Новости космоса и технологий. » Физика » Проверка физики нового термоядерного эксперимента, разработанного MIT

Проверка физики нового термоядерного эксперимента, разработанного MIT

Опубликовал: Admin, 30-09-2020, 01:01, Физика, 52, 0

Проверка физики нового термоядерного эксперимента, разработанного MIT

Два с половиной года назад Массачусетский технологический институт заключил исследовательское соглашение со стартапом Commonwealth Fusion Systems с целью разработки эксперимента по исследованию термоядерного синтеза нового поколения под названием SPARC в качестве предшественника практической электростанции без выбросов.

Теперь, после многих месяцев интенсивных исследований и инженерной работы, исследователям было поручено определить и усовершенствовать физика Авторы амбициозного проекта реактора опубликовали серию статей, в которых суммируются достигнутые ими успехи и излагаются ключевые вопросы исследований, которые позволит решить SPARC.

В целом, говорит Мартин Гринвальд, заместитель директора Центра изучения плазмы и термоядерного синтеза Массачусетского технологического института и один из ведущих ученых проекта, работа продвигается гладко и в соответствии с графиком. Эта серия статей обеспечивает высокий уровень уверенности в Физика плазмы и прогнозы производительности для SPARC, - говорит он. Никаких неожиданных препятствий или сюрпризов не обнаружилось, а оставшиеся проблемы кажутся решаемыми. По словам Гринвальда, это создает прочную основу для работы устройства после его создания.

Гринвальд написал введение к серии из семи исследовательских работ, написанных 47 исследователями из 12 учреждений и опубликованных сегодня в специальном выпуске Журнал физики плазмы . В совокупности эти документы очерчивают теоретическую и эмпирическую физическую основу нового слияние система, которую консорциум планирует начать строить в следующем году.

Планируется, что SPARC станет первым экспериментальным устройством, которое когда-либо достигнет «горящей Плазмы », То есть самоподдерживающейся реакции синтеза, в которой различные изотопы элемента водорода сливаются вместе с образованием гелия без необходимости дальнейший ввод энергии. Изучение поведения этой горящей плазмы - чего-то, что никогда раньше не наблюдалось на Земле в контролируемых условиях - рассматривается как важная информация для разработки следующего шага, рабочего прототипа практической электростанции.

Такие термоядерные электростанции могут значительно сократить выбросы парниковых газов в энергетическом секторе, который является одним из основных источников этих выбросов во всем мире. Проект MIT и CFS является одним из крупнейших проектов исследований и разработок, финансируемых из частных источников, когда-либо проводившихся в области термоядерного синтеза.

Конструкция SPARC, хотя и примерно в два раза больше, чем эксперимент Alcator C-Mod, уже выведенный из употребления в Массачусетском технологическом институте, и аналогична нескольким другим исследовательским термоядерным реакторам, работающим в настоящее время, была бы гораздо более мощной, достигая характеристик термоядерного синтеза, сопоставимых с ожидаемыми в гораздо более крупном ИТЭР реактор строится во Франции международным консорциумом. Высокая мощность при небольшом размере стала возможной благодаря достижениям в области сверхпроводящих магнитов, которые позволяют использовать гораздо более сильное магнитное поле для ограничения горячей плазмы.

Проект SPARC был запущен в начале 2018 года, и работа на его первом этапе, разработка сверхпроводящих магнитов, которые позволили бы строить более мелкие термоядерные системы, быстро продвигалась. Новый набор статей представляет собой первый случай, когда физическая основа машины SPARC была подробно изложена в рецензируемых публикациях. В семи документах исследуются конкретные области физики, которые необходимо было дополнительно усовершенствовать и которые все еще требуют постоянных исследований, чтобы определить окончательные элементы конструкции машины, а также рабочие процедуры и тесты, которые будут проводиться по мере продвижения работ над электростанцией. .

