Lockheed Martin fusionsreaktor

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 21 december 2021; kontroller kräver 4 redigeringar .

Lockheed Martins kompakta fusionsreaktor , hög betafusionsreaktor , den fjärde generationen av T4-prototypen  , är ett projekt utvecklat av en grupp specialister ledda av Charles Chase i Skunk  Works - divisionen som specialiserat sig på hemliga utvecklingar av Lockheed Martin . Projektet representerar implementeringen av en kompakt toroiddesign och ger en betydande minskning av tidsramen för genomförandet av fusionsprojekt . Det introducerades först på Google Solve for X -forumet den 7 februari 2013 [1] .

Lockheed Martins plan är att " skapa och testa en kompakt fusionsreaktor på mindre än ett år och fortsätta att prototyper inom fem år " [2] .

Historik

Projektet startade 2010 [3] . 2013 lämnade Lockheed Martin in en patentansökan för "Encapsulating Magnetic Fields for Plasma Containment", som lämnades in till U.S. Patent and Trademark Office i april 2014 [4] .

I oktober 2014 tillkännagav Lockheed Martin att de skulle försöka bygga en kompakt fusionsreaktor på 2,1 x 3 meter [5] som "skulle passa bak i en lastbil" med en kapacitet på 100 MW. Detta räcker för att tillhandahålla elektricitet till en stad med en befolkning på 80 000 människor [6] .

Chefsdesignern och tekniska ledaren för utvecklingsteamet för kompaktfusionsreaktorer är Thomas McGuire , som gjorde en tidigare doktorsavhandling [7] [8] om fusorn vid MIT . [9] McGuire studerade fusion i forskarskolan som en möjlig framdrivningskälla i rymden i samband med NASA :s planer på att förkorta restiden till Mars [10] [11] [12] .

I februari 2018 fick Lockheed Martin patent på en "magnetisk plasmakoncentrator", av dokumentet framgår det tydligt att vi talar om en kompakt fusionsreaktor, som är jämförbar i storlek med en konventionell behållare, som gör det möjligt att tillhandahålla el till ca. 80 tusen bostäder [13] [14] .

Titel

Reaktorn kallas High beta fusion reactor för att hedra betakoefficienten som bestämmer förhållandet mellan plasmatryck och magnetfältstryck,

[15] .

Syntes

Kärnfusion realiseras genom att ta bort elektroner från atomer av två väteisotoper: deuterium och tritium , blanda de resulterande atomkärnorna och hålla den resulterande plasman i ett litet utrymme.

Plasman värms sedan upp för att påskynda rörelsen av kärnorna. Detta är nödvändigt eftersom båda kärnorna är positivt laddade och en hög rörelsehastighet av kärnorna behövs för att övervinna den elektrostatiska repulsionen och tvinga kärnorna att kollidera. Vid en tillräckligt hög hastighet av kolliderande kärnor syntetiseras en heliumatom och en högenergineutron, vars energi kan bibehållas genom att bromsa neutronen. Genom att överföra denna energi till kylvätskan kan den användas för att generera elektricitet. En liten mängd deuterium och tritium kan vara lika produktiv som en konventionell kärnreaktor, men utan kärnavfall och med mycket mindre risk för skadlig strålning. [3]

Enhet

Projektet går ut på att begränsa plasman med en magnetisk spegel . Magnetfält med hög densitet reflekterar rörliga partiklar inåt, till en volym med låg magnetfältstäthet. [16]

Lockheed fokuserar på att bygga en relativt liten enhet, ungefär lika stor som en konventionell jetmotor. Företaget hävdar att detta kommer att göra det möjligt för projektet att levereras mycket snabbare, eftersom varje design kan produceras snabbare och till en betydligt lägre kostnad än storskaliga projekt som Joint European Torus eller ITER . [16]

Två uppsättningar speglar används. Ett par ringformade speglar är placerade inuti det cylindriska reaktorkärlet i båda ändar. En annan uppsättning speglar omger reaktorcylindern. Ringmagneter producerar ett magnetfält som kallas en diamagnetisk topp, där de magnetiska krafterna snabbt ändrar riktning och komprimerar kärnorna mot mittpunkten mellan de två ringarna. Fälten av externa magneter pressar kärnorna tillbaka till kärlets ändar. Denna process är känd som "återvinning". [3] Projektet som visas på bilden är inte ett Lockheed Martin-projekt, utan är en corktron som också använder en spegeleffekt. Lockheed Martin-reaktorn använder en cusp-konfiguration. Båda dessa konfigurationer (cusp och spegelcell) studerades intensivt på 50-70-talet av 1900-talet och förkastades. Huvudproblemet är att en laddad partikel inte upplever någon kraft om den flyger längs ett magnetfält. Dessa partiklar går förlorade så snart de lämnar fällan. Problemet förvärras av det faktum att initialt hållna partiklar som kolliderar med varandra också hamnar i en liknande situation och går förlorade för alltid. Som ett resultat använder de mest avancerade installationerna slutna kraftlinjer (tokamak, stellarator, fältomvänd nypa). På grund av detta höjdes temperaturen tusentals gånger jämfört med icke-stängda kraftlinjer.

En av innovationerna i projektet är användningen av supraledande magneter. De låter dig skapa starka magnetfält med mindre energi än konventionella magneter. Designen inkluderar inte en ren ström, vilket Lockheed hävdar tar bort en stor källa till plasmainstabilitet och förbättrar inneslutningen. Den lilla volymen plasma minskar den energi som behövs för att uppnå fusion. Som en del av projektet är det planerat att ersätta mikrovågsstrålare som värmer plasman med konventionella neutrala partikelstråleinjektorer, där elektriskt neutrala deuteriumatomer överför sin energi till plasman. När den väl har startat upprätthåller energin från partikelfusion den erforderliga temperaturen för efterföljande fusionshändelser. Förhållandet mellan plasmatrycket och magnetfältstrycket är en storleksordning högre än i tokamaks. [3]

Här är några andra egenskaper hos en fusionsreaktor:

Prototypen är planerad att skapas först med dimensioner 1x2 meter, sedan skalas upp till 2x2x4 meter i kommersiella prover.

Uppgifter som ska lösas

Ringmagneter kräver skydd från plasmans skadliga neutronstrålning. Plasmatemperaturen måste nå många miljoner kelvin . Magneter måste kylas till temperaturer strax över absolut noll för att bibehålla supraledning. [3]

Filtkomponenten (reaktorskalet) har två funktioner: den fångar in neutroner och överför deras energi till kylvätskan och får neutronerna att kollidera med litiumatomer , vilket gör dem till tritium , som används som bränsle för reaktorn. Filtvikten är en nyckelfaktor för möjliga reaktortillämpningar. Projektet förutsätter att reaktorn kan väga 300-1000 ton. [3]

Planer

Företaget planerar att skala en fungerande prototyp till en färdig produktionsmodell 2024 och kunna driva 44 Tera-kWh över hela världen till 2045. [17] [18] [19] [20]

Patent

Lockheed har ansökt om tre patent[ specificera ] .

Potentiella applikationer

Företaget nämner flera potentiella applikationer för sin reaktor:

