Как и зачем работают открытые ловушки
26.01.2019 54 0 0 tnenergy

Как и зачем работают открытые ловушки

---
0
В закладки

Продолжение, начало здесь.

Следующий метод — многопробочное удержание. В нём в цепочку выстраивается не три пробкотрона, а столько, сколько влезет в зал. Внутрь запускается плазма такой плотности, чтобы ион рассеивался на расстоянии, примерно равном расстоянию между соседними пробками. Частица, вылетающая из области удержания, может захватиться отдельным пробкотроном, поболтаться от пробки к пробке и снова рассеяться в произвольном направлении. Тем, кому приходилось учить мат.статистику, эта задача известна как задача о пьяном матросе: время, которое матросу частице потребуется на путь от начала ловушки до её конца, квадратично растёт с ростом длины. Делаем ловушку в десять раз длиннее, а удержание улучшается в сто раз.

На иллюстрации синей и зелёной линиями в пэйнте показаны траектории частиц [9].



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Эксперименты показали, что дела обстоят даже лучше, чем в исходной идее. Любая возникающая в плазме волна рассеивает частицы. Только теперь это приводит не к увеличенным потерям, как в простых пробкотронах, стеллараторах или токамаках, а к улучшению удержания: длина свободного пробега частиц за счёт рассеяния автоматически подгоняется к расстоянию между пробками, и метод работает даже при таких плотностях, при которых он этого делать не должен.

Для иллюстрации первые гофрированные (многопробочные) ловушки ЩЕГОЛ и ГОЛ-1.



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Занятный факт, который ещё всплывёт к концу поста: одновременно с многопробочным удержанием было предложено двигать пробки, чтобы тащить захваченные частицы обратно к области удержания. Это выглядит как эскалатор, который едет навстречу потоку людей: наружу выйдут только самые везучие и подготовленные. Об этом был написан один абзац ровно. Видимо, после этого авторы посчитали, сколько мощности надо для создания бегущих пробок, получили что-то в духе 20 или 100 ГВт и задвинули идею куда подальше.

Пруф:



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Последний из старых методов улучшенного удержания в линейных ловушках — газодинамический. Если в классический пробкотрон набить побольше частиц, чтобы они сталкивались раньше, чем долетают до пробки, то попадание в конус потерь не будет означать, собственно, потерь. Ситуацию можно сравнить со станцией метро в час пик: человек в центре станции, может, и хочет выйти наружу, но ему бы ещё до эскалатора добраться. Если длина перрона — километр, то он плюнет и поедет обратно на работу.

В такой плазме может жить без неустойчивостей популяция быстрых ионов с энергиями около 10 кэВ, которые и будут вступать в термоядерную реакцию с ионами плазмы. Время удержания линейно растёт с ростом пробочного отношения.

Пока что в мире построена одна ловушка газодинамического типа (называется, собственно, газодинамической ловушкой, сокращённо ГДЛ). На фотографиях — её вид в 1988 и 2018 году. Кое-что добавилось.



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


ГДЛ показала более хорошее удержание, чем закладывалось в её проект. Этот путь был долгим. Первой проблемой была устойчивость, уже упомянутая в абзаце о леммингах.

Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 100 электронвольт из-за проблем с МГД-устойчивостью и продольной теплопроводностью.

С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, где-то в начале 90-х.

.

Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 300 электронвольт из-за проблем с МГД-устойчивостью и продольной теплопроводностью.

С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, где-то в конце 90-х.

По очереди было найдено несколько методов стабилизации. Самый качественный из них напомнит читателю об экспериментах с вращающейся плазмой: если внешний слой плазмы вращается быстрее внутренних, любой всплывающий плазменный пузырь будет размазан в симметричную относительно оси трубу. Труба уже никуда не денется.

Метод был назван вихревым удержанием. 400 эВ на ГДЛ были получены лет десять назад.

Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек. ГДЛ никогда не сможет достичь, хотя бы, 1 килоэлектронвольта из-за проблем с продольной теплопроводностью.

С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, 2010 и некоторые другие годы.

Другой проблемой было то, что плазма вдоль силовых линий очень хорошо проводит тепло. Сложно греть штуку с теплопроводностью меди, которая двумя концами упирается в холодную массивную железку. На установках линейки ГОЛ проблема решалась возбуждением сильно турбулентнах колебаний электронов вокруг ионов. Аналогия — пожар в сумасшедшем доме: пока доктор электрон выйдет наружу и вынесет энергию, он столько раз столкнётся с бегающими куда попало людьми электромагнитными полями, что этот факт будет уже не важен. Пожарный холодный электрон же внутрь попасть не сможет — всё занято. Была мысль сделать так же на ГДЛ, и этот эксперимент когда-нибудь будет сделан, но всё оказалось гораздо проще.

