alexandr_palkin (alexandr_palkin) wrote,
alexandr_palkin
alexandr_palkin

Categories:

ATOMINFO.RU: США - перспективы термояда

 п США - перспективы термояда

VTR - текущий вариант

VTR представляет собой быстрый натриевый реактор бассейнового типа мощностью порядка 300 МВт(т).
За основу его проекта выбран проект быстрого натриевого реактора PRISM компании "General Electric", в свою очередь, базирующегося на проекте EBR-II.

Соединённым Штатам необходимо предпринять ряд шагов для того, чтобы в 40-ые годы построить демонстрационную термоядерную электростанцию.

Так считают авторы доклада, распространённого в декабре 2020 года и подготовленного научно-консультативным комитетом по энергии синтеза (Fusion Energy Sciences Advisory Committee, FESAC), созданным при министерстве энергетики США.

Текущее состояние

"Настало время активно продвигаться в направлении внедрения термоядерной энергии, которая могла бы существенно усилить современное общество и одновременно смягчить климатические изменения", - говорится в докладе.

"Научно-технические инновации указывают путь к уникальному американскому видению экономически привлекательной термоядерной энергии, закладывая основы для строительства экспериментальной установки термоядерного синтеза к 40-ым годам".

Термоядерное направление, по мнению авторов доклада, уже "укоренилось", и на сегодняшний день в него в США вложено около 2 миллиардов долларов частных инвестиций.

Дальнейшее развитие термояда в США авторы связывают с достигнутыми прорывами в области физики магнитного удержания плазмы, причём, по их мнению, американские научно-исследовательские работы по данному направлению занимают в мире лидирующие позиции.

Участие американских специалистов в крупных международных проектах - таких, как ITER - авторы полагают важным, равно как и наличие поддержки работ по синтезу от частных компаний.

В то же время, американские "ведущие позиции в некоторых ключевых областях исследований находятся под угрозой из-за отсутствия инвестиций в крупные новые объекты, которые призваны устранить критические пробелы в науке и технике".

Направления работы

Доклад формулирует список направлений, которыми необходимо заниматься уже сегодня, чтобы получить демонстрационную термоядерную станцию в 40-ые годы.

В области научно-технологических исследований по синтезу требуется:

разрабатывать и улучшать технологии формирования и удержания пылающей плазмы (burning plasma; в такой плазме реакция поддерживается, в основном за счёт образующихся в процессе реакции α-частиц);

готовить инженерно-технические основы термоядерного реактора; в частности, разрабатывать материалы, пригодные для работы в тяжёлых условиях термоядерных установок;

искать пути практического применения термоядерной энергии, в том числе, отрабатывать способы наработки термоядерного топлива и преобразования термоядерной энергии в электрическую.

В области физики и технологии плазмы требуется:

продолжать исследования вездесущей плазмы в окружающем нас мире ("плазма пронизывает вселенную и является "сердцем" наибольших энергетических событий среди наблюдаемых нами");

исследовать и открывать новые режимы и экзотические состояния материи, благодаря современным экспериментальным возможностям;

создавать технологии преобразования для полного раскрытия потенциала плазмы для общества.

Рекомендации

В списке рекомендаций, помимо типичных для документов такого рода общих слов о необходимости долгосрочного планирования, объединения усилий, поддержки и так далее, имеется несколько конкретных пунктов.

Так, отмечается потребность строительства в США новых исследовательских установок, в том числе, малых и средних. Ведущиеся в стране научно-исследовательские работы должны включать в себя подготовку черновых (предварительных) проектов будущих установок.

К разработке проекта демонстрационной термоядерной электростанции следует приступать уже сегодня, так как для выбора "наиболее привлекательного экономически решения в максимально короткие сроки" понадобится время.

Доклад выделяет ряд крупных установок, которые, по мнению авторов, необходимо построить в США.

