Мегаконструкции. Немецкий стелларатор Wendelstein 7-X



    Wendelstein 7-X — крупнейший в мире термоядерный реактор типа стелларатор, который осуществляет управляемый термоядерный синтез. Экспериментальная установка причудливой формы построена в Институте Макса Планка по физике плазмы в Грайсвальде для проверки использования такого типа устройств в качестве термоядерной энергостанции. По некоторым прогнозам, к 2100 году потребление энергии на Земле увеличится примерно в 6 раз. Отдельные специалисты считают, что только термоядерная энергетика способна удовлетворить растущие потребности человечества в энергии.

    1 грамм водородного топлива (дейтерий и тритий) в такой установке производит 90 000 кВт⋅ ч энергии, что эквивалентно сжиганию 11 тонн угля.

    Термоядерная энергетика


    По мнению экономистов и футурологов, человечеству крайне необходим надёжный и мощный источник энергии. Запасы углеводородов в мире ограничены. Если энергопотребление вырастет в шесть раз к 2100 году, то энергосистема нуждается в реформировании и реструктуризации, и чем быстрее — тем лучше. Термоядерная энергетика представляется хорошим вариантом решения проблемы.

    Атомные ядра состоят из нуклонов (протонов и нейтронов), которые удерживаются вместе сильным взаимодействием. Если добавлять нуклоны в лёгкие ядра или удалять нуклоны из тяжёлых атомов, то разница в энергии связи будет выделяться. Энергия движения частиц переходит в тепловое движение атомов. Таким образом ядерная энергия проявляется в виде нагрева. Изменение состава ядра называется ядерной реакцией. Ядерная реакция с уменьшением количества нуклонов в ядре называется ядерным распадом или делением ядра. Ядерная реакция с увеличением количества нуклонов в ядре называется термоядерной реакцией или ядерным синтезом.


    Ядерный синтез

    Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. В синтезе из лёгких ядер синтезируются тяжёлые. В отличие от цепной ядерной реакции, ядерный синтез носит управляемый характер.

    Вопрос управляемого термоядерного синтеза на мировом уровне возник в середине 20 века, тогда же появились концепции первых реакторов для управляемого термоядерного синтеза, в том числе токамаков и стеллараторов.

    До последнего времени учёным не удавалось преодолеть технологические проблемы для доказательства, что управляемый термоядерный синтез действительно можно использовать на практике и такие энергостанции будут рентабельными. Доказать этот факт должны экспериментальные реакторы ITER и Wendelstein 7-X.

    Стеллараторы



    Wendelstein 7-X

    В термоядерном реакторе топливо помещается внутрь магнитного поля и разогревается до температуры около 100 миллионов градусов по Цельсию, при которой проходит стабильная управляемая реакция ядерного синтеза.

    Стелларатор — тип реактора для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Название происходит от лат. stella — звезда, что должно указывать на схожесть процессов, происходящих в стеллараторе и внутри звёзд. Изобретён американским астрофизиком Лайманом Спитцером в 1958 году. Первый образец построен под руководством Спитцера в 1959 году в рамках секретного проекта «Маттерхорн», который в 1961 году после рассекречивания переименовали в лабораторию физики плазмы Принстонского университета.

    Стелларатор — замкнутая магнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы. Принципиальное отличие стелларатора от токамака заключается в том, что магнитное поле для изоляции плазмы от внутренних стенок тороидальной камеры полностью создаётся внешними катушками, что, помимо прочего, позволяет использовать его в непрерывном режиме. Его силовые линии подвергаются вращательному преобразованию, в результате которого эти линии многократно обходят вдоль тора и образуют систему замкнутых вложенных друг в друга тороидальных магнитных поверхностей.

    Стеллараторы были популярны в 50-х и 60-х годах, но затем внимание научного сообщества переключилось на токамаки, которые показывали более обнадёживающие результаты. Всё изменилось в 21 веке. В связи с мощным развитием компьютерных технологий и компьютерных графических программ была оптимизирована магнитная система стелларатора. В результате появилась совершенно новая конфигурация вращательного преобразования не с двумя обмотками, как во всех предыдущих конструкциях стелларатора, а всего с одной обмоткой. Правда, это обмотка очень хитрой формы.


    Топология стелларатора Wendelstein 7-X в программе компьютерного моделирования с линиями магнитного поля. Планарные (плоские) катушки обмотки обозначены коричневым цветом, непланарные катушки — серым. Некоторые катушки отсутствуют на рендере, чтобы показать строение вложенных структур стелларатора (слева) и сечений Пуанкаре для этих структур (справа). Четыре из пяти внешних катушек фильтра показаны жёлтым цветом, пятая должна быть сверху. Источник: научная работа "Confirmation of the topology of the Wendelstein 7-X magnetic field to better than 1:100,000", опубликована 30 ноября 2016 года, журнал Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms13493

    Зачем стелларатору такая причудливая форма?

    Теорема о причёсывании ежа


    Теорема о причёсывании ежа утверждает, что на сфере невозможно выбрать касательное направление в каждой точке, которое определено во всех точках сферы и непрерывно зависит от точки. Неформально говоря, невозможно причесать свернувшегося клубком ежа так, чтобы у него не торчала ни одна иголка — отсюда и упоминание ежа в названии теоремы. Теорема является следствием из теоремы о неподвижной точке, доказанной в 1912 году Брауэром.

    Из теоремы о причёсывании ежа следует, среди прочего, что на поверхности планеты всегда есть точка, в которой скорость ветра равна нулю.

    Зная о теореме причёсывания ежа, немецкие инженеры спроектировали специфическую форму стелларатора, в которой векторы магнитной индукции «причёсаны» таким образом, чтобы ядерный синтез (образование гелия из водорода) продолжалось по всему замкнутому контуру в центре камеры. Достаточно включить машину — и начинается непрерывный процесс с выделением энергии.



    Форма стелларатора выводится именно из математических уравнений теоремы о причёсывании ежа.

    Концепция стелларатора Wendelstein 7-X

    Форма стелларатора была смоделирована на компьютере, все векторы просчитаны и выверены. Оставался только вопрос: смогут ли инженеры воплотить теорию в жизнь — и на самом деле вылить из металла стелларатор такой необычной формы. Сразу стало ясно, что проект обойдётся очень дорого (по итогу строительство самого стелларатора обошлось в 370 млн евро, а вместе со зданием, зарплатами и другими расходами — 1,08 млрд евро; 80% финансирования взяла на себя Германия, 20% — Евросоюз). Но ставки высоки: источник энергии от термоядерного синтеза сулит революцию в мировой энергетике. Поэтому инженеры приступили к работе.

    Сборка стелларатора Wendelstein 7-X


    Сборку стелларатора вели с апреля 2005 года по апрель 2014 года. За девять лет строительства на объект ушло 1,1 миллиона человеко-часов работы. Затем началась техническая подготовка к эксперименту. Проверялась каждая техническая система: вакуумные сосуды, система охлаждения, сверхпроводящие катушки и их магнитное поле, система управления, а также нагревательные приборы и измерительные инструменты.


    Сборка стелларатора Wendelstein 7-X, ноябрь 2011 года. Фото: IPP, Wolfgang Filser

    Обмотка стелларатора Wendelstein 7-X состоит из 50 непланарных и 20 планарных сверхпроводящих магнитных катушек. Они герерируют магнитное поле, в котором разогревается водородная плазма до 100 млн градусов по Цельсию. В катушках используются проводники из сплава ниобия и титана. Этот материал переходит в сверхпроводящее состояние при понижении температуры ниже 9,2°К. Охлаждение магнитов стандартное — жидким гелием при температуре −270°C. В связи с необходимостью непрерывного охлаждения катушки установлены внутри криостата, имеющего внутреннюю и внешнюю оболочки, изолированные друг от друга вакуумом. Для изучения и нагрева плазмы используются 254 отверстия в оболочке.

    Технически стелларатор Wendelstein 7-X состоит из пяти практически идентичных модулей. В каждом из них — оболочка для плазмы, термоизоляция, 10 сверхпроводящих непланарных катушек, 4 соединённых планарных катушки, система трубок для жидкого гелия, сегмент для поддержки центрального кольца и внешняя оболочка.



    Нагрев плазмы происходит тремя методами: СВЧ-подогрев с мощностью генераторов 10 МВт, подогрев радиоизлучением 4 МВт и подогрев пучком нейтральных частиц 20 МВт.

    Когда все пять модулей установили на место в основании стелларатора, начались работы по их сварке, соединению систем для подогрева и мониторинга плазмы.



    Для строительства стелларатора были привлечены компании со всей Европы. Одним из основных подрядчиков была компания MAN Diesel & Turbo, которая занималась в том числе изготовлением стальных сегментов плазменной камеры. В целом виде она имеет внешний диаметр 12,9 м и высоту 2,4 м. Им пришлось решать множество технических проблем. Например, стальные плазменные камеры имеют причудливую форму и должны быть вылиты с допуском +/−2 мм. Каждая камера состоит из 200 колец, а каждое кольцо — из нескольких 15-сантиметровых стальных полосок, искривлённых специальным образом в соответствии со сложной геометрией, рассчитанной в программе компьютерного моделирования в соответствии с формулами теоремы о причёсывании ежа. Модули изготавливали на заводе MAN Diesel & Turbo в Дюссельдорфе.



    Такая же точность и специфические научные требования предъявлялись к охлаждающим контурам для катушек.


    Сборка термоизоляции внешней оболочки

    Организаторы считают, что участие в проекте дало каждой компании неоценимый технический опыт и само по себе было престижным. Например, специалистам компании MAN Diesel & Turbo пришлось осваивать специфические программы 3D-проектирования и электронные лазерные инструменты для оценки геометрии. С тех пор эти инструменты вошли в постоянный производственный процесс компании.

    Систему подогрева плазмы изготавливали компании Thales Electron Devices (Франция), Element Six (Великобритания), Diamond Materials (Германия) и Reuter Technologie (Германия).

    Изготовлением ключевых устройств для разогрева плазмы — гиротронов — занималась компания Thales Electron Devices в тесном сотрудничестве с немецкими физиками.

    Гиротрон — электровакуумный СВЧ-генератор, представляющий собой разновидность мазера на циклотронном резонансе. Источником СВЧ-излучения является электронный пучок, вращающийся в сильном магнитном поле. Излучение генерируется на частоте, равной циклотронной, в резонаторе с критической частотой, близкой к генерируемой. Гиротрон изобрели в СССР в НИРФИ в г. Горьком (ныне — Нижний Новгород).


    Слева — Один из гиротронов Wendelstein 7-X мощностью 1 МВт для непрерывного микроволнового разогрева плазмы, по центру и справа — окно между гиротроном и внешней оболочкой стелларатора, сделанное из искусственного алмаза, детали изготавливали на заводах Diamond Materials во Фрайбурге и Element Six в Великобритании

    Плазма внутри реактора удерживается в магнитном поле, но всё равно нельзя избежать её контакта с внутренней оболочкой. Хотя при этом температура плазмы падает до всего лишь 100 000°С, но всё равно внутреннюю сторону стальной камеры требуется покрыть термостойким материалом, который одновременно отводит тепло. Изготовлением таких диверторов занималась австрийская компания Plansee. Инженеры создали конструкционные элементы из новых материалов: блоков углерода, усиленного углеволокном (углеграфитовый композит), и металла с водяным охлаждением. Всего для стелларатора потребовалось изготовить 890 элементов дивертора из 18 000 блоков. Новый материал уже запатентован изобретателями под названием EXTREMAT.


    Теплообменный дивертор Plansee поглощает 10 МВт на квадратный метр в непрерывном режиме

    Сверхпроводящие катушки из сплава ниобия и титана сложной формы для стелларатора изготовила фирма Babcock Noell (Германия).



    За десять лет строительства удалось решить все технические проблемы и ввести в строй мегаконструкцию стелларатора.

    Создание стелларатора в Институте Макса Планка по физике плазмы

    10 декабря 2015 года состоялось историческое событие: в Институте Макса Планка по физике плазмы (IPP) в Грайсвальде впервые был запущен экспериментальный стелларатор Wendelstein 7-X.

    Wendelstein 7-X: первая плазма

    Операторы стелларатора подали команду на генерацию магнитного поля и запустили компьютерную систему управления экспериментом. Они подали около одного миллиграмма гелия в плазменный отсек, включили СВЧ-нагрев для короткого 1,3-мегаваттного импульса — и первую плазму зарегистрировали установленные камеры и измерительные приборы. Первая плазма сохраняла стабильное состояние 0,1 секунды и достигла температуры около миллиона градусов по Цельсию.

    Руководитель проекта профессор Томас Клингер (Thomas Klinger) сказал, что по плану было начать именно с гелия, поскольку у него легче получить состояние плазмы. В 2016 году начались эксперименты с водородной плазмой.

    Замер магнитного поля


    Разогрев плазмы до миллиона градусов и больше — это хорошо, но оставался открытым главный вопрос, действительно ли учёным удалось собрать стелларатор правильной формы, в соответствии с теоремой о причёсывании ежа. Соответствует ли результат математической модели? Это самый важный вопрос, ведь никто и никогда раньше не собирал термоядерный реактор такой формы. Действительно ли там будет происходить термоядерный синтез с заданными параметрами?

    30 ноября 2016 года мы получили ответ на этот вопрос. В этот день в журнале Nature Communications опубликована научная статья "Confirmation of the topology of the Wendelstein 7-X magnetic field to better than 1:100,000" (в открытом доступе). В ней приводятся результаты измерений магнитного поля внутри тороидальной камеры, которые подтверждают фактическую работоспособность стелларатора Wendelstein 7-X в соответствии с расчётными параметрами. Измерения произведены до разогрева плазмы, но они показывают, что инженерам на стройке действительно удалось собрать мегаконструкцию, которая полностью соответствует расчётным параметрам. Магнитная топология машины выполнена немецкими инженерами с требуемой точностью.


    Визуализация магнитного поля в стеллараторе с помощью нейтрального газа (смесь водяного пара и азота). Три ярких пятна — калибраторы для камеры


    Сечение Пуанкаре замкнутого магнитного контура. Электронный пучок прошёл по нему более 40 раз, то есть более 1 км


    Незначительный сдвиг магнитного поля из-за деформации сверхпроводящих магнитов

    Итак, крупнейший в мире стелларатор действительно работает.
    Поделиться публикацией
    Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

    Зачем оно вам?
    Реклама
    Комментарии 82
    • +3
      Ух, мощь.
      Создатели конструкции явно киберпанком вдохновлялись.
      • –5
        Думаю, что и не только им одним.
        • 0
          <оффтоп>
          Тест Роршаха какой-то получился…

          Я почему-то увидел сходство третьей картинки с демкой fr-014 (не нашел как вставить только правый верхний фрагмент):
          image

          </оффтоп>
        • –3
          Я так понимаю информации или прогнозов по рентабельносьти этого красавца нет?
          • +2
            Это в первую очередь эксприментальная установка. Она не предполагает рентабельность.
            • +2
              Сама по себе нет, но, насколько я понял из статьи, на ней предлагается проверить, будет ли она рентабельна с учетом новых технологий и затрат.

              До последнего времени учёным не удавалось преодолеть технологические проблемы для доказательства, что управляемый термоядерный синтез действительно можно использовать на практике и такие энергостанции будут рентабельными. Доказать этот факт должны экспериментальные реакторы ITER и Wendelstein 7-X.
              • 0
                ИТЭР будет про рентабельность и серийное производство
                • +4
                  Про серийное производство будет DEMO. ITER — чисто научная установка.
                • +2
                  w7x и ИТЭР — машины разного класса, всё-таки.

                  Чтобы подняться до уровня ИТЭР стеллараторам нужна будет как минимум ещё одна машина. Может быть, две.
                  То есть, в терминах времени они отстают на 10-20 лет минимум.

                  … что ещё хуже: стеллараторы ещё хуже масштабируются. Все вот эти зигагулины хорошо смотрятся на маленькой машине, а промышленная установка должна быть почти размером с ИТЭР (хотя стеллараторы могут быть меньше токамаков той же мощности)
                  • 0
                    Нет, планируется проверить, работоспособна ли новая методика расчета магнитных полей, которая позволит победить проблемы, заведшие в тупик стеллараторы. В реальности, до коммерческого стелларатора еще очень большое расстояние, и никто не рискует говорить, что на него могут и не дать денег, а значит никакой рентабельности тут не будет. Просто изучаем физику плазмы.
                  • 0
                    Угу. Думаю цель на ближайшее будущее хотя-бы получить чуть-чуть больше энергии, чем тратится на разогрев плазмы и поддержание магнитного поля в катушках.

                    Какой красивый крендельштайн! :)
                    • 0
                      1. +1.

                      2. Но кое-что про рентабельность стеллараторов можно сказать уже сейчас. Она _очевидно_ будет хуже, чем рентабельность более простых конструкций. В простоте же конструкций всех уделывают открытые ловушки, в который с 2015-го года (и тем более после августа 2016) — ренесанс (ну, как минимум — начало ренесанса).
                    • +8
                      Ну что вы, право слово, сразу про деньги.
                      Сразу ж видно, для души строили. Красота то какая))).
                      • +3
                        Ну все теперь я главный меркантильный гад :)
                        Он безусловно красив.
                      • +1
                        «Что вы хотите от новорожденного ребёнка» — сказал Тесла на критику пользы создания тока в катушке при движении магнита.
                        • +1
                          Ага. Ещё он про «она вертится!» говорил, и за это его сожгли.

                          И часовню — тоже он. Но это в 15-м веке было.
                      • +1
                        Достигнут ли критерий Лоусона? Т.е. какая величина?
                        • 0
                          Нет, не будет достигать примерно 1 порядка до критерия. Пересчетный Q DT около нескольких процентов.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                          • –4
                            Тем что нет пока практики использования… пока надо подтвердить теорию, а вот потом уже эксперементировать.
                            Чтоб не получился второй «Чернобль»…
                            • +5
                              Чернобыль точно не получится. А вот риск спалить что-нибудь дорогостоящее и встрять ещё на несколько лет до устранения действительно есть.
                              • 0
                                Упомянув про Чернобль я имею ввиду эксперименты и случайное неконтролируемое высвобождение энергии(взрыв), а не радиоактивное заражение.
                                • 0
                                  Чтобы получать энергию при термояде нужно затрачивать огромное кол-во энергии. Выключи подачу и реакция тут же остановится. Взрыв практически невозможен. Кроме того, там обычно крошечные кол-ва вещества.
                                  • 0
                                    Принципиально разные физические явления у ядерного синтеза и деления. Деление — самоподдерживающийся процесс, который приходится тормозить в контролируемом масштабе, а синтез приходится поддерживать снаружи.
                              • +1

                                Всё.
                                Это не энергетическая установка, это фонящее лабораторное оборудование. ИТЭР тоже. Выработавшееся тепло будет просто сброшено в воздух.

                              • +1
                                А может кто нибудь простыми словами объяснить, почему такая хитрая форма?
                                Почему нельзя в форме тора?
                                • 0
                                  Для удержания тора нужно больше энергии, сильнее магнитное поле.
                                  • +5
                                    Потому что частицы в плазме ведут себя странно, собственно поэтому токамаки и не работали — плазма весело била в стенки открывая новые законы физики вместо новых источников электричества (например см. «банановые частицы»).
                                    • 0
                                      токамаки и не работали

                                      ITER с поколениями своих предков смотрит на вас с удивлением
                                      • 0

                                        И где моя серийная ТЯЭС в пригороде, снабжающая меня дармовым электричеством? С 60х кормят завтраками.
                                        До сих пор ТОКАМАКи не РАБОТАЮТ. А реакции синтеза идут и при комнатной температуре, и безо всяких магнитных полей, и тем паче магнитных ловушек. Просто плохо они идут, не годятся воздушные шарики с водородом для РАБОТЫ.

                                        • 0
                                          Ну с таким подходом Стеллаторы (о представителе которых речь в статье) не работают тем более. Как и любые другие варианты искусственного термоядерного синтеза за исключением водородных боеголовок.

                                          Т.к. именно ТОКАМАКи добились максимальной эффективности УТС — текущее поколение хоть и со скрипом, но уже добралось до выхода энергии примерно равного затраченной на поддержание работы.
                                          А самый лучший рекордный стеллатор в лучшем случае достигнет 1/10 от этого уровня через несколько лет. И только 1/100 от того что ожидается на ITER.

                                          Так что все остальные подходы к УТС пока на практике стоят еще дальше от «серийная ТЯЭС в пригороде» чем ТОКАМАКи
                                          • 0

                                            Пока что никто не ближе, ИТЭР вполне способен выдать кулак дружбы и пообещать энергию с астрономическими затратами. Или остаться без финансов. Потому что те, кто начинал тему уже ушли на пенсию, а новым бюрократам надо делать карьеру на критике предшественников. Такую замечательную открытую монструозную ловушку уже запороли недостроив. Вот такая у нас практика, достать чернил и плакать.

                                    • 0
                                      Насколько помню, у токамака принципиальный недостаток — незамкнутая магнитная поверхность, а у сабжа — замкнутые. Магн. поле в стеллаторе создается только внешними катушками, и позволяет использовать его в непрерывном режиме.
                                      • 0
                                        Нет, и там и там замкнутые. Просто в токамаке нужная магнитная поверхность создается динамически — путем комбинации полей катушек и плазмы, а в стеллараторе — статически, заранее сконфигурированными катушками. Теоретически стеллараторный подход проще, на практике — сложнее (см форму магнитной системы W7X).
                                        • 0
                                          А в токамаке же вроде магнитное поле незамкнутое, линии бесконечно навиваются вокруг тора? Или я что-то перепутал?
                                          • 0
                                            Магнитное поле вообще ВСЕГДА замкнутое. :) Чтобы оно было незамкнутым, нужны магнитные заряды, магнитный монополь. Короче, место, где поле «начинается» или «заканчивается». А пока оно не открыто (и не факт, что вообще бывает), div(B)=0, а все линии магнитного поля — замкнуты.
                                            ВСЕГДА.

                                            З.Ы. Вот траектории частиц в поле и эквиповерхности его «давления» — иное дело.
                                      • +2
                                        Фундаментальная проблема магнитного удержания: магнитное поле катушки сильнее в центре.
                                        Возникает неустойчивость.
                                        Зрительно это можно представить как если налить воду поверх масла: жидкости не смешиваются, но малейшее возмущение, и вода в каком-нибудь месте «прольётся вниз», а масло в других местах всплывёт. Плазма вырывается из горячего центра, и чтобы система была устойчивой, нужно чтобы поле усиливалось к перефирии, а так не выходит.

                                        Так что тор (сам по себе) — не работает от слова СОВСЕМ.

                                        В токамаках эту проблему попервой решили тороидальным током. Если в плазме по тору течёт ток (который, как в трансформаторе создаёт внешняя обмотка), то его поле решает самые простые неустойчивости. Но добавляет новые, да и из-за этого токамак становится машиной импульсной. Поначалу казалось, что это очень простая и красивая идея, но потом оказалось, что бороться с новыми неустойчивостями — те же яйца, только вид сбоку.

                                        Начали снижать тороидальный ток, а в пределе — обходиться вообще бы без него. Так появился стелларатор: в токамаки полоидальные токи и тороидальные — равномерны, а в стеллараторе (в котором по идее изначально нет тороидального тока) их роль выполняет хитрозакрученность магнитного поля.

                                        Хитрозакрученность как бы заменяет полоидальное поле, которое создаёт в токамаке ток вдоль бублика.

                                        … кстати, при чём тут теорема о несчастном еже — непонятно, ибо и в токамаке, и в стеллараторе контуры магнитного поля замкнуты. Упоминание этой теоремы сканало бы, если б требовалось объяснить, в чём проблема открытых ловушек или почему нельзя упихать плазму в шар, а обязательно нужен бублик.
                                        Но стелларатор от токамака в ЭТОМ пункте ничем не отличаются.
                                      • +1
                                        По идее ТОКОМАК «насильно» удерживает плазму в форме тора.
                                        В стеллараторе выбрана наиболее оптимальная ворма плазменного жгута с точки зрения физики
                                      • 0
                                        Не верю я, что потребление в 6 раз возрастет. Согласно вики за последние пол века потребление примерно в 2 раза возросло. Компьютеры потребляют все меньше энергии, если персчитать на вычислительную способность. Колличество компьютеров выросло, но многие из них простояивают. Взять теже микроконтроллеры, ESP мощнее моего первого компьютера, а занимается перещелкиванием реле. Можно всю эту мощь объединить и не надо будет дальше производить компьютеры так расточительно. Взять теже облачные вычисления, виртуалки, все давно идет этим путем. Автомобили тоже эффективнее становятся, а их колличество бесконечно не будет же увеличиваться. Тут тоже речь идет, а так ли необходимы персональные автомобили, если они станут достаточно автономными? Каршаринг и Uber становятся не даром популярными. Если вывести производство на орбиту и товары сбрасывать с небес, то много ли нам понадобится вырабатывать энергии на земле?

                                        • +2
                                          Ну почему нет-то? Если транспорт перевести с углеводородов на электричество, то возрастёт ещё как.
                                          • 0
                                            нефть и газ кончатся, останется только электроэнергия
                                            только откуда ее брать в 6 раз чтобы потребление возросло
                                            если не будет рабочего термояда, то и не возрастет
                                            • –2

                                              Все будет хорошо, просто замкнут ядерный топливный цикл и начнут грузить плутонием сухогрузы. При тугом президенте до обамы уже пытались этот вопрос сдвинуть с места и как-то решать это 6-кратное увеличение потребления. Обама же атомщиков не любит.

                                            • 0
                                              Возможно речь идет об использовании восполнимых запасов для обогрева (сейчас основное потребление на обогрев — не электричество). То есть в плане потребления электроэнергии действительно есть постоянный рост, но не потому, что потребители размножаются со страшной силой, а из-за перехода с «грязных» технологий, на более чистые. Представьте, если сейчас перестать топить углем и мазутом, во сколько раз вырастет потребление электричества?
                                              • 0
                                                Некоторые страны готовятся законодательно запрещать автомобили на ископаемом топливе, следовательно заменят их электромобили, застраивать же свою и без того небольшую территорию ветряками не самая лучшая перспектива, а солнечная энергетика доступна в региональном и сезонном виде.
                                                В нашей стране как я понимаю решили идти другим путём — практически безотходный замкнутый цикл ядерной энергетики.
                                                • 0
                                                  Насчет безотходности вы перегнули: одного шлама при добыче образуется горы, а отработанное топливо требует охраняемых, освещенных и герметичных хранилищ, которые будут деньги сосать сотни лет.
                                                • 0
                                                  пример может и банальный, не в кассу, но я помню времена в детстве, когда мы (семья три человека) тратили около 300 квт/ч в месяц, сейчас же в зимний период у меня доходит до 2000. Может энергоэффективноть приборов и растет, но их количество стало просто в разы больше.
                                                  • +4
                                                    300 кВт в час? Нехилое ускорение.
                                                    • 0
                                                      Да ладно, это совсем небольшое ускорение. Я когда электрический чайник включаю у меня ускорение (темп роста потребляемой мощности) никак не меньше 7000 кВт в час!
                                                    • +1
                                                      Ну не знаю. Я живу в Германии. Первые 5 лет (с 2000 по 2005) жил в старом доме, за газовое отопление и горячую воду платил порядка 200 евров в месяц, если не больше и 90 за электричество. У меня из электроприборов был ПК, sony playstation 1, электроплита, стиралка, телевизор, магнитофон, спутниковый ресивер, DVD проигрователь с колонками 5.1, 4 комнаты с обычным освещением, один телефон и один телефон на windows ce на семью из 4 человек. Двум сыновьям было тогда по 8-10 лет.

                                                      Сейчас у меня по мимо перечисленного выше 4 лептопа дома (рабочий мой, и персональные у меня и у сыновей), у сыновей еще по ПК 2 штуки которые работают почти круглосуточно, у каждого в семье по мобильнику, плюс playstation. добавилась сушилка для белья и посудомойка. Телевизора два. IPTV приставка вместо спутникого ресивера и DVD проигрвателя. Посудомойка. Переехал в современный дом теже 4 комнаты. За центральное отопление плачу 140 евров + горячая вода 25 евров и за электричество плачу теперь порядка 110 евров в месяц.

                                                      То-есть за энергоснабжение с 2000 по 2005 я платил около 290 евров, сейчас получается плачу меньше — 275 Евров. Так что если еще учесть инфляцию, то, что я нынче 75 процентов времени в неделю работаю из дома удаленно и детям уже по 20 с лишком, то получается, что энергопотребление снизилось значительно.

                                                    • +1
                                                      Куда-то не тута посмотрели: https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption

                                                      За 39 лет (а не за 50) потребление первичной энергии выросло в 2,2 раза (с 71013 до 155505 ТВт*ч в год), а конкретно электричества (которое и будут вырабатывать термоядерные электростанции) в 3,7 раза за 39 лет (с 6129 до 22668 ТВт*ч в год) 
                                                      Это всего около 2% роста в год по первичной энергии и около 3.5% в год по электричеству.
                                                      Но за 84 года еще остающихся до конца века даже такие скромные темпы дадут рост в >5 раз и в 18 раз соответственно.

                                                      Так что 6 кратное увеличение потребления энергии к 2100 году это еще относительно скромный прогноз — предполагающий некоторое замедление темпов роста потребления.
                                                      • 0
                                                        Это вы путаете, как мне кажется. Я говорю про энергопотребление, а не про выработку. TPES — это выработка первичной энергии, а не потребление. Смотрите столбик с Final Consumption. Кстати цифры взяты с www.iea.org, согласно отчету Total Final Consumption включает так же использование первичных энергоносителей на non-energy consumption (К примеру Нефть -> Пластик), то-есть рост еще ниже. Я насчитал 2.02 раза с 1973 по 2014. И на 2040 они прогнозируют по максимому рост в сравнении с 1973-им 2.67 (минимум 2.25). По мне так потребление замедляется. Не пойму, как у вас при ежегодном росте в 2 процента получается рост >5 раз?
                                                        • 0
                                                          Электростанциям-то работать с генераций(производством) энергии, а не с конечным потреблением. В т.ч. нужно вырабатывать то что потом будет потеряно при доставке энергии потребителю(включается в первичную энергию, но не включается в конечное потребление — хотя например около 15% электроэнергии теряется на пути от генератора к потребителю). Или потреблено электростанцией на обеспечение собственной работы — атомные станции сразу потребляют порядка 5-8% выработанной электроэнергии сами. Термоядерные в этом плане будет еще прожорливее. (собственное потребление не включается в конечное, но выработать и потратить эту энергию все-равно нужно, без этого никуда не деться)

                                                          2% потому что нужно сложные проценты использовать, а не просто складывать 1.02^84 = 5.28 раза за 84 года при средних темпах роста 2%/год.
                                                    • –2
                                                      Я понимаю, рассчитано на компьютере и вот это всё, но выглядит он так, будто рисовали и собирали его с большого бодуна. А те кольца, которые не вставали на место, забивали на место с помощью молотков и такой-то матери. Забавный у него видок.
                                                      • 0
                                                        Вот интересно, запредельная сложность подобных установок это необходимое условие или она есть следствие неполного понимания процессов? Вдруг однажды картинка сложится, и человек щелчком пальцев сможет двигать звездами (а сфинкс, как ему и положено, засмеется)?
                                                        • 0
                                                          запредельная сложность останется, просто сожмется, инкапсулируется до «черного ящика».
                                                          • 0
                                                            Мне кажется что «мы», ну т.е. те кто будет тогда — как бы «поднимемся» над этими уровнями как в языках высокого уровня абстракции. И будем перемещать и передвигаться возможно, но это будет скрыто примерно также как и сейчас мы не задумываемся о функционировании каждой клетки
                                                          • +2
                                                            ну я это вижу как в ситуации с процессорами… с одной стороны — это чуть ли не апогей технологической сложности, который раньше занимал целые залы и делался годами одну штуку, сейчас же умещается в телефоне и делается миллиардами штук. Ибо отработанная технология производства и масштабы позволяют копировать эти сверхсложные устройства как пирожки. Но по сути-то… внутри процессора что 50 лет назад, что сейчас ничего не поменялось и легких путей реализации вычислений не нашлось
                                                          • 0
                                                            Сначала показалось, что это вид после какой-нибудь аварии. Уж очень расплющенный…
                                                            • +3
                                                              >специалисты считают, что только термоядерная энергетика способна удовлетворить

                                                              Ннннееееттт, а как же ветряки, сделанные из солнечных панелей!...?
                                                              • +1
                                                                А это смотря у каких специалистов спрашивать. — В данном случае спрашивали у ученых занимающихся термоядом — поэтому ответ, только УТС, только хардкор.

                                                                Спросили бы у энергетиков-атомщиков, ответ был бы что всех спасут только АЭС на замкнутом топливном цикле (на отвальном 238 уране и тории).

                                                                А у тех кто строит ветряки или СЭС — что ветряки и поля солнечных батарей.

