurilor magnetice pentru  închiderea plasmei . Preluat la 2 decembrie 2021. Arhivat din original pe 2 decembrie 2021.
  15. ↑ Wesson, J: „Tokamaks”, ediția a 3-a, pagina 115, Oxford University Press, 2004
  16. ↑ 12 Talbot , David . Lockheed Martin are într-adevăr o mașină de fuziune revoluționară? , Technology Review  (20 octombrie 2014). Arhivat din original pe 19 martie 2015. Preluat la 7 aprilie 2015.
  17. ↑ Youtube: Lockheed Martin: Compact Fusion Research & Development Arhivat 31 iulie 2015 la Wayback Machine (video), 15 octombrie 2014
  18. ↑ Foto: 16 octombrie 2014, www.theage.com.au: Lockheed Skunk Works dezvoltă un reactor de fuziune de dimensiunea unui camion Arhivat 11 noiembrie 2014 la Wayback Machine
  19. ↑ Ilustrații: 15 octombrie 2014, aviationweek.com: Skunk Works Reveals Compact Fusion Reactor Details  : „…CFR va evita aceste probleme abordând limitarea plasmei într-un mod radical diferit. În loc să constrângă plasma în inele tubulare, o serie de bobinele supraconductoare vor genera o nouă geometrie a câmpului magnetic în care plasma este menținută în limitele mai largi ale întregii camere de reacție... Simulările preliminare și rezultatele experimentale „au fost foarte promițătoare și pozitive”, spune McGuire. „Cel mai recent este un ion magnetizat. experimentul de izolare, iar măsurătorile preliminare arată că comportamentul arată ca și cum funcționează corect .
  20. ↑ 15 octombrie 2014 , theguardian.com: Lockheed anunță o descoperire în domeniul energiei de fuziune nucleară în   fuziunea nucleară, iar primele reactoare, suficient de mici pentru a încăpea pe spatele unui camion, ar putea fi gata de utilizare într-un deceniu... Deuteriu ultradens, un izotop al hidrogenului, se găsește în oceanele pământului, iar tritiul este obținut din depozite naturale de litiu. A spus că viitoarele reactoare ar putea folosi un alt combustibil și să elimine complet deșeurile radioactive... Lockheed a spus că a demonstrat că ar putea finaliza un proiect, construi și testa în cel puțin un an, care ar trebui să producă un reactor operațional în 10 ani, a spus McGuire... »
  21. ↑ McGarry, Brendan (16 octombrie 2014), Scientists Skeptical of Lockheed's Fusion Breakthrough , < http://defensetech.org/2014/10/16/scientists-skeptical-of-lockheeds-fusion-breakthrough/ > . Preluat la 23 octombrie 2014. Arhivat la 26 aprilie 2015 la Wayback Machine 

Link -uri