Fusion Prototypic Neutron Source (FPNS) - установка для изучения поведения материалов под облучением в условиях термоядерных реакторов;

Material Plasma Exposure Experiment (MPEX) - проект, разработанный в ORNL для изучения взаимодействия плазмы и материалов;

различные установки для экспериментального исследования поведения материалов и оборудования при интенсивных тепловых потоках; так же как и MPEX, данные установки необходимы для изучения свойств и поведения твёрдых и жидких материалов и компонент, граничащих в термоядерных реакторах с горячей плазмой;

EXhaust and Confinement Integration Tokamak Experiment (EXCITE) - на этой установке предполагается комплексное изучение различных проблем, которые могут возникнуть при интеграции систем удержания плазмы и дивертора будущей термоядерной электростанции;

Blanket Component Test Facility (BCTF) - установка для испытаний бланкетов термоядерных станций в условиях, близких к рабочим, но без нейтронных потоков и в отсутствие радиоактивных материалов;

стелларатор (средний) - на нём планируется экспериментальное подтверждение концепции "улучшенного стационарного удержания плазмы в сочетании с новым нерезонансным дивертором (non-resonant divertor); это направление несёт в себе потенциал более привлекательной коммерчески термоядерной системы;

Volumetric Neutron Source (VNS) - расширенный вариант установки FPNS, на котором предполагается изучение поведения компонентов будущей термоядерной станции;

Z-pinch (средний) - установка средних параметров, призванная заполнить пробел, имеющийся у американских Z-машин (они или слишком мощные, как Z-машина Сандийских нацлабораторий, или слишком слабые); предлагаемая к строительству установка будет характеризоваться силой тока порядка 10 миллионов ампер.

Также в рекомендациях доклада говорится о необходимости строительства новой установки для изучения солнечного ветра, петаваттной мультилазерной установки и ряда других объектов.

Сценарии

В докладе кратко рассмотрены три различных сценария развития термоядерного направления в США - сценарий постоянного уровня усилий (сохранение поддержки на текущем уровне) и два сценария ускоренного развития.

При сценарии постоянного уровня будет построен MPEX и начнётся строительство FPNS, в других областях также будет наблюдаться "значительный научно-технический прогресс".

Однако, по мнению авторов, "лидерство США в области термоядерной и плазменной науки в этом сценарии находится под угрозой". Большинство перечисленных выше новых исследовательских установок построено не будет.

Американским специалистам в области термояда придётся "сдвигать ресурсы в сторону сотрудничества с международными и частными учреждениями", в том числе, укреплять сотрудничество по линии ITER.

Сценарий умеренного (2% в год) роста поддержки термояда в США выглядит для авторов более привлекательным, причём они замечают, что " отдача от инвестиций относительно небольшого приращения от постоянного уровня усилий к сценарию умеренного роста существенна".

В этом сценарии ускоряются работы по сооружению FPNS. Уделяется повышенное внимание решению проблемы интеграции систем удержания плазмы и дивертора, так что становится возможным приступить к строительству EXCITE.

Фундаментальные исследования развиваются, пусть и скромными темпами. В то же время, "остаются существенные риски и упущенные возможности". Не будет построен ряд необходимых установок. Также не исключено снижение активности по ряду существующих программ по токамакам.

Выполнение всех перечисленных в докладе рекомендаций возможно только для сценария неограниченного роста поддержки термоядерного направления со стороны государства.

В этом случае необходимо в правильном порядке выстроить приоритеты, и в первую очередь обеспечить сооружение MPEX, FNPS, EXCITE и MEC-U.

MEC-U - модернизированный вариант установки "Matter in Extreme Conditions", сопряжённой с рентгеновским лазерным излучателем "Linac Coherent Light Source".

В настоящее время проект по модернизации установки находится на стадии подготовки к этапу CD-1, в ходе которого будут рассматриваться концептуальный проект, график и стоимость, а также будут проанализированы возможные альтернативы.

Источник
Tags: Наука и техника, США
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments