WikiDer > Термоядерный реактор ARC

ARC fusion reactor

В Термоядерный реактор ARC (доступный, прочный, компактный) - теоретическая конструкция компактного термоядерный реактор разработан Массачусетский Институт Технологий (Массачусетский технологический институт) Центр науки о плазме и термоядерного синтеза (PSFC). Дизайн ARC направлен на достижение инженерная безубыточность из трех (для производства в три раза большего количества электроэнергии, чем требуется для работы машины), при этом диаметр составляет примерно половину диаметра ИТЭР реактор и дешевле построить.[1]

ARC имеет обычный продвинутый токамак макет, в отличие от других небольших конструкций, таких как сферический токамак. Дизайн ARC улучшен по сравнению с другими токамаками за счет использования редкоземельный барий оксид меди (REBCO) высокотемпературный сверхпроводник магниты вместо медной проводки или обычные низкотемпературные сверхпроводники. Эти магниты могут работать при гораздо большей напряженности поля, 23Т, примерно вдвое увеличивая магнитное поле на оси плазмы. Время удержания частицы в плазме зависит от квадрата линейного размера, а плотность мощности зависит от четвертой степени магнитного поля,[2] Таким образом, удвоение магнитного поля дает производительность машины в 4 раза больше. Меньший размер снижает затраты на строительство, хотя это в некоторой степени компенсируется за счет магнитов REBCO.

Использование REBCO также увеличивает возможность гибкости обмоток магнита, когда машина не работает. Это дает существенное преимущество, заключающееся в том, что их можно «раскрыть», чтобы получить доступ к внутренней части машины. Выполнение этого значительно снизило бы стоимость обслуживания, которое в других конструкциях обычно требует, чтобы обслуживание проводилось через небольшие порты доступа с использованием удаленных манипуляторов. Если это будет реализовано, это может улучшить коэффициент мощности, важный показатель затрат на производство электроэнергии.

Планируется построить уменьшенную демонстрационную версию реактора под названием SPARC, компанией Системы Содружества Фьюжн, при поддержке Eni, Прорыв Energy Ventures, Khosla Ventures, Temasek, и Эквинор, среди прочего.[3][4][5][6]

История

Конструкция реактора была заявлена ​​в 2014 г. в статье на arXiv[2] и впоследствии также распространен в журнале Fusion Engineering and Design в 2015 году.[7]

В официальной брошюре проекта прототипа SPARC объясняется, что концепция ARC родилась как «проект, предпринятый группой студентов Массачусетского технологического института на курсе Fusion Design. Дизайн ARC был предназначен для демонстрации возможностей новой магнитной технологии путем разработки точечный дизайн установки, производящей столько же термоядерной энергии, сколько ИТЭР при минимально возможном размере. В результате получилась машина, примерно равная половине линейного размера ITER, работающая на 9 Тесла и производящая более 500 мегаватт (МВт) термоядерной энергии. Студенты также рассмотрели технологии, которые позволят такому устройству работать в стабильном состоянии и производить больше, чем 200 МВт электричества ". [8]

Особенности дизайна

Дизайн ARC имеет несколько основных отклонений от традиционных токамакреакторы типа. Изменения происходят в конструкции компонентов реактора при использовании того же D – T (дейтерий - тритий) термоядерная реакция как термоядерные устройства нынешнего поколения.

Магнитное поле

Чтобы достичь почти десятикратного увеличения плотности мощности термоядерного синтеза, в конструкции используются: редкоземельный оксид бария-меди (REBCO) сверхпроводящая лента для своего тороидальное поле катушки.[2] Интенсивное магнитное поле позволяет достаточно ограничить сверхгорячие плазма в таком маленьком устройстве. Теоретически достижимая плотность мощности термоядерного синтеза реактора пропорциональна четвертой степени напряженности магнитного поля.[1] Наиболее вероятным кандидатом в этом классе материалов является Оксид иттрия, бария, меди, с расчетной температурой 20 К подходит для использования других охлаждающих жидкостей (например, жидкого водорода, жидкого неона или газообразного гелия) вместо гораздо более сложных жидкий гелий охлаждение, необходимое для магнитов ИТЭР.[2] В упомянутой официальной брошюре SPARC есть коммерчески доступная конструкция кабельного сечения YBCO, которая должна подходить для полей до 30T.

ARC - это токамак на 270 МВт (эл.) С большим радиусом 3,3 м, малый радиус 1,1 м, а на оси магнитное поле 9.2 Т.[2]

У проектной точки есть коэффициент увеличения энергии термоядерного синтеза Qп ≈ 13,6 (плазма производит в 13 раз больше энергии термоядерного синтеза, чем требуется для ее нагрева), но при этом полностью неиндуктивна, с начальной загрузкой ~ 63%.[2]

Конструкция обеспечивается пиковым полем на катушке ~ 23 Тл. Внешний токовый привод обеспечивается двумя внутренними РФ пусковые установки, использующие 25 МВт из низший гибрид и 13,6 МВт из ионный циклотрон мощность быстрой волны. Результирующий ток возбуждения обеспечивает установившуюся плазму сердцевины вдали от пределов нарушения.[2]

Съемный вакуумный сосуд

Конструкция включает съемный вакуумный сосуд (твердый компонент, который отделяет плазму и окружающий вакуум от жидкого бланкета), который не требует разборки всего устройства. Это делает его подходящим для исследования других изменений дизайна.[1]

Жидкое одеяло

Большинство твердых защитных материалов, используемых для окружения камеры плавления в обычных конструкциях, заменены на фтор литий бериллий (FLiBe) расплавленная соль которые можно легко распространять / заменять, что снижает затраты на техническое обслуживание.[1]

Жидкий бланкет обеспечивает замедление нейтронов и защиту, отвод тепла и тритий коэффициент разведения ≥ 1,1. Большой температурный диапазон, в котором FLiBe находится в жидком состоянии, позволяет работать бланкету при 800 К с однофазным жидкостным охлаждением и Цикл Брайтона.[2]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d «Достижения в области магнитных технологий могут превратить более дешевые модульные термоядерные реакторы из научной фантастики в научную реальность менее чем за десять лет». Получено 2015-08-12.
  2. ^ а б c d е ж г час Sorbom, B.N .; Ball, J .; Palmer, T. R .; Mangiarotti, F.J .; Sierchio, J.M .; Bonoli, P .; Kasten, C .; Сазерленд, Д. А .; Барнард, Х.С. (10.09.2014). «ARC: компактная высокопольная установка для термоядерной ядерной науки и демонстрационная энергетическая установка со съемными магнитами». Fusion Engineering и дизайн. 100: 378–405. arXiv:1409.3540. Дои:10.1016 / j.fusengdes.2015.07.008.
  3. ^ Девлин, Ханна (9 марта 2018 г.). «Ядерный синтез находится на грани реализации, - говорят ученые Массачусетского технологического института». хранитель. Получено 16 апреля 2018.
  4. ^ Рати, Акшат. «В поисках чистой энергии растут инвестиции в стартапы в области ядерного синтеза». Кварцевый. Получено 2020-09-08.
  5. ^ Системы, Commonwealth Fusion. «Commonwealth Fusion Systems привлекла 115 миллионов долларов и завершила серию раундов коммерциализации термоядерной энергии». www.prnewswire.com. Получено 2020-09-08.
  6. ^ Системы, Commonwealth Fusion. «Commonwealth Fusion Systems привлекла 84 миллиона долларов в раунде A2». www.prnewswire.com. Получено 2020-09-08.
  7. ^ Sorbom, B.N .; Ball, J .; Palmer, T. R .; Mangiarotti, F.J .; Sierchio, J.M .; Bonoli, P .; Kasten, C .; Сазерленд, Д. А .; Barnard, H.S .; Haakonsen, C.B .; Goh, J .; Sung, C .; Уайт, Д. Г. (2015). «ARC: компактная высокопольная установка для термоядерной ядерной науки и демонстрационная энергетическая установка со съемными магнитами». Fusion Engineering и дизайн. 100: 378–405. arXiv:1409.3540. Дои:10.1016 / j.fusengdes.2015.07.008.
  8. ^ Официальная брошюра проекта SPARC, п. 19

внешние ссылки