Электростатическое удержание термоядерной плазмы

17 posts in this topic

Posted

Как известно из более чем полувекового опыта попыток длительного удержания создать таки работающий термоядерный реактор, основная проблема - заставить плазму держаться одновременно и плотно, и долго, что выражается в необходимости достичь критерий Лоусона - собственно, произведение плотности и времени удержания. Оный критерий является функцией от температуры, и его минимум для D-T реакции находится около температуры 26 кэв (300 миллионов кельвинов) и равен приблизительно 1.5*10^20 с/м^3. Суть этого критерия заключается в том, что перед получением полезной энергии плазму требуется сильно нагреть, а потом удерживать достаточно, чтобы энергетический выход был не меньше затрат.

Наибольшее распространение имеют системы магнитного удержания плазмы - в плазме создается ток, благодаря которому становится возможным использование магнитных полей специальной конфигурации для сжатия плазмы и предотвращения ее утечек; такие конфигурации магнитного поля создают токамаки и стеллараторы. Также разрабатываются системы инерциального удержания, которые испаряют замороженную мишень из топливной смеси с помощью лазеров, что позволяет на очень короткое время получить огромную плотность газа - до 100-1000 г/см^3.

Лирическое отступление завершено, теперь к теме обсуждения. Некоторое время назад, во время обдумывания особенностей небольшого сайфай сеттинга мне пришла в голову безумная идея: а что если вместо дорогих сверхпроводящих магнитов в бублик токамака втиснуть бублик поменьше, с положительно заряженной стенкой. Во-первых, кулоновское взаимодействие - вещь сильная, так что повышение плотности ионного газа будет значительным, во-вторых, простой бублик из условного чугуния стоит несопоставимо дешевле магнитов, а в-третьих нестабильности в плазме будут устраняться без внешнего вмешательства, значительно увеличивая время удержания.. Но из главного плюса этой затеи немедленно вырисовывается и минус - а что делать с электронами? Они-то к этому внутреннему тору будут притягиваться, уменьшая и экранируя от ядер его заряд. Вернуть магниты - не вариант, поскольку от этого и стараемся уйти. Можно добавить внутри положительного тора отрицательный с несколько меньшим зарядом - тогда если расстояние от плазмы до камеры гораздо меньше ширины щели между торами, для далеких ядер можно пренебречь пространственным разделением стенок и просто вычесть заряды, а для электронов, приблизившихся к стенкам камеры взаимодействие с ближней отрицательной стенкой оттолкнет их обратно (к слову, подобное разделение электронного и ионного газов способствует и снижению потерь энергии и требуемого критерия Лоусона). Но теперь сила кулоновского взаимодействия начнет играть уже против нас, поскольку стенки придется как-то разделять, а заряды на них относительно большие. Еще через некоторое время вновь пришло озарение - зачем брать два разных бублика, если можно сделать один из хорошего изолятора, просто с разницей зарядов на разных сторонах. С одной стороны хороший изолятор вряд ли будет дешевым, все равно будет проводить ток, что и увеличивает стоимость (но не настолько значительно, чтобы использование магнитов было бы эффективнее), и снижает время удержания.

Теперь приблизительные показатели установки размером с ИТЕР:

Внешний и внутренний радиусы тора - 6.2/2 м.

Толщина стенки - 0.1 м (без учета бланкета)

Требуемая мощность без учета потерь - 500 МВт

Приблизительное время удержания для стенок из радиотехнической керамики ВК98-1 - 400000 с.

Толщина ионного шнура с учетом неидеальности формы камеры ~25 см.

Плотность мощности - 65,37 Вт/см^3.

Требуемая плотность топлива в ядрах на единицу объема - 9.66*10^14 см^-3.

Потери на тормозное излучение - 0.38 Вт/см^3.

Общий заряд стенок по закону сохранения энергии для ядер в плазме - 1.8*10^-5 Кл.

 

Что можете сказать, коллеги?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Я конечно далек от этого (ядерной физики ) но вроде в каком то фантастическом романе или повести космолеты на ТЯ-тяге летали и движки у них труба в трубе и плпзма между стенками внешней и внутренней трубы формируется. Сейчас не помню, но наверно какой то вариант обьяснения был чтоб плазма не разваливалась на електронный газ и положительные ядра и не случалось  короткого замыкания. Помнится мне что плевались космолеты из дюз аналогами шаровых молний . Не помнб как книга называлась и автора (только что советская или восточноевропеская фантастика , но сейчас мне кажется что это  подвариант ионного двигателя, но только почему то утверждал автор что это термоядерный двигатель ..

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

почему то утверждал автор что это термоядерный двигатель

Все авторы - гуманитарии для межзвездных путешествий сами изобретают двигатели, и все это двигатели нарушают фундаментальные законы природы. Так что - "и Вы утверждайте".

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Электростатикой можно левитировать небольшой кусок в воздухе, поскольку воздух мешает стечь заряду. А в такой установке заряд между стенкой и плазмой практически мгновенно уравняется.

 

Реальные устройства на электростатике - https://ru.wikipedia.org/wiki/Электростатическое_удержание_плазмы только у этого есть свои проблемы

 

Edited by vashu1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Все авторы - гуманитарии для межзвездных путешествий сами изобретают двигатели, и все это двигатели нарушают фундаментальные законы природы.

И вы предлагаете их знать?  Когда тогда книги писать (и читать?).  Кроме того, "технари" ничего, зачастую, написать и не могут, а их познания/воззрения, вне технической сферы, абсурдны и отвратительны.  

 

Воистину, для гуманитария, сопромат не пустой звук, а матерщина!  И не спроста. 

"и Вы утверждайте".

И потому утверждаю, что гуманитарий для АИ гораздо полезнее.

Помнится мне что плевались космолеты из дюз аналогами шаровых молний

Шаровые молнии - это хорошо, ими ещё в 50-е годы увлекались.  Вопрос, когда было написано?  При всём желании, но брежневский период уже нельзя назвать особо прогрессивным, в плане возвышенного.   

  

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Электростатикой можно левитировать небольшой кусок в воздухе, поскольку воздух мешает стечь заряду. А в такой установке заряд между стенкой и плазмой практически мгновенно уравняется.

Использование вакуума в токамаках - таки опция по умолчанию, эту фичу перенес и сюда.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Следующая инженерная проблема для подобной системы удержания - да, способ поместить топливо внутрь камеры так, чтобы не нарушить изоляцию стенок камеры. Пока что наиболее жизнеспособной выглядит такая идея - по касательной к месту помещения шнура установить трубку, через которую будет производиться инжекция сначала ионизированных ядер одного из изотопов водорода (возможно все же придется установить магнит достаточно сильный, чтобы вводимые заряды прошли потенциальный барьер не отклонившись) вплоть до некоторой плотности ядер, после чего начать подавать нейтральные атомы топливной смеси. начальную плотность нужно подобрать таким образом, чтобы с одной стороны стенки не разорвало из-за кулоновского отталкивания, а с другой - сечение упругого рассеяния вводимых атомов на ионах было достаточно большим.

Еще одна неучтенная вещь - то, что электроны плазмы создают дополнительное давление на стенки камеры, из-за чего время удержания сократится. Скоро отпишусь насколько именно.

Upd - до 76500 c, если ничего не напутал.

Edited by Аноним Анонимов

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

И вы предлагаете их знать? Когда тогда книги писать (и читать?). Кроме того, "технари" ничего, зачастую, написать и не могут, а их познания/воззрения, вне технической сферы, абсурдны и отвратительны.

Ваши, гуманитарские, познания, из которых, на их экзистенциальной почве, пышным цветом расцветает фашизм и национализм, не чуть не менее абсурдны, и ещё более отвратительны.

