14-04-2023
Компактный термоядерный реактор Lockheed Martin, или High beta fusion reactor), или четвёртое поколение прототипа T4 — проект, разработанный группой специалистов под руководством Карла Чейза (англ. Charles Chase) в подразделении Skunk works, специализирующемся по секретным разработкам, компании Lockheed Martin. Проект представляет реализацию дизайна компактного тороида и предусматривает значительное сокращение сроков реализации проектов по термоядерному синтезу. Впервые был представлен на форуме Google Solve for X 7 февраля 2013 года[1].
Планом компании Lockheed Martin является «создать и протестировать компактный термоядерный реактор менее чем за год и дальнейшее создание прототипа в течение пяти лет»[2].
Проект начался в 2010 году[3].
В октябре 2014 года Lockheed Martin объявила, что они будут пытаться создать компактный термоядерный реактор, который «может уместиться в кузове грузовика», мощностью 100 МВт. Этого достаточно, чтобы обеспечить электороэнергией город с населением 80000 человек[4].
Главным конструктором и техническим руководителем группы разработчиков компактного термоядерного реактора является Томас Мак-Гир, сделавший ранее кандидатскую диссертацию[5][6] на фузоре в Массачусетском технологическом институте.[7] Мак-Гир изучал термоядерный синтез в аспирантуре, