Lockheed Martin fusionsreaktor

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 21. december 2021; checks kræver 4 redigeringer .

Lockheed Martin kompakte fusionsreaktor , høj beta fusionsreaktor , fjerde generation af T4 prototypen  , er et projekt udviklet af en gruppe specialister ledet af Charles Chase i Skunk  Works divisionen med speciale i hemmelige udviklinger af Lockheed Martin . Projektet repræsenterer implementeringen af ​​et kompakt toroiddesign og sørger for en betydelig reduktion i tidsrammen for implementering af fusionsprojekter . Det blev først introduceret på Google Solve for X -forum den 7. februar 2013 [1] .

Lockheed Martins plan er at " skabe og teste en kompakt fusionsreaktor på mindre end et år og fortsætte med at lave prototyper inden for fem år " [2] .

Historie

Projektet startede i 2010 [3] . I 2013 indgav Lockheed Martin en patentansøgning for "Encapsulating Magnetic Fields for Plasma Containment", som blev indleveret til U.S. Patent and Trademark Office i april 2014 [4] .

I oktober 2014 annoncerede Lockheed Martin, at de ville forsøge at bygge en kompakt 2,1 x 3 meter [5] fusionsreaktor, der "kunne passe bag i en lastbil" med en kapacitet på 100 MW. Dette er nok til at levere elektricitet til en by med en befolkning på 80.000 mennesker [6] .

Chefdesigneren og den tekniske leder af udviklingsteamet for kompaktfusionsreaktorer er Thomas McGuire , som lavede en tidligere ph.d.-afhandling [7] [8] om fusoren ved MIT . [9] McGuire studerede fusion på kandidatskolen som en mulig fremdriftskilde i rummet i forbindelse med NASAs planer om at forkorte rejsetiden til Mars [10] [11] [12] .

I februar 2018 modtog Lockheed Martin patent på en "magnetisk plasmakoncentrator", ud fra dokumentet er det tydeligt, at vi taler om en kompakt fusionsreaktor, som i størrelse kan sammenlignes med en konventionel beholder, som gør det muligt at levere elektricitet til ca. 80 tusinde hjem [13] [14] .

Titel

Reaktoren kaldes High beta fusion reactor til ære for beta-koefficienten, der bestemmer forholdet mellem plasmatryk og magnetfelttryk,

[15] .

Syntese

Nuklear fusion realiseres ved at fjerne elektroner fra atomer af to brintisotoper: deuterium og tritium , blande de resulterende atomkerner og holde det resulterende plasma i et lille rum.

Plasmaet opvarmes derefter for at fremskynde bevægelsen af ​​kernerne. Dette er nødvendigt, fordi begge kerner er positivt ladede, og en høj bevægelseshastighed af kernerne er nødvendig for at overvinde den elektrostatiske frastødning og tvinge kernerne til at kollidere. Ved en tilstrækkelig høj hastighed af kolliderende kerner syntetiseres et heliumatom og en højenergineutron, hvis energi kan tilbageholdes ved at bremse neutronen. Ved at overføre denne energi til kølevæsken kan den bruges til at generere elektricitet. En lille mængde deuterium og tritium kan være lige så produktiv som en konventionel atomreaktor, men uden nukleart affald og med meget mindre risiko for skadelig stråling. [3]

Enhed

Projektet går ud på at begrænse plasmaet med et magnetisk spejl . Magnetiske felter med høj tæthed reflekterer bevægelige partikler indad til et volumen med lav magnetfelttæthed. [16]

Lockheed er fokuseret på at bygge en relativt lille enhed, på størrelse med en konventionel jetmotor. Virksomheden hævder, at dette vil gøre det muligt for projektet at blive leveret meget hurtigere, da hvert design kan produceres hurtigere og til en væsentlig lavere pris end store projekter som Joint European Torus eller ITER . [16]

Der bruges to sæt spejle. Et par ringformede spejle er placeret inde i den cylindriske reaktorbeholder i begge ender. Et andet sæt spejle omgiver reaktorcylinderen. Ringmagneter producerer et magnetfelt kendt som en diamagnetisk top, hvor de magnetiske kræfter hurtigt ændrer retning og komprimerer kernerne mod midtpunktet mellem de to ringe. Felterne af eksterne magneter presser kernerne tilbage til enderne af karret. Denne proces er kendt som "genbrug". [3] Projektet vist på billedet er ikke et Lockheed Martin-projekt, men er en corktron, der også bruger en spejleffekt. Lockheed Martin-reaktoren bruger en spidskonfiguration. Begge disse konfigurationer (cusp og spejlcelle) blev intensivt undersøgt i 50'erne-70'erne af det tyvende århundrede og afvist. Hovedproblemet er, at en ladet partikel ikke oplever nogen kraft, hvis den flyver langs et magnetfelt. Disse partikler går tabt, så snart de forlader fælden. Problemet forværres af det faktum, at oprindeligt holdte partikler, der kolliderer med hinanden, også falder i en lignende situation og går tabt for altid. Som et resultat bruger de mest avancerede installationer lukkede kraftlinjer (tokamak, stellarator, felt-omvendt pinch). På grund af dette blev temperaturen øget tusindvis af gange sammenlignet med ikke-lukkede kraftlinjer.

En af innovationerne i projektet er brugen af ​​superledende magneter. De giver dig mulighed for at skabe stærke magnetfelter med mindre energi end konventionelle magneter. Designet inkluderer ikke en ren strøm, som Lockheed hævder fjerner en væsentlig kilde til plasmaustabilitet og forbedrer indeslutningen. Den lille mængde plasma reducerer den energi, der er nødvendig for at opnå fusion. Som en del af projektet er det planlagt at erstatte mikrobølgeemittere, der opvarmer plasmaet, med konventionelle neutrale partikelstråleinjektorer, hvor elektrisk neutrale deuteriumatomer overfører deres energi til plasmaet. Når den er startet, opretholder energien fra partikelfusion den nødvendige temperatur til efterfølgende fusionsbegivenheder. Forholdet mellem plasmatrykket og magnetfelttrykket er en størrelsesorden højere end i tokamaks. [3]

Her er nogle andre egenskaber ved en fusionsreaktor:

Prototypen er planlagt til først at blive skabt med dimensioner på 1x2 meter, derefter skaleret op til 2x2x4 meter i kommercielle prøver.

Opgaver, der skal løses

Ringmagneter kræver beskyttelse mod den skadelige neutronstråling fra plasmaet. Plasmatemperaturen skal nå op på mange millioner kelvin . Magneter skal afkøles til temperaturer lige over det absolutte nulpunkt for at opretholde superledning. [3]

Tæppekomponenten (reaktorskallen) har to funktioner: den fanger neutroner og overfører deres energi til kølevæsken og får neutronerne til at kollidere med lithiumatomer , hvilket gør dem til tritium , som bruges som brændstof til reaktoren. Tæppevægt er et nøgleelement for mulige reaktoranvendelser. Projektet forudsætter, at reaktoren kan veje 300-1000 tons. [3]

Planer

Virksomheden planlægger at skalere en fungerende prototype til en færdig produktionsmodel i 2024 og være i stand til at drive 44 Tera-kWh på verdensplan i 2045. [17] [18] [19] [20]

Patenter

Lockheed har ansøgt om tre patenter[ angiv ] .

Potentielle applikationer

Virksomheden nævner flere potentielle anvendelser for sin reaktor:

Kritik

Professor i fysik og direktør for Storbritanniens National Fusion Laboratory ,  Steven Cowley , efterlyste mere nøjagtige data og bemærkede, at det nuværende paradigme for tænkning i fusionsforskning er "mere er bedre". På andre termonukleare fusionsanlæg forbedres indikatorerne med en faktor 8 med en stigning i reaktorens lineære dimensioner med en faktor på to [21] .

Se også

Noter

  1. ↑ FuseNet: The European Fusion Education Network , < http://www.fusenet.eu/node/400 > Arkiveret 6. maj 2013 på Wayback Machine 
  2. ↑ Lockheed siger, at det gør et gennembrud i fusionsenergiprojektet . Arkiveret fra originalen den 16. oktober 2014. Hentet 15. oktober 2014.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Nathan, Stuart . Nye detaljer om kompakt fusion afslører udfordringens omfang , Ingeniøren  (22. oktober 2014). Arkiveret fra originalen den 9. oktober 2015. Hentet 7. april 2015.
  4. ↑ Lockheed Martin mistænkt for at bygge en fungerende fusionsreaktor . lenta.ru . Hentet 2. december 2021. Arkiveret fra originalen 2. december 2021.
  5. ↑ Lockheed Martin vil skabe en kompakt fusionsreaktor om et år . Vedomosti . Hentet 2. december 2021. Arkiveret fra originalen 2. december 2021.
  6. ↑ Norris, Guy. Fusion Frontier // Aviation Week & Space Technology. - 2014. - 20. oktober.
  7. ↑ Forbedrede levetider og synkroniseringsadfærd i multi-grid inertial Electrostatic Confinement Fusion Devices , MIT, feb 2007 , < http://ssl.mit.edu/publications/theses/PhD-2007-McGuireThomas.pdf at 20. maj 131 > Arkiveret . Wayback- maskinen 
  8. ↑ McGuire, Sedwick (21. juli 2008), Numerical Predictions of Enhanced Ion Confinement in a Multi-grid IEC Device , < http://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2008-4675 > Arkiveret 31. december 2019 Wayback- maskinen 
  9. ↑ Mød lederen af ​​Skunk Works' Compact Fusion Reactor Team , Aviation Week & Space Technology  (20. oktober 2014). Arkiveret fra originalen den 18. oktober 2014. Hentet 24. november 2014.
  10. ↑ Norris, Guy (15. oktober 2014), Skunk Works Reveals Compact Fusion Reactor Details , < http://aviationweek.com/technology/skunk-works-reveals-compact-fusion-reactor-details > . Hentet 18. oktober 2014. Arkiveret 16. oktober 2014 på Wayback Machine 
  11. ↑ Norris, Guy (14. oktober 2014), High Hopes – Can Compact Fusion låse op for ny kraft til rum- og lufttransport? , < http://aviationweek.com/blog/high-hopes-can-compact-fusion-unlock-new-power-space-and-air-transport > Arkiveret 18. oktober 2014 på Wayback Machine 
  12. ↑ Hedden, Carole (20. oktober 2014), Mød lederen af ​​Skunk Works' Compact Fusion Reactor Team , < http://aviationweek.com/technology/meet-leader-skunk-works-compact-fusion-reactor-team Meet> Arkiveret 18. oktober 2014 på Wayback Machine 
  13. ↑ Lockheed Martin modtager patent på bærbar "magnetisk plasmakoncentrator" . Habr . Hentet 2. december 2021. Arkiveret fra originalen 2. december 2021.
  14. ↑ Indkapsling af magnetiske felter til  plasmaindeslutning . Hentet 2. december 2021. Arkiveret fra originalen 2. december 2021.
  15. ↑ Wesson, J: "Tokamaks", 3. udgave side 115, Oxford University Press, 2004
  16. ↑ 12 Talbot , David . Har Lockheed Martin virkelig en banebrydende fusionsmaskine? , Technology Review  (20. oktober 2014). Arkiveret fra originalen den 19. marts 2015. Hentet 7. april 2015.
  17. ↑ Youtube: Lockheed Martin: Compact Fusion Research & Development Arkiveret 31. juli 2015 på Wayback Machine (video), 15. oktober 2014
  18. ↑ Foto: 16. oktober 2014, www.theage.com.au: Lockheed Skunk Works udvikler fusionsreaktor i lastbilstørrelse Arkiveret 11. november 2014 på Wayback Machine
  19. ↑ Illustrationer: 15. oktober 2014, aviationweek.com: Skunk Works Reveals Compact Fusion Reactor Details  : "...CFR vil undgå disse problemer ved at tackle plasmaindeslutning på en radikalt anderledes måde. I stedet for at begrænse plasmaet i rørformede ringe, vil en række af superledende spoler vil generere en ny magnetfeltgeometri, hvor plasmaet holdes inden for de bredere rammer af hele reaktionskammeret... Foreløbige simuleringer og eksperimentelle resultater "har været meget lovende og positive," siger McGuire. "Den seneste er en magnetiseret ion indeslutningseksperiment, og foreløbige målinger viser, at adfærden ser ud til, at den fungerer korrekt .
  20. ↑ 15. oktober 2014 , theguardian.com: Lockheed annoncerer gennembrud inden for nuklear fusionsenergi   på nuklear fusion, og de første reaktorer, små nok til at passe på bagsiden af ​​en lastbil, kunne være klar til brug om et årti ... Ultra-tæt deuterium, en isotop af brint, findes i jordens oceaner, og tritium er lavet af naturlige lithiumaflejringer. Den sagde, at fremtidige reaktorer kunne bruge et andet brændstof og fjerne radioaktivt affald fuldstændigt ... Lockheed sagde, at det havde vist, at det kunne færdiggøre et design, bygge og teste det på så lidt som et år, hvilket skulle producere en operationel reaktor om 10 år, sagde McGuire ... »
  21. ↑ McGarry, Brendan (16. oktober 2014), Scientists Skeptical of Lockheed's Fusion Breakthrough , < http://defensetech.org/2014/10/16/scientists-skeptical-of-lockheeds-fusion-breakthrough/ > . Hentet 23. oktober 2014. Arkiveret 26. april 2015 på Wayback Machine 

Links