Теплопроводность пропадает в той точке, где поле уменьшается в ~40 раз (если быть точнее, в корень из соотношения масс иона и электрона). Температура расширяющегося в пустоту потока плазмы падает. Амбиполярный потенциал становится меньше (вспоминаем перегретые электроны в АМБАЛе), и это создаёт потенциальный барьер для электронов. Возникают те же снеговые кучи, через которые никто никакую энергию не переносит.



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Должная степень расширения и сравнительно маломощный СВЧ-нагрев позволили в 2016 году получить на ГДЛ 1 кэВ.

К этому моменту уже было предложено собрать все фишки газодинамического и многопробочного удержания, добавить к центру ГДЛьного типа гофрированные секции и тем самым повысить качество удержания раз в 10. Если DT-реактор на основе обычного ГДЛ должен быть длиной 1–3 км, то ГДЛ+многопробки — уже разумные 100–300 м. Схема такой ловушки идёт в прошлом посте десятым рисунком. Чтобы не приходилось листать, продублирую:



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Помимо того, было предложено ещё два метода: винтовое и диамагнитное удержание.

Винтовое напоминает, с одной стороны, идею с движущимися пробками из 70-х. С другой — мясорубку.

Многопробочное поле стоит на месте, но пробки смещены по винту. Плазма, вращаясь, вкручивается в этот винт и движется туда, куда нужно. Из её системы отсчёта кажется, что движутся сами пробки, нам остаётся только крутить.



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Суть диамагнитного в том, чтобы надуть пузырь из плазмы. Для этого нужно, чтобы её давление приблизилось к давлению магнитного поля. Поле будет почти полностью вытеснено из пузыря, минимальное поле уменьшится, максимальное останется тем же — то есть, пробочное отношение вырастет. А с ним и время удержания [10].



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Нет смысла говорить о термоядерных перспективах открытых ловушек, поскольку они не имеют преимуществ перед токамаками.

С. В. М-ов, руководитель одного из токамачных проектов, Звенигородская конференция по физике плазмы, 2018 год.

Всё это вместе даёт шанс уложить DD-реактор в сотню-другую метров.

Собирая вместе все аналогии, получается следующее:

Длинная станция метро в час пик, заполненная пьяными пассажирами. Все эскалаторы едут сверху вниз. На выходе с эскалаторов работают бульдозеры. Никто никуда не уходит.

Токамак для DD-реакции имеет схожие размеры: диаметр «бублика» для него должен быть примерно 60-метровым. И тут есть нюанс.

Линейная ловушка длиной 100 метров собирается из отдельных «бочек», выстроенных в ряд. Самая большая из них по сегодняшним представлениям должна иметь диаметр 4–5 метров вместе с криостатом и длину, допустим, метров десять или пятнадцать.

Это можно перевезти по железной дороге.

Отдельные катушки токамака уже сегодня нельзя перевезти разумным транспортом, нужно строить рядом с будущим токамаком цех и наматывать их там [11]:



Как и зачем работают открытые ловушки удержания, плазмы, будет, чтобы, пробки, говорить, смысла, термоядерных, перспективах, ловушек, нужно, сможет, руководитель, одного, физике, открытых, метров, конференция, Звенигородская, токамачных


Примерно поэтому мы и утверждаем, что DD-реактор нужно делать линейным.

В следующей серии: как собрать свою маленькую плазменную установку (шесть метров длиной, три тонны массой), если есть достаточно нервов и большой грант РНФ.



Источники иллюстраций:

[1] Пусть будет https://www.litres.ru/igor-kotelnikov/lekcii-po-fizike-plazm...

[2] https://doi.org/10.3367/UFNr.2016.09.037967

[3] http://vant.iterru.ru/vant_2018_2/3.pdf

[4] http://www.inp.nsk.su/images/pdf/books/50-Years-of-BINP-book...

[5] http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t6-6_1959/g...

[6] https://www.bl.uk/voices-of-science/interviewees/michael-for...

