Гелий 3 - мифическое топливо будущего

[ Версия для печати ]
Добавить в Telegram Добавить в Twitter Добавить в Вконтакте Добавить в Одноклассники
Страницы: (4) [1] 2 3 ... Последняя »  К последнему непрочитанному [ ОТВЕТИТЬ ] [ НОВАЯ ТЕМА ]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:28
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
138
ЖЖ автора tnenergy

Наверное мало чего в области термоядерной энергетики окружено мифами, как Гелий 3. В 80х-90х он был активно популяризирован, как топливо, которое решит все проблемы управляемого термоядерного синтеза, а так же как один из поводов выбраться с Земли (т.к. на земле его буквально считанные сотни килограмм, а на луне миллиард тонн) и заняться, наконец, освоением солнечной системы. Все это базируется на очень странных представлениях о возможностях, проблемах и потребностях несуществующей сегодня термоядерной энергетики, о чем мы и поговорим

Машина для добычи гелия3 на луне уже готова, дело за малым - найти ему применение.

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
Yap
[x]



Продам слона

Регистрация: 10.12.04
Сообщений: 1488
 
[^]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:28
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
Когда говорят про гелий3, то имеют в виду реакции термоядерного слияния He3 + D -> He4 + H или He3 + He3 -> 2He4 + 2H. По сравнению с классической D + T -> He4 +n в продуктах реакции нет нейтронов, а значит нет активации сверхэнергичными нейтронами конструкции термоядерного реактора. Кроме того, проблемой считается тот факт, что нейтроны из “классики” уносят из плазмы 80% энергии, поэтому баланс самонагрева наступает при бОльшей температуре. Еще одним записываемым гелиевому варианту преимуществом является то, что электроэнергию можно снимать прямо с заряженных частиц реакции, а не нагревом нейтронами воды - как в старых угольных электростациях.


Так вот, все это - неправда, точнее очень маленькая часть правды.

Это сообщение отредактировал ВасяКоля - 22.05.2015 - 20:33

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:28
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
Начнем с того, что при одинаковой плотности плазмы и оптимальной температуре реакция He3 + D даст в 40 раз меньше энерговыделение на кубометр рабочей плазмы. При этом температура, нужная для хотя бы 40 кратного разрыва будет в 10 раз выше - 100 кЭв (или один миллиард градусов) против 10 для D +T. Сама по себе, такая температура вполне достижима (рекорд токамаков на сегодня - 50 кЭв, всего в два раза хуже), но что бы завязать энергобаланс (скорость остывания VS скорость нагрева в т.ч. самонагрева) нам нужно поднять в 50 раз энерговыделение с кубометра He3 +D реакции, что можно сделать только подняв плотность в те же в 50 раз. В сочетании с выросшей в 10 раз температурой это дает увеличение давления плазмы в 500 раз - с 3-5 атм до 1500-2500 атм, и такое же увеличение противодавления, что бы эту плазму удержать.

Зато картинки вдохновляющие.

Это сообщение отредактировал ВасяКоля - 22.05.2015 - 20:34

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:28
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
Помните, я писал, что магниты тороидального поля ИТЭР, которые создают противодавление плазме - абсолютно рекордные изделия, единственные по параметрам в мире? Так вот, поклонники He3 предлагают сделать магниты в 500 раз мощнее.

Ок, забудем про сложности, может преимущества этой реакции их окупают?


Разные термоядерные реакции, которые применимы для УТС. He3 + D дает слегка больше энергии, чем D + T, но на преодалевание кулоновского отталкивания тратится очень много энергии (заряд 3 а не 2), поэтому реакция идет медленно.

Это сообщение отредактировал ВасяКоля - 22.05.2015 - 20:34

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:29
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
Начнем с нейтронов. Нейтроны в промышленном реакторе будут представлять собой серьезную проблему, повреждать материалы корпуса, греть все элементы обращенные к плазме настолько, что их придется охлаждать приличным расходом воды. А главное - активация материалов нейтронами приведут к тому, что и через 10 лет после остановки термоядерного реактора у нем будет тысячи тонн радиоактивных конструкций, которые невозможно разбирать руками, и которые будут вылеживаться уже в хранилище сотни и тысячи лет. Избавление от нейтронов очевидно бы облегчило задачу создания термоядерной электростанции.



Одна маленькая проблемка - нейтроны от He3 + D реакции будут. Они будут рождаться в ходе паразитной реакции D + D ->T + n, а получившийся тритий тут же будет сгорать и давать еще один нейтрон. С учетом того, что дотянуться до зажигания гелия3 крайне непросто, при минимальных параметрах конфаймента (конфаймент - фактически теплоизоляция плазмы магнитным полем), при которых он будет гореть, в виде нейтронов будет выделятся 2-3% энергии термоядерной реакции. Да, это в 25-40 раз меньше, чем в случае D + T, но это в ваттах, а в штуках нейтронов разница составит всего 4 раза, они просто гораздо менее энергичные, чем от D + T. Радиоактивных изотопов в стенах реактора в итоге будет где-то в 10 раз меньше, но сути это не меняет - ядерный объект, с дорогой, сложной и контролируемой атомнадзором эксплуатацией.