В документах также описывается использование расчетов и инструментов моделирования для разработки SPARC, которые были протестированы во многих экспериментах по всему миру. Авторы использовали передовые модели моделирования на мощных суперкомпьютерах, которые были разработаны для разработки ИТЭР. Большая межведомственная группа исследователей, представленная в новом наборе статей, стремилась привнести лучшие инструменты консенсуса в конструкцию машины SPARC, чтобы повысить уверенность в том, что она выполнит свою миссию.

Проведенный на данный момент анализ показывает, что запланированная выработка энергии термоядерного синтеза реактора SPARC должна соответствовать проектным спецификациям с приемлемым запасом. Он разработан для достижения Q-фактора - ключевого параметра, обозначающего эффективность термоядерной плазмы - не менее 2 что по существу означает, что вырабатывается вдвое больше энергии термоядерного синтеза, чем количество энергии, закачиваемой для генерации реакции. Это будет первый случай, когда термоядерная плазма произвела больше энергии, чем потребила.

Расчеты на этом этапе показывают, что SPARC действительно может достичь коэффициента добротности 10 или более, согласно новым статьям. Хотя Гринвальд предупреждает, что команда хочет быть осторожной, чтобы не преувеличивать, и остается еще много работы, результаты пока указывают на то, что проект, по крайней мере, достигнет своих целей и, в частности, выполнит свою ключевую задачу по производству горящей плазмы, в которой сам -обогрев преобладает в энергетическом балансе.

По его словам, ограничения, наложенные пандемией COVID-19 немного замедлили прогресс, но не намного, и исследователи вернулись в лаборатории в соответствии с новыми руководящими принципами.

В целом, «мы по-прежнему стремимся к началу строительства примерно в июне 21-го», - говорит Гринвальд. «Физические усилия хорошо интегрированы с инженерным проектированием. Что мы пытаемся сделать, так это поставить проект на самую прочную физическую основу, чтобы мы были уверены в том, как он будет работать, а затем предоставить рекомендации и отвечать на вопросы по инженерному проектированию в процессе его выполнения ".

Многие мелкие детали все еще прорабатываются в конструкции машины, включая лучшие способы подачи энергии и топлива в устройство, отключения питания, работы с любыми внезапными тепловыми или энергетическими переходными процессами, а также способы и места измерения основных параметров. для контроля работы машины.

Пока что в общий дизайн внесены лишь незначительные изменения. По словам Гринвальда, диаметр реактора увеличился примерно на 12 процентов, но мало что изменилось. "Всегда есть вопрос о том, чтобы этого было немного больше, немного меньше того, и есть много вещей, которые влияют на это, инженерные проблемы, механические напряжения, термические напряжения, а также физика - как вы влияете на производительность машина?"

Публикация этого специального выпуска журнала, по его словам, «представляет собой краткое изложение, моментальный снимок физических основ в их нынешнем виде». Хотя члены команды обсуждали многие аспекты этого на встречах по физике, «это наша первая возможность рассказать нашу историю, получить ее рецензию, получить печать одобрения и представить ее сообществу».

Гринвальд говорит, что еще многое предстоит узнать о физике горящей плазмы, и как только эта машина будет запущена и заработает, можно будет получить ключевую информацию, которая поможет проложить путь к коммерческим, производящим энергию термоядерным устройствам, топливо которых - водород. изотопы дейтерия и трития - могут быть доступны практически в неограниченном количестве.

Детали горящей плазмы "действительно новы и важны", - говорит он. «Большая гора, которую мы должны преодолеть, - это понять это самонагревающееся состояние плазмы».

В целом, по словам Гринвальда, работа, которая вошла в анализ, представленный в этом пакете документов, «помогает подтвердить нашу уверенность в том, что мы выполним миссию. Мы не столкнулись ни с чем, где мы говорим:« О, это предсказывает, что мы не доберемся туда, где хотим ". Вкратце, он говорит, «один из выводов состоит в том, что дела все еще идут должным образом. Мы считаем, что это сработает».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии