Можно ли создать термоядерный двигатель сейчас?

Сообщение №17862 от Адрон 27 февраля 2003 г. 01:40
Тема: Можно ли создать термоядерный двигатель сейчас?

Оценка возможности создания Термоядерной Инерциальной Космической Реактивной Импульсной Системы "ТИКРИС"

http://webcenter.ru/~nep96sam/termo.htm

"ТИКРИС"


Отклики на это сообщение:

Посмотрел очень бегло. Первое что напрашивается - научная фантастика ;) ... лет через сто, быть может. С термоядом бы на Земле разобраться.

Вы представляете размеры проектирумемых наземных ТЯР? "И вот теперь со всем этим мы попробуем взлететь". Конечно, в космосе не нужна будет вакуумная система, с низкими температурами попроще... Но камера, магнитная систиема...

Лазер!!! Что тако лазер для УТС - это эксимерный лазер, с объемом АС сотни кубометров, с выходной апертурой десятки кв. метров, с накачкой на встречных электронных пучках. И как все это увезти на орбиту?

Камера и дивертор с литиевой пленкой - до сих пор на стадии идеи. Сколько нибудь серьезной экспериментальной или теоретической проработки нет - все на уровне деклараций.

И нужно ли это сейчас кому-нибудь...

ИМХО - при современном (и ожидаемом в ближайшее время) уровне развития техники проект не реализуем.


Указаны реальные массовые характеристики на уровне 600 т. К слову, марсианский проект НПО "Энергия" на солнечных батареях и ионных двигателях предполагается более 400 тонн. В концепции "ТИКРИС" лазерный и ионный синтез рассматривается в самую последнюю очередь. Центр концепции -литиевый дивертор, импульсные термоядерные модули, нестационарное магнитное удержание.


Я не совсем понял, каким образом у вас будет инициироватся реакция? Подрывом ядерного заряда??? Обычного заряда? А второй вариант?

Я не знаю, откуды вы взяли эти 600 т. Насколько я понял, вы собираетесь использовать сверхпроводящую магнитную систему - одно это уже впечатляет. Кроме того, литиевый дивертор и стенка - это вообще територия тьмы. Ни на одной установке никто этого не делал, и никто толком не знает, как сделать. Были только отдельные небольшие эксперименты.

"Минимизировать" нейтронный выход "используя поджиг дейтерий-тритиевой мишени с воздействием продуктов термоядерной реакции на дейтерий - гелий-3 смесь" вряд ли удастся. Вы надеетесь запустить реакцию:

D+He3 -> He4+p (1)

Но в этой смеси неизбежно пойдет реакция (у нее и сечение больше, если я правильно помню)

D+D -> T+p (2)

и, следовательно

D+T -> He4+n (3)

Т.е. даже если у вас там получатся такие большие температуры, что пойдет реакция (1), по большая часть D все равно прореагирует по каналу (2)-(3) с проклятыми 14 мЭвными нейтронами. Т.е. я бы в любом случае посоветовал He3 вообще не рассматривать (а где его взять, кстати ;) ) и рассчитывать только на D+T потому что овчинка выделки не стоит.

И все таки хотелось бы знать, как будет работать ваш ИТМ - уж очень туманно и непонятно написано...


Зацепило, - это хорошо...

> Я не совсем понял, каким образом у вас будет инициироватся реакция? Подрывом ядерного заряда??? Обычного заряда? А второй вариант?

Подрывом импульсного термоядерного модуля на основе кумулятивной инициации. Довольно туманно, т.к. заявка на патент подана, а разрешение на публикацию в открытой печати -пока не получена :-)

> Я не знаю, откуды вы взяли эти 600 т. Насколько я понял, вы собираетесь использовать сверхпроводящую магнитную систему - одно это уже впечатляет.

Это разработчики "Дедала" собирались - у меня разряд.

> Кроме того, литиевый дивертор и стенка - это вообще територия тьмы. Ни на одной установке никто этого не делал, и никто толком не знает, как сделать. Были только отдельные небольшие эксперименты.

См. литературную ссылку "Литий в термоядерной и...". У "Красной Звезды" в этом вопросе большой задел.