[7] Сборник к 30-летнему юбилею ИЯФ

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Mirror_Fusion_Test_Facility

[9] https://ufn.ru/ru/articles/2018/6/c/

[10] https://doi.org/10.1007/s10894-018-0174-1

[11] https://www.iter.org/construction/SiteFabricationPFcoils




уникальные шаблоны и модули для dle
Комментарии (0)
Добавить комментарий
Прокомментировать
Вопросы к христианству: 4. Свобода воли
Один из самых интересных вопросов - как Бог влияет на нашу жизнь, ВМЕШИВАЕТСЯ ли он в неё. Теоретически, он не должен этого делать, потому что свобода воли - это
микроволновка
В 1934 году Никола Тесла рассказал о своем новом изобретении – Teleforce. Это был излучатель пучка заряженных частиц. Тесла говорил, что это оружие может быть
Совместить холодильник и кондиционер
Исследователи из Университета Ноттингема Трент и Китайской академии наук пытались найти способ предотвратить просачивание вредного загрязнённого наружного воздуха в
Топлесс-протест зоозащитников в Нью-Йорке
В минувший четверг на Вустер-стрит в Манхэттене, Нью-Йорк, прошла акция протеста. Несколько зоозащитников, среди них было 5 представителей PETA, которые отважились
Экономика России растет
Санкции санкциями, а международное рейтинговое агентство Fitch ожидает, что по итогам 2018 года рост экономики России составит 2% ВВП. Агентство кстати из США. Такой
Ну я вам доложу, был фейерверк...
Или про очередной закон подлости. Я, разумеется, помню, что у природы нет прохой погоды, но. Почему, когда происходит какой-то грандиозный фейерверк, она всегда
Вьетнамская деревня, где массово плетут ловушки для рыбной ловли
Деревня Тху Си во Вьетнаме славится изготовлением традиционных плетеных ловушек для рыбы и креветок. Люди начинают учиться этому промыслу с пяти лет. Ловушки плетут
Как лейкоцит гоняется за бактерией.
Фагоцитоз, процесс активного захватывания и поглощения живых и неживых частиц одноклеточными организмами или особыми клетками (фагоцитами) многоклеточных животных
Как сделать простую и эффективную ловушку для насекомых
Для этого вам понадобится: пустая пластиковая бутылка, ножницы, нож, сахар, вода и банан. Для начала нужно разрезать бутылку так, чтобы снизу осталось две трети.
2,3 кило мух за неделю: как избавиться от насекомых на даче по австралийской методике
Один из жителей Австралии решил проверить, как работает устройство, чертеж которого он взял из старых книг. Внутри поста вас ждет его подробный рассказ о создании
Иллюстрации, сияющие любовью и счастьем
Год назад в этом блоге появились первые симпатичные иллюстрации Zipcy  - там было много легких прикосновений, мечтательных взглядов и страстных вздохов – ну…, можно
Как поймать комаров и не дать им размножаться
Когда я служил в армии, в нашей лесной местности было достаточно много комаров. Мы брали пластинки, которые были предназначены для засовывания в приборчики, которые
Как сделать простую ловушку для комаров, которая убивает насекомых с 98-процентной эффективностью
Лето наконец наступило, жару мы все еще ждем, а комары уже тут. Конечно, вряд ли у нас будет такое же нашествие насекомых, как у жителей Воронежской области, но
Лайки, коррупция и сексуальные домогательства: иллюстрации итальянского художника на злобу дня
Марко Мелграти — художник и иллюстратор из Милана. На протяжении долгих лет он рисует для многих изданий в области культуры, политики и технологий и придерживается
Города с самыми большими пробками
Путешествия и ежедневные поездки на работу - две из самых распространенных вещей, которые мы делаем в нашей повседневной жизни. Статистика показывает, что мы проводим
Снова изобрели велосипед - водный
Энтузиасты снова и снова изобретают велосипед. Но с каждым разом это нечто другое и более любопытное. На сей раз мы познакомимся с новым водным велосипедом. Можно
Всё под контролем
Удержание власти любой ценой - это давно стало самоцелью. Конечно, жаль, что любой ценой. Потому что эту цену мы заплатим(
Единственный способ удержать мужчину
Кто-то считает, что путь к сердцу мужчины лежит через желудок. Кто-то скручивается в постели калачиком в шпагате. Есть и такие женщины, которые развивают в себе смирение
Как Яндекс.Пробки узнают о пробках?
Мне то не в своем мелком городишке не приходилось пользоваться такими сервисами, а вот недавно в Москве ездил с несколькими водителями и обратил внимание, что все
Как стать лучшей в мире любовницей?
Чтобы стать незабываемой любовницей, первое, что нужно сделать, -- это перестать хотеть ею стать. До тех пор, пока главный фокус вашего внимания -- это завоевание и