Kritik

Professor i fysik och chef för Storbritanniens National Fusion Laboratory ,  Steven Cowley , efterlyste mer exakta data och noterade att det nuvarande paradigmet för tänkande inom fusionsforskning är "mer är bättre". Vid andra termonukleär fusionsanläggningar förbättras indikatorerna med en faktor 8 med en ökning av reaktorns linjära dimensioner med en faktor två [21] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ FuseNet: The European Fusion Education Network , < http://www.fusenet.eu/node/400 > Arkiverad 6 maj 2013 på Wayback Machine 
  2. ↑ Lockheed säger gör genombrott i fusionsenergiprojekt . Arkiverad från originalet den 16 oktober 2014. Hämtad 15 oktober 2014.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Nathan, Stuart . Nya detaljer om kompakt fusion avslöjar utmaningens skala , The Engineer  (22 oktober 2014). Arkiverad från originalet den 9 oktober 2015. Hämtad 7 april 2015.
  4. ↑ Lockheed Martin misstänks för att ha byggt en fungerande fusionsreaktor . lenta.ru . Hämtad 2 december 2021. Arkiverad från originalet 2 december 2021.
  5. ↑ Lockheed Martin kommer att skapa en kompakt fusionsreaktor om ett år . Vedomosti . Hämtad 2 december 2021. Arkiverad från originalet 2 december 2021.
  6. ↑ Norris, Guy. Fusion Frontier // Aviation Week & Space Technology. - 2014. - 20 oktober.
  7. ↑ Förbättrade livstider och synkroniseringsbeteende i multi-grid inertial Electrostatic Confinement Fusion Devices , MIT, feb 2007 , < http://ssl.mit.edu/publications/theses/PhD-2007-McGuireThomas.pdf , 20 maj 131, arkiverad 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 > Arkiverad 31 december 2019 Wayback- maskinen 
  9. ↑ Möt ledaren för Skunk Works Compact Fusion Reactor Team , Aviation Week & Space Technology  (20 oktober 2014). Arkiverad från originalet den 18 oktober 2014. Hämtad 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 > . Hämtad 18 oktober 2014. Arkiverad 16 oktober 2014 på Wayback Machine 
  11. ↑ Norris, Guy (14 oktober 2014), Höga förhoppningar – Kan Compact Fusion låsa upp ny kraft för rymd- och flygtransporter? , < http://aviationweek.com/blog/high-hopes-can-compact-fusion-unlock-new-power-space-and-air-transport > Arkiverad 18 oktober 2014 på Wayback Machine 
  12. ↑ Hedden, Carole (20 oktober 2014), Möt ledaren för Skunk Works' Compact Fusion Reactor Team , < http://aviationweek.com/technology/meet-leader-skunk-works-compact-fusion-reactor-team Meet> Arkiverad 18 oktober 2014 på Wayback Machine 
  13. ↑ Lockheed Martin får patent för bärbar "magnetisk plasmakoncentrator" . Habr . Hämtad 2 december 2021. Arkiverad från originalet 2 december 2021.
  14. ↑ Inkapslande magnetfält för  plasmainneslutning . Hämtad 2 december 2021. Arkiverad från originalet 2 december 2021.
  15. ↑ Wesson, J: "Tokamaks", 3:e upplagan sida 115, Oxford University Press, 2004
  16. ↑ 12 Talbot , David . Har Lockheed Martin verkligen en banbrytande fusionsmaskin? , Tekniköversikt  (20 oktober 2014). Arkiverad från originalet den 19 mars 2015. Hämtad 7 april 2015.
  17. ↑ Youtube: Lockheed Martin: Compact Fusion Research & Development Arkiverad 31 juli 2015 på Wayback Machine (video), 15 oktober 2014
  18. ↑ Foto: 16 oktober 2014, www.theage.com.au: Lockheed Skunk Works utvecklar fusionsreaktor i lastbilsstorlek Arkiverad 11 november 2014 på Wayback Machine
  19. ↑ Illustrationer: 15 oktober 2014, aviationweek.com: Skunk Works avslöjar Compact Fusion Reactor Details  : "...CFR kommer att undvika dessa problem genom att ta itu med plasmainneslutning på ett radikalt annorlunda sätt. Istället för att begränsa plasman i rörformiga ringar, kommer en serie av supraledande spolar kommer att generera en ny magnetfältsgeometri där plasman hålls inom de bredare gränserna för hela reaktionskammaren ... Preliminära simuleringar och experimentella resultat "har varit mycket lovande och positiva", säger McGuire. "Den senaste är en magnetiserad jon instängningsexperiment och preliminära mätningar visar att beteendet ser ut som om det fungerar korrekt .
  20. ↑ 15 oktober 2014 , theguardian.com: Lockheed tillkännager genombrott för kärnfusionsenergi för   kärnfusion, och de första reaktorerna, tillräckligt små för att passa på baksidan av en lastbil, kan vara klara för användning om ett decennium...Ultratät deuterium, en isotop av väte, finns i jordens hav, och tritium tillverkas av naturliga litiumavlagringar. Den sa att framtida reaktorer skulle kunna använda ett annat bränsle och helt eliminera radioaktivt avfall... Lockheed sa att det hade visat att det kunde slutföra en konstruktion, bygga och testa den på så lite som ett år, vilket borde producera en reaktor i drift om 10 år, sa 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/ > . Hämtad 23 oktober 2014. Arkiverad 26 april 2015 på Wayback Machine 

Länkar