                                                                Профессиональная деформация она такая.
                                                              • 0
                                                                Слишком сложно все, много узлов и агрегатов. Как будут добиваться высокого КИУМа?
                                                                Лучше уж сжигать урановые поленья. Топлива хватит на тысячи лет.
                                                                • 0

                                                                  Зато эту крученую колбасу можно относительно дешево таскать по космосу. Урановые поленья уж очень много требуют всякой химии, а тут баллона водорода на века хватит.

                                                                • 0
                                                                  Таки я не понял, а синтез-то есть? Если есть — значит всё не зря!
                                                                  • +1
                                                                    Пока нет — написано же гелий вместо дейтерия и трития закачивают.
                                                                    Потому что как только пойдет реальный синтез все конструкции сразу станут сильно радиоактивными и в них уже так просто внутрь не залезть будет что-бы что-то исправить/измерить/доработать.
                                                                    Поэтому сначала долго будут на инертном гелии работать, и только когда все что можно изучат и отладят может быть запустят на дейтерии+тритии реальный синтез.
                                                                  • +1
                                                                    Давно думаю вот над каким вопросом: Ядерный синтез — это же просто большой кипятильник, выделяющаяся энергия нагревает все вокруг плазменного шнура. И если в ядерном реакторе делящиеся материалы нагревали теплоноситель, а дальше пар крутил турбину, то в термоядерном реакторе я не понимаю связки. Здесь же всё окружение охлаждают до нескольких градусов Кельвина, затрачивая на это энергию и горячая в реакторе (стеллараторе или токамаке, неважно) только плазма — как улавливать полезную энергию слияния?
                                                                    • +1
                                                                      Я так понял что охлаждают сильно только электромагниты — тк они сверхпроводящие. Скорее всего нейтроны, выделяющиеся при реакции будут нагревать что-нибудь, а дальше — как в паровозе… Есть ещё правда надежда на МГД генерацию: — выпускаем струйку плазмы и электродами снимаем с неё ток. Для МГД при таких параметрах КПД должен быть очень хороший. Ну а горячие газы после МГД ктилизировать классическим способом = пар+турбина/поршень/кастрюля с картошкой
                                                                      • +1
                                                                        на именно МГД генерацию надежды как раз нет. «И это хорошо».

                                                                        Зато, для тех, кому невмоготу от мыслей о турбинах, есть надежда на https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_energy_conversion. Правда, в самых лучших раскладах (бор-протон в открытых ловушках) прямое электростатическое будет как-то не в струю, не говоря о том, что оно вообще плохо совместимо с современными методами удержания.
                                                                        см. так же https://geektimes.ru/post/283600/?reply_to=9751704#comment_9751036
                                                                      • +1
                                                                        Выход энергии от термоядерной реакции — это, грубо: нейтроны, СВЧ, рентген, транспорт.

                                                                        В зависимости от

                                                                        a) реакции и
                                                                        b) типа и особенностей реактора

                                                                        вклад каждого из компонентов будет отличаться.

                                                                        D+T в любом из раскладов львиная доля энергии будет выделяться в нейтронах. Дальше — «бланкет-рабочее тело-турбина».

                                                                        на другом полюсе сидит бор-протон, с минимальным (из всех реакций, на которые у людей есть надежда освоить в коммерческих целях) выходом нейтронов. Но там практически все будет высвечиваться в рентгене. Там самое удобное/практичное — «стенка(вольфрам или еще что)-рабочее тело-турбина».

                                                                        На использование транспорта можно раскатывать губу (из реалистичных конструкций магнитного УТС) можно только в открытых ловушках (ОЛ).

                                                                        И речь, конечно, идет не о МГД (как тут по соседству мечтали), а о DEC, https://en.wikipedia.org/wiki/Direct_energy_conversion (кинетической энергии зараженных частиц в электроэнергию). По той же ссылке можно прочие изыски посмотреть.

                                                                        Проблема только в том, что DEC плохо совместимо с современными методами стабилизации плазмы в ОЛ.

                                                                        Но это ничего, самая интересная реакция — бор-протон, и если ее таки можно будет освоить (так, как это видится сейчас), то придется остановиться на варианте с рентгеном->стенкой->рабочим телом->турбиной.

                                                                        P.S. Думаю, реальный выбор топлив для термоядерной энергетики будущего — это бор-протон (в открытых ловушках), либо, если бор-протон окажется невозможным освоить, — дейтерий-дейтерий (ибо с дейтерий-тритием — куча проблем).
                                                                        • 0
                                                                          Относительно развернуто отвечал на этот вопрос в FAQ по ИТЭР (№5) — https://geektimes.ru/post/280820/
                                                                        • +1
                                                                          простите, вы уверены, что «подогрев нейтронным пучком 20 МВт», а не нейтральным?

                                                                          и уверены в корректности фразы: «новый материал из блоков углерода, усиленного углеволокном, и металла с водяным охлаждением»?
                                                                          На мой взгляд, это не материал, а конструкционный элемент.
                                                                          «Углерод, усиленный углеволокном» обычно называется углерод-углеродным композитом или углеграфитовым композитом.

                                                                          Обсуждение стеллоратора на Гиктаймс без tnenergy мне кажется неполным.
                                                                          • 0
                                                                            Я, блин, сначала обалдел от «нейтронного пучка в 20МВт», а потом только понял, что в виду имелись нейтралы.
                                                                            • 0
                                                                              Ага, когда прочитал первый вариант еще ехидно подумал — ну вот, оказывается нейтронная пушка для установки на космокрейсера у нас уже есть. (идейка из какого-то старого НФ рассказа, где более развитых пришельцев с практически непробиваемыми энергетическими щитами одолели нейтронными пушками — пучки нейтронов с минимальным ослаблением проходили через защитные поля и броню, но убивали все живое на кораблях и выводили из строя электронику).
                                                                            • 0
                                                                              А можете объяснить, электричество то откуда берется?
                                                                              • 0
                                                                                Как я понимаю как в простых ТЭС, АЭС.
                                                                                Высокотемпературная плазма нагревает воду -> пар -> лопатки турбины -> электричество
                                                                                • 0
                                                                                  да, только не непосредственно, а опосредованно.