> "Минимизировать" нейтронный выход "используя поджиг дейтерий-тритиевой мишени с воздействием продуктов термоядерной реакции на дейтерий - гелий-3 смесь" вряд ли удастся. ...Т.е. я бы в любом случае посоветовал He3 вообще не рассматривать (а где его взять, кстати ;) ) и рассчитывать только на D+T потому что овчинка выделки не стоит.

Некоторый прогресс в этом вопросе дает геометрия построения ИТМ.

> И все таки хотелось бы знать, как будет работать ваш ИТМ - уж очень туманно и непонятно написано...

см. ответ на пункт первый. С уважением к Вам, Адрон.


> Оценка возможности создания Термоядерной Инерциальной Космической Реактивной Импульсной Системы "ТИКРИС"

> http://webcenter.ru/~nep96sam/termo.htm

Интересно. Адрон, я не нашел в Вашей работе оценки общего КПД такого двигателя. Т.е. какая доля энергии от синтеза пойдет на приращение импульса корабля, а какая пойдет на нагрев конструкций. Как Вы оцениваете?


Андрон, вы извините что я сразу так набросился. Очень интересный концептуальный проект. Но именно концептуальный проект. Вот с чем я в вашей работе категорически не согласен - так это с концовкой: прямо так можно уже строить и лететь. Я утверждаю - лет через 50-100. Интересные идеи, но слишком много НО.

Будет ли работать ваша "куммулятивная инициация"? Какие расчеты, модели, эксперименты это подтверждают? Вы имейте в виду, в плазме обязательно вылезит какая нибудь неустойчивость, которя испортит всю картину и сведет на нет всю эффективность сжатия/нагрева. Вся история исследований по УТС это подтверждает -расчетам "на салфетках" можно доверять весьма ограниченно.

>См. литературную ссылку "Литий в термоядерной и...". У "Красной Звезды" в этом >вопросе большой задел.

А вот тут вы не правы, знаю я какой у них задел :). Может быть действительно большой, но не достаточно большой. В книжке это много всего говорится о теплофизических, гидравлических и прочих свойствах лития. Но насколько я помню, ничего (или почти ничего) о взаимодействии жидколитиевой поверхности с плазмой и влиянии испаренного лития на плазму там нет.
По поводу "Красной Звезды" - там ставили опыты по облучению литиевых капиллярно-пористых структур электронной пушкой в вакууме. И все. Этого явно не достаточно. Могу вам сказать, что в проекте ITER хотели поначалу делать жидколитиевый дивертор, но потом отказались - слишком много неизвестных. Хотя ITER и так получается на пределе возможностей современной техники.

Кстати, а какие у вас получаются тепловые потоки на стенку? Так ли уж нужен литий? Может быть просто стенка из углеродного композита с водяным охлаждением? Ведь рабочий ресурс двигателя должен быть не такой уж большой - часы, сутки максимум?

Еще раз хочу подчеркнуть, что проект интересный, но "прямо завтра" не реализуемый. Хотя я согласен, что термоядерный космический двигатель может быть даже проще наземного реактора: естественный вакуум,небольшой требуемый ресурс, ниже требования к безопастности и т.д. И механизм поджига ТЯР не ясен - а ведь это центральный момент. Без него никуда не полетим.

С уважением. Влад.



> Адрон, вы извините что я сразу так набросился. Очень интересный концептуальный проект. Но именно концептуальный проект. Вот с чем я в вашей работе категорически не согласен - так это с концовкой: прямо так можно уже строить и лететь. Я утверждаю - лет через 50-100. Интересные идеи, но слишком много НО.

С тем, что прект концептуальный - согласен. Хотелось бы, что бы поименованные организации-соисполнители его пролоббировали, выбили деньги на исследования каждый в своей части, тогда результат будет в железе не через 50-100 лет, а через 12. И в космонавтике будет прогресс, и в термоядерных исследованиях. И тут значительно больше НО. Например, сейчас выпускают серийно малоиндуктивные импульсные конденсаторы с удельной емкостью всего 0,1-0,3 Дж/г массы http://www.rustechgroup.ru/rus/mi_descr.htm . Т.е 33 тонны на 10 МДж энергии. В проекте этой мощности соответствует 8 тонн и есть технологические возможности для доведения этой цифры до указанных значений, но опять требуется финансирование, средний ресурс таких батарей составляет 10000-50000 разрядов, а требуется 300-400 тысяч. и т.д.

> Будет ли работать ваша "кумулятивная инициация"? Какие расчеты, модели, эксперименты это подтверждают?

Расчеты в рамках модели нестационарной двумерной магнитной гидрогазодинамики. Некоторые результаты представлены в статье. Надеюсь, что при наличии финансирования, экспериментами займется ВНИИЭФ и ВНИИТФ. Надеюсь также, что на ИТМ финансирование будет, т.к. технология двойного назначения. Поэтому, подробно касаться ее не буду. Скажу только, что радикально отличается от того, что обсуждалось на этом сайте и в других местах ранее.

>Вы имейте в виду, в плазме обязательно вылезит какая нибудь неустойчивость, которя испортит всю картину и сведет на нет всю эффективность сжатия/нагрева. Вся история исследований по УТС это подтверждает -расчетам "на салфетках" можно доверять весьма ограниченно.

Опыт - критерий истины. См. выше.

> См. литературную ссылку "Литий в термоядерной и...". У "Красной Звезды" в этом вопросе большой задел.
А вот тут вы не правы, знаю я какой у них задел :). Может быть действительно большой, но не достаточно большой. В книжке это много всего говорится о теплофизических, гидравлических и прочих свойствах лития. Но насколько я помню, ничего (или почти ничего) о взаимодействии жидколитиевой поверхности с плазмой и влиянии испаренного лития на плазму там нет. По поводу "Красной Звезды" - там ставили опыты по облучению литиевых капиллярно-пористых структур электронной пушкой в вакууме. И все. Этого явно не достаточно. Могу вам сказать, что в проекте ITER хотели поначалу делать жидколитиевый дивертор, но потом отказались - слишком много неизвестных. Хотя ITER и так получается на пределе возможностей современной техники.

Почитайте книжку. Авторы туда подтянули экспериментальные данные и из других источников.

> Кстати, а какие у вас получаются тепловые потоки на стенку? Так ли уж нужен литий? Может быть просто стенка из углеродного композита с водяным охлаждением? Ведь рабочий ресурс двигателя должен быть не такой уж большой - часы, сутки максимум?

По максимуму до 10 кал/см2 за импульс по гамма, РИ, СЖРИ, СИ. Реальный до 1 кал/см2. Хороший гидродинамический удар. Соответственно, до 300000-400000 импульсов. ОТ трех-пяти суток при частоте импульсов от 1 Гц для варианта 2.
Реально дольше при меньшей частоте, т.к. надо сбрасывать тепловые потоки в вакуум.


>С тем, что прект концептуальный - согласен. Хотелось бы, что бы поименованные >организации-соисполнители его пролоббировали, выбили деньги на исследования >каждый в своей части, тогда результат будет в железе не через 50-100 лет, а >через 12. И в космонавтике будет прогресс, и в термоядерных исследованиях.

Ну это из области научной фантастики ;-/. Вы знаете сколько канителится проект ITER с 1988 г. Строительство должно начатся в 2006 г. На это нужно 5 млрд. $. Много ли для такого глобального проекта!? На МКС истратили гораздо больше (а зачем?). Однако деньги собирают всем миром - в проекте участвуют Евросоюз, Япония, США, Китай, Канада, Россия ...


>И тут значительно больше НО. Например, сейчас выпускают серийно >малоиндуктивные импульсные конденсаторы с удельной емкостью всего 0,1-0,3 Дж/г >массы http://www.rustechgroup.ru/rus/mi_descr.htm . Т.е 33 тонны на 10 МДж >энергии. В проекте этой мощности соответствует 8 тонн и есть технологические >возможности для доведения этой цифры до указанных значений, но опять требуется >финансирование, средний ресурс таких батарей составляет 10000-50000 разрядов, >а требуется 300-400 тысяч. и т.д

Постойте, сначало нужно разобратся с инициированием реакции - без этого рассуждать о конденсаторах не имеет смысла.

>Расчеты в рамках модели нестационарной двумерной магнитной гидрогазодинамики. >Некоторые результаты представлены в статье. Надеюсь, что при наличии >финансирования, экспериментами займется ВНИИЭФ и ВНИИТФ. Надеюсь также, что на >ИТМ финансирование будет, т.к. технология двойного назначения. Поэтому, >подробно касаться ее не буду. Скажу только, что радикально отличается от того, >что обсуждалось на этом сайте и в других местах ранее

Хотелось посмотреть на модель и уравнения, а не только на результаты.


> Хотелось посмотреть на модель и уравнения, а не только на результаты.

Источника? Не здесь и не сейчас ;-) . По расчету и оптимизации параметров "магнитного сопла" планирую выложить материал в апреле-мае.


> А вот тут вы не правы, знаю я какой у них задел :). Может быть действительно большой, но не достаточно большой. В книжке это много всего говорится о теплофизических, гидравлических и прочих свойствах лития. Но насколько я помню, ничего (или почти ничего) о взаимодействии жидколитиевой поверхности с плазмой и влиянии испаренного лития на плазму там нет.
> По поводу "Красной Звезды" - там ставили опыты по облучению литиевых капиллярно-пористых структур электронной пушкой в вакууме. И все. Этого явно не достаточно. Могу вам сказать, что в проекте ITER хотели поначалу делать жидколитиевый дивертор, но потом отказались - слишком много неизвестных. Хотя ITER и так получается на пределе возможностей современной техники.

Это у Вас не очень свежие данные. См.

> Кстати, а какие у вас получаются тепловые потоки на стенку? Так ли уж нужен литий? Может быть просто стенка из углеродного композита с водяным охлаждением? Ведь рабочий ресурс двигателя должен быть не такой уж большой - часы, сутки максимум?

> Еще раз хочу подчеркнуть, что проект интересный, но "прямо завтра" не реализуемый. Хотя я согласен, что термоядерный космический двигатель может быть даже проще наземного реактора: естественный вакуум,небольшой требуемый ресурс, ниже требования к безопастности и т.д. И механизм поджига ТЯР не ясен - а ведь это центральный момент. Без него никуда не полетим.

> С уважением. Влад.

>
>

http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XXX/Mu/ru/DA-Lazarev.doc


> Интересно. Адрон, я не нашел в Вашей работе оценки общего КПД такого двигателя. Т.е. какая доля энергии от синтеза пойдет на приращение импульса корабля, а какая пойдет на нагрев конструкций. Как Вы оцениваете?

Отличный вопрос. Обязательно дополню материал.


Это я и имел в виду - они засунули в плазму небольшую "пимпочку", и убедились, что она вроде не сгорает. До полномасштабного дивертора тут еще очень далеко. Да и параметры плазмы на Т-11М отнюдь не термоядерные.

И дался вам этот литий. Так ли он нужен?


Но в этом случае обсуждение теряет всякий смысл! Ведь обсуждать получается нечего :(


1. Из трех приведенных схем обсуждаемой может быть только схема 2 (что признается самим автором)
2. При разряде через кольцевые электроды скорее всего за счет пинчевания сформируется сравнительно узкий плазменный шнур, а магнитное поле геликона только заставит его "бегать" по кругу
3. Не совсем понятно, какова получается плотность тока в геликоне в схеме 2? Такая же дикая, как в схеме 1, или меньше?
4. Магнитные поверхности, образуемые геликоном "протыкают" стенку дивертора, что приведет к большой корпускулярной нагрузки на них. Чтобы этого избежать, форма дивертора должна соответствовать форме магнитных поверхностей
5. Технологий, необходимых для создания жидколитиевого дивертора в настоящее время не существует, и создать их будет непросто. Ссылка на монографию михайлова и К0 не убедительна, поскольку эта книга научно-фантастическая ;)
6. Реализовать D-He3 цикл не удастся (см. один из моих предыдущих постов). Ссылка на работы Хвесюка и К0 неубедительна, посколку их идеи основаны на принудительном удалении трития из плазмы, что в импульсной системе невозможно

Ну и остается мой главный вопрос по поводу ИТМ ...

С уваженеим. Влад.


> Но в этом случае обсуждение теряет всякий смысл! Ведь обсуждать получается нечего :(

Но Ваши вопросы позволили обратить внимание на узкие места концепции, что будет учтено при ее развитии. Спасибо.
1. Чем привлекателен литий. Низкая атомная масса делает его неплохим замедлителем, наличие лития-6 в естественной смеси обеспечивает поглощение термализованных нейтронов. При воздействии быстрых нейтронов нет долгоживущих РА изотопов на реакциях (n,p) (n,a) плюс низкое сечение активации.
2.Как я упомянул в статье, теплофизические свойства лития намного превышают свойства натрия, который только из-за меньшей стоимости и меньшей химической активности используется как теплоноситель в АЭС.
3. Основной целью всех наворотов с геликонами и разрядниками является
- повышение удельного импульса системы
- уменьшение ударной нагрузки на КА при воздействии ударной волны ИТМ.
4. В дополнении к основной концепции я рассмотрю еще систему с передачей импульса ИТМ через жидкометаллическую дождевую завесу без электромагнитных систем вообще с вращающимся тороидальным бункером и системой прокачки жидкого металла. Первые оценки показывают, что на этой основе можно довести частоту подачи до 1 Гц практически без ударных нагрузок на КА.


...Еще вдогонку
7. Что останется от электродов пригорении на них мегаамперного разряда?


Я прнимаю, что литий - это очень заманчиво. Но это отдельная огромная задача.
Сегодня слушала доклад Мирнова. В том числе и про литий в термояде. Он, как известно, один из главных исследователей и энтузиастов последнего. Но он признает, что их исследования находятся на самой начальной стадии и по его мнению на развитие этой технологии уйдет лет 20-30.

С уважением.
Влад.


> ...Еще вдогонку
> 7. Что останется от электродов пригорении на них мегаамперного разряда?

По ним тоже течет литий :),подающийся с внутренней стороне кольца, который,в основном, с катодной области попадает в плазму.


> 1. Из трех приведенных схем обсуждаемой может быть только схема 2 (что признается самим автором)

Да, плюс схема без электромагнетизма с литиевым дождем.

> 2. При разряде через кольцевые электроды скорее всего за счет пинчевания сформируется сравнительно узкий плазменный шнур, а магнитное поле геликона только заставит его "бегать" по кругу

Согласен!Даже если кольцевые электроды будут "волнообразной" формы или с периодическими "пупырышками" и мы ожидаем,что сформируется кольцевая система множественных стримеров с локальным пинчеванием и сжатием всей системы пинчей общим магнитным полем, можно оценить максимальный ток, который пропустит один стример. Даже на пальцах ток пинча около 6e23нос/моль*1e3г*5см(ширина сбора заряда)*500см(расстояние между электродами) (/((6 г/моль(смесь лития, бериллия и изотопов гелия/водорода)*1,6е19нос/Кулон*1,6e-8c(время прохождения фронта по кольцу)*(2*3,14*300*500 см2-площадь цилиндра)~ 1e12 A, так что, скорее всего, сформируется единственный пинч.

Резюме - пошел считать дождь. В этом варианте дивертор как таковой не нужен, а только торообразный вращающийся бункер для сбора жидкого металла с системой насосов и термопреобразователей для бортовой энергетики + (возможно) МГД генератор вместо геликона сверху.


Чем "дождевой" вариант хорош - можно использовать стандартные жидкометаллические насосы, разработанные для натрия (с поправкой на хим.активность лития) и торообразный бункер-сборник. И все. Без тепловых труб и и капиллярных систем.


> > 2. При разряде через кольцевые электроды скорее всего за счет пинчевания сформируется сравнительно узкий плазменный шнур, а магнитное поле геликона только заставит его "бегать" по кругу

Катод может быть кольцеобразной формы, но состоящим из ряда сегментов, каждый из которых имеет свою накопительно-разрядную схему, замкнутую на общий анод, тогда мы действительно получим кольцевую систему множественных разрядов с локальным пинчеванием и сжатием всей системы пинчей общим магнитным полем.


>Но он признает, что их исследования находятся на самой начальной стадии и по его мнению на развитие этой технологии уйдет лет 20-30.

> С уважением.
> Влад.

А что Вы скажете по этим исследованиям?
http://www.energia.ru/energia/mars/nucl.html


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100