И таки да, в НФ нечего лезть без технического образования и знаний в описываемом вопросе.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Можно на самом деле : Гиперболоид Инженера Гарина и сотни его удачных аналогов во множестве неплохих произведений.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Гиперболоид Инженера Гарина и сотни его удачных аналогов

Он не работает, понимаете? В нашем мире, в нашей Вселенной он неработоспособен!!!:sorry:

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

 В смысле насилие над физикой в литературе, но не вопиющее и выходящее за пределы школьного курса - работает.Тут проще осуществить холодный термояд.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Ваши, гуманитарские, познания, из которых, на их экзистенциальной почве, пышным цветом расцветает фашизм и национализм, не чуть не менее абсурдны, и ещё более отвратительны.

Сатра не читал, но осуждаю ;))).  А что касается того, что пышным цветом вырастает на технической почве спроМАТА, то, пожалуйста:

 

Как вспомните прочность войлока на сжатие обращайтесь.

 

Если предположить что волокна пыжа в щели работают на разрыв то нетрудно нагуглить характерные цифры для волокон шерсти/хлопка/пеньки в 350-450 МРа - те 3-4 тысячи атм.

 

И это в теме про ордусские пушки! http://fai.org.ru/forum/topic/50628-ordusskie-pushkinachalo/?page=2 Тут не то что фашизма, тут даже Ордуси нету!  Вся альтернативная история откровенно похерена технецызмом и образовательным самолюбованием. 

А это нехорошо. 

но не вопиющее и выходящее за пределы школьного курса - работает.

А вообще, какое насилие над наукой/физикой в НФ литературе допустимо, это интересный вопрос.  Что, какому уровню популяризаторства должно соответствовать, к какой эпохе науч-попа обращаться и т. д.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Как вспомните прочность войлока на сжатие обращайтесь.

Я на прессе не пробовал, но вот в бытовых условиях довести войлок до разрушения на сжатие - чрезвычайно трудно.

Если предположить что волокна пыжа в щели работают на разрыв то нетрудно нагуглить характерные цифры для волокон шерсти/хлопка/пеньки в 350-450 МРа - те 3-4 тысячи атм.

А если включить голову, то прочность волокон имеет очень слабое касательство к прочности войлока.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Так произведение времени на плотность или отношение времени к объёму?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Во-первых, частицы заряженного бублика друг к другу ближе, чем к ядрам водорода и трития. Соответственно, действующие на них силы больше. Если бублик недостаточно прочен, то его порвёт. Во-вторых, электростатически можно удержать или только положительные ионы, или только электроны и отрицательные ионы. А нам надо удерживать электроны и положительные ионы. Хорошо, зарядим бублик положительно, чтоб удержать ядра дейтерий и трития. Так электроны утекут ещё быстрей и снимут заряд с бублика. А для поддержания заряда понадобится зарядный ток. И как собираетесь его обеспечить? Причём, по закону сохранения заряда где-то придётся копить отрицательный заряд. В-третьих, а изгнанные в дверь сверхпроводники не вернутся через окно в виде материала провода, по которому подводится зарядный ток? А ещё придётся увеличить заряд, чтоб скомпенсировать рост силы отталкивания частиц теперь уже заряженной плазмы. Чтоб поставить эти вопросы, достаточно знать школьную физику. А вот для ответов нужно профильное образование. У меня его нет. А у Вас?

Edited by taras-proger

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Кроме того, "технари" ничего, зачастую, написать и не могут, а их познания/воззрения, вне технической сферы, абсурдны и отвратительны.

Сколько языков, являющихся пародиями на другие языки, ты сочинил, потратив на каждый по часу? Ни одного? Странно. Так как же ты можешь утверждать отвратительность знаний тех, для кого это забава? Как раз только «гуманитарии» и позволяют себе ничего не знать. И не надо кивать на Толкиена, он не «гуманитарий», а гуманитарий. Настоящий. Технарь же настоящим быть обязан, так как у нас критерии оценки объективны, что исключает возможность казаться, а не быть. Наш критерий – знания, гуманитарный – «мнения». Ну поимейте мнение, что кеннеди никто не убивал, если воскреснет, то мнения вообще бывают, это же так просто. А если нет, то бывает только правда, ложь и ошибки. Снегов закончил Одесский химико-физико-математический институт. Его фантастикой зачитываются. Азимов доктор биохимик. Его фантастикой зачитываются. Борис Стругацкий астроном, Аркадий мог с ним советоваться по всем техническим и научным аспектам. Кларк разработчик радаров, он-то уж точно технарь. Его фантастикой зачитываются. Стаббс химик и астроном. Назови гуманитария, сумевшего написать хоть что-то фантастическое? Дюма? Писал интересно, но нифига не фантастику. Толкиен? Опять не то. Верн? Допустим. А он только ли юрист? Или ещё и технарь-самоучка? Можейко? Очень хорошо, востоковед сойдёт за гуманитария, но фантастика у него – фон, в технику он не лез, что как раз и есть хорошее объяснение того, что фантастика у него вообще хоть как-то получилась. Назови ещё хоть одного. Стаббс? Серьёзно? Так степень по педагогике естественно-научного образования не отменяет.

Edited by taras-proger

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

И потому утверждаю, что гуманитарий для АИ гораздо полезнее.

Не полезнее, а полностью негоден. Если он чистый гуманитарий, а не последователь Стабба. Даже историк шаг влево, шаг вправо и начинает «плавать» в истории же, прыжок на месте – попытка улететь в психушку, если только он не является дополнительно ещё и технологом. А фокус прост: нет ни одного исторического события, сама возможность которого не зависит от технологий, даже для казни короля нужна технология ковки топоров, в реальной истории известно по факту, что в такой-то период эта технология уже была, а для альтернативы придётся анализировать, на что технология опирается и какие события должны были произойти до её открытия. Соответственно, какая бы революционная ситуация ни сложилась, без открытия руды, угля и самого кричного железа отрубить королю голову нельзя, а рвать вожака обезьяньей стаи руками – так себе затея, если он окажется сильней бунтовщиков. Числом задавят? Допустим. А станут ли они жертвовать собой ради убийства? Мотивация уже нужна круче, должны не мочь уже и низы, и верхи. Если низы не хотят, а верхи не могут (по классике), но всем участникам восстания гарантированно придётся геройствовать, то низы захотят. Если низы не могут, а верхи не хотят, то верхи поймут, что низы уже отчаялись, после чего верхи пойдут на уступки. А от этого зависит время, так как требуется разный накал революционной ситуации. И хватит ли бунтовщиков, чтоб задавить вожака числом? Топоры уже есть? А вы уверены? Почему? Кузнец скажет, есть ли уже топоры, шпаги, кольчуги, латы. А чистый историк будет жать плечами и рассусоливать про ситуацию. Повесите? А на чём, если верёвок тоже нет? А для их изготовления опять нужна технология. Никого свергать не призываю и ни чьи действия не оцениваю, просто указываю на то, что по иным мирам исторический анализ должен быть историко-технологическим и опираться не просто на хронологию открытия технологий, а на знания самих технологических процессов. Чтоб, например, космонавты с каменными тёслами не летали. С момента изобретения чопера вся последующая история – неразделимое сплетение истории межличностных отношений (в масштабах общества в целом переходящей в историю социологических изменений) и истории технологии. Историк, занимающийся реальной историей своего мира, может факт наличия такой-то технологии использовать как результат, а альтернативщик должен его ещё получить. Даже если развилка после открытия технологии, то она может быть забыта как в результате технической деградации, так и из-за вытеснения технологии другой технологией. И это придётся включать в анализ, так как нет и технологий, открытие которых не имеет последствий уже в событиях.

Edited by taras-proger

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!


Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.


Sign In Now