Скорости ТЯ реакций в зависимости от температуры. В максимуме, при 1 миллиарде градусов, D + He3 обгоняет паразитную D +D всего в 3,6 раза, отсюда нейтроны.

Это сообщение отредактировал ВасяКоля - 22.05.2015 - 20:35

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:29
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
Доля энергии, уносимая нейтронами. Если добавить побольше He3 в реактор, то можно снизить ее до 1%, но это еще ужесточит условия зажигания.

Это сообщение отредактировал ВасяКоля - 22.05.2015 - 20:35

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:29
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
Ок, ну а как насчет прямого преобразования энергии заряженных частиц в электричество? Опыты показывают, что поток ионов с энергией 100 кЭв можно преобразовать в электричество с 80% кпд. У нас же тут нет нейтронов…. ну в смысле они не уносят всю энергию, которую мы можем получить только в виде тепла - давайте избавимся от паровых турбин и поставим ионные коллекторы?


Да, технологии прямого преобразования энергии плазмы в электроэнергию есть, они активно исследовались в 60х-70х, и показали кпд в районе 50-60% (не 80, надо заметить). Однако эта идея слабо применима как в D +T реакторах, так и в He3 +D. Почему это так, помогает понять вот эта картинка.

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:30
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
На ней показаны потери тепла плазмой по разным каналам. Сравните D+T и D + He3. Transport - это то, что можно использовать для прямого преобразования энергии плазмы в электроэнергию. Если в D + T варианте у нас все забирают мерзкие нейтроны, то в случае He3 + D все забирает электромагнитное излучение плазмы, в основном синхротронное и рентгеновское тормозное (на картинке Bremsstrahlung). Ситуация практически симметричная, все равно надо отводить тепло от стенок и все равно прямым преобразованием мы не может вытащить больше 10-15% энергии термоядерного горения, а остальное - по старинке, через паросиловую машину.

Иллюстрация в исследовании по прямому преобразованию энергии плазмы на крупнейшей открытой ловушке Gamma-10 в японии.

Это сообщение отредактировал ВасяКоля - 22.05.2015 - 20:36

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
ВасяКоля
22.05.2015 - 20:30
Статус: Offline


Хохмач

Регистрация: 24.09.12
Сообщений: 722
Кроме теоретических ограничений есть и инженерные - в мире (в т.ч. в СССР) были потрачены гигантские усилия на создание установок прямого преобразования энергии плазмы в электричество для обычных электростанций, что позволяло поднять кпд с 35% до 55%. В основном на базе МГД-генераторов. 30 лет работы больших коллективов закончились пшиком - ресурс установки составлял сотни часов, когда энергетикам нужны тысячи и десятки тысяч. Гигантское количество ресурсов, потраченное на эту технологию привело, в частности, к тому, что наша страна отстала в производстве энергетических газовых турбин и установок парогазотурбинного цикла (которые дают ровно такое же повышение кпд - с 35 до 55%!).


Кстати, мощные сверхпроводящие магниты нужны и для МГД-генераторов. Здесь показаны СП магниты для 30 мегаваттного МГД-генератора.


Добавлено в 20:30
Но вернемся к He3. Резюме этого разрекламированного изотопа такое - если бы параметры плотности и температуры плазмы нам бы давались бесплатно, то He3 обещал бы некоторые преимущества при некоторых недостатка по сравнению с D + T. Примерно как дизель и бензиновый двигатель. Однако, по моим статьям вы можете видеть, НАСКОЛЬКО не бесплатно даются эти самые параметры плотности и температуры. Никакие гипотетические плюсы He3 не окупают даже близко необходимости в 500 раз поднимать давление плазмы. И, думается, гипотетические магнитные ловушки, которые нам обещают (но пока не сделали) на смену “изжившим” себя токамакам этой ситуации не поменяют.


Я закончил

Это сообщение отредактировал ВасяКоля - 22.05.2015 - 20:37

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
Kotyra1974
22.05.2015 - 20:40
111
Статус: Offline


Шутник

Регистрация: 16.03.08
Сообщений: 42
Как в том анекдоте:
- Папа, а ты сейчас с кем разговаривал?)))
 
[^]
kakbyman
22.05.2015 - 20:41
24
Статус: Offline


инфосепаратор

Регистрация: 23.02.14
Сообщений: 434
Ядрёно загнуто.


Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
MaxisADV
22.05.2015 - 20:41
20
Статус: Offline


Шутник

Регистрация: 23.01.14
Сообщений: 82
Плюсану, пока не особо читая, нет времени! Спасибо за науку на ЯПе!! Заебали с политотой!!
 
[^]
СтарыйХ
22.05.2015 - 20:42
1
Статус: Offline


Весельчак

Регистрация: 1.06.13
Сообщений: 166
ТС, похоже немного ресурсом ошибся. Очень лихо закручен сюжет
 
[^]
alexpopov
22.05.2015 - 20:45
11
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 11.02.14
Сообщений: 3525
На ночь глядя самое то чтиво bravo.gif
 
[^]
Megasanchezz
22.05.2015 - 20:45
3
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 6.11.13
Сообщений: 1219
Не, ну все понятно. Первых двух предложений хватило. Полность согласен с ТС.
 
[^]
Rockettt
22.05.2015 - 20:45
7
Статус: Offline


Балагур

Регистрация: 4.12.14
Сообщений: 833
Блин, я один всё понял? Ну, почти всё... Короче, что тут?!! Только попроще. lol.gif
 
[^]
dmi6602
22.05.2015 - 20:45
8
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 20.06.10
Сообщений: 1555
Цитата
Резюме этого разрекламированного изотопа такое - если бы параметры плотности и температуры плазмы нам бы давались бесплатно, то He3 обещал бы некоторые преимущества при некоторых недостатка по сравнению с D + T.

Остаётся открытым вопрос в количестве изотопов D + T.
Их где-то надо брать.
 
[^]
1serge1
22.05.2015 - 20:47
0
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 28.02.15
Сообщений: 2375
Простите, а как Гелий-3 с Луны транспортировать.
Он разве хорошо храниться ?
 
[^]
Leprekon
22.05.2015 - 20:49
0
Статус: Offline


Монооксид дигидрогена

Регистрация: 12.07.14
Сообщений: 707
попроще бы.
сдается мне тут не форум физиков - ядерщиков
 
[^]
Хитрожопик
22.05.2015 - 20:51
5
Статус: Offline


Наблюдатель за человеками

Регистрация: 18.12.14
Сообщений: 4063
Ну, в общем-то я согласен с ТС.
 
[^]
Чайники
22.05.2015 - 20:52
4
Статус: Offline


Нас рать!

Регистрация: 5.12.13
Сообщений: 53053
Цитата (1serge1 @ 22.05.2015 - 20:47)
Простите, а как Гелий-3 с Луны транспортировать.
Он разве хорошо храниться ?

Ну прочитав это я понял,что транспортировать его не надо,ибо смысла никакого нет,так как строить реактор на гелии никто не будет.
 
[^]
csanf
22.05.2015 - 20:55
14
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 20.10.09
Сообщений: 2497
нацисты, высланные на луну после войны, уже давно освоили добычу гелия-3 biggrin.gif

Гелий 3 - мифическое топливо будущего
 
[^]
1serge1
22.05.2015 - 20:55
2
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 28.02.15
Сообщений: 2375
Цитата (Чайники @ 22.05.2015 - 20:52)
Цитата (1serge1 @ 22.05.2015 - 20:47)
Простите, а как Гелий-3 с Луны транспортировать.
Он разве хорошо храниться ?

Ну прочитав это я понял,что транспортировать его не надо,ибо смысла никакого нет,так как строить реактор на гелии никто не будет.

Это на столетия вперед.
Когда кончатся нефть и прочие энергоносители.
 
[^]
xyxy
22.05.2015 - 20:56
9
Статус: Offline


Юморист

Регистрация: 25.01.13
Сообщений: 576
Вот интересно, сколько пользователей подумали: "Заумь" и свалили, а сколько полезли гуглить, что такое дейтерий, тритий, гелий-3 и термоядерная реакция? Но даже если вторых и немного, пост все равно полезный.

Это сообщение отредактировал xyxy - 22.05.2015 - 20:57
 
[^]
jakson10
22.05.2015 - 20:56
3
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 15.11.10
Сообщений: 1192
Цитата (dmi6602 @ 22.05.2015 - 20:45)
Цитата
Резюме этого разрекламированного изотопа такое - если бы параметры плотности и температуры плазмы нам бы давались бесплатно, то He3 обещал бы некоторые преимущества при некоторых недостатка по сравнению с D + T.

Остаётся открытым вопрос в количестве изотопов D + T.
Их где-то надо брать.

Ну дейтерия как раз не мало, а вот с тритием все намного хуже.

Если верить вики: "Производство одного килограмма трития обходится в 30 млн долларов"


Это сообщение отредактировал jakson10 - 22.05.2015 - 20:58
 
[^]
Понравился пост? Еще больше интересного в Телеграм-канале ЯПлакалъ!
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии. Авторизуйтесь, пожалуйста, или зарегистрируйтесь, если не зарегистрированы.
1 Пользователей читают эту тему (1 Гостей и 0 Скрытых Пользователей) Просмотры темы: 29836
0 Пользователей:
Страницы: (4) [1] 2 3 ... Последняя » [ ОТВЕТИТЬ ] [ НОВАЯ ТЕМА ]


 
 



Активные темы






Наверх