                                                                                  см. https://geektimes.ru/post/283600/#comment_9751036
                                                                              • 0
                                                                                надо понимать, что есть несколько разных видов сложности в термояде.
                                                                                Сложностей, разных для разных типов установок / топлив (доступность использования топлива зависит от установок опять же).

                                                                                Сложность «по физике». Базовые — добиться температуры / Q>>1.
                                                                                Сложность конструкционная. (Для коммерческой установки — читай CAPEX, и, — большое влияние на OPEX; но это касается следующего пункта больше).
                                                                                Сложность эксплутационная (вообще, второй пункт можно в этот включить).

                                                                                Сложность «по физике», — это на «один раз достичь», и потом, если это не отражается в сложность / большую цену конструкционную, — все время пользоваться плодами этого достижения.

                                                                                Из существующих вариантов по топливу, самое неудобное для эксплутационщиков (т.е. для практики) топливо (D+T) — проще всего «зажечь», и наоборот (бор-протон — самые сложные условия реакции с т.з. физики имеет).
                                                                                _________

                                                                                Стеллараторы не имеют реальных шансов стать основой термоядерной энергетики будущего.

                                                                                Хотя бы из-за запредельной сложности конструкции.

                                                                                Основа — это то, что просто по второму и третьему пункту.

                                                                                Самые перспективные топлива есть шансы жечь только в открытых ловушках (ОЛ) (я про бор-протон, например).

                                                                                А ОЛ, по совместительству — это _самые_ _простые_ (и конструкционно, и эксплутационно, и, во многом, и по физике) установки магнитного УТС.

                                                                                Да и с характеристиками у них (привет OS 2016) куда как получше, в перспективе.

                                                                                Так что в пруду стеллараторов «рыбы нет».
                                                                                • 0

                                                                                  А до этого закопали открытые ловушки, потом стали морщиться на токамаки, так что не спешите. У термоядерщиков пока нет бюджета, и много капризных спонсоров.
                                                                                  Вы поручитесь за успех бубликов?

                                                                                  • 0
                                                                                    я не понял, что вы хотели сказать.

                                                                                    1. Я не про историю смены схем-фаворитов говорю/говорил.

                                                                                    2. при чем я и какие-то ваши «бублики» (какие, блдж, бублики? Токамаки? Стеллараторы? Левитирующе диполи? FRC? При чем тут они? (Это были риторические вопросы, если вдруг непонятно)). Я прямо сказал — сейчас уже видно, что наиболее перспективный кандидат на место базы будущей термоядерной энергетики — открытые ловушки (включая немного гибридную FRC).

                                                                                    Подробности см. здесь:
                                                                                    http://tnenergy.livejournal.com/46396.html (вступление от 2015)
                                                                                    http://tnenergy.livejournal.com/75401.html (текущее положение дел, после )

                                                                                    https://science.dirty.ru/ask-me-anything-ama-s-alekseem-dmitrievichem-beklemishevym-dlia-science-d3-ru-1170700/ ( детали, после OS 2016 )

                                                                                    • 0
                                                                                      сейчас уже видно, что наиболее перспективный кандидат на место базы будущей термоядерной энергетики —

                                                                                      А я вот как раз все о том же — о смене фаворитов. Которая происходила, каков "сюрприз", с произнесением кем-то чиновным и бюджетораспределяющим фразы про эти самые открывшиеся виды. И сколько раз уже ее повторили, но вот засада, с тех пор не густо с новыми законами физики. Это единственное, чем я бы еще мог оправдать этот тяни-толкай. И сейчас опять идет эта смена. А вы о ней рассуждаете как о чем-то принципиальнейше новом, чего еще не бывало.


                                                                                      Понимаете, исторически ТЯС не стоит в голове поезда. Вспомните, насколько небрежно относились к затратам на первые атомные проекты — людским, территориально-экологическим, денежным, но только не временным разве что. Потому что нужно было вчера, а не как с реакторами синтеза, мол не работают задешево, и ляд с ними, подождем, пока физики и инженеры не придумают, как вписаться в бюджет прежде всего по деньгам. А бюджет по времени их не жмет.


                                                                                      Ну да, теперь у вас новый идол. Все это я давно прочел, спасибо за ссылки, обосновывающие вашу новую веру.

                                                                                  • 0
                                                                                    Так что в пруду стеллараторов «рыбы нет».

                                                                                    Думаю, если эта курица начнет нести золотые яйца сложность никого не остановит, конструкцию допилят, стандарты подтянутся следом.
                                                                                    Так всегда было, посмотрите на ДВС 30-х годов или ВАЗ-классику — зазоры с палец, газораспределение? не, не слышал. И, например, БМВ, современные. Стандарты отрасли меняются. Будет выгодно — сделают и стелларатор серийным.
                                                                                    • 0
                                                                                      Здесь не стоит ожидать каких-то чудес. Да, это первый стелларатор, который скорее всего сможет достичь температуры 10 кЭв (раньше это была большая проблема для стеллараторов из-за рассеивания плазмы на магнитных островах и большого соотношения поверхности к объему), но дальше-то что? Токамаки и открытые ловушки достигли этого значения в 70х годах, но от физических успехов до электростанций путь очень большой еще. Стеллараторы тут очень сильно отстают и сомнительно, что им дадут денег на этот путь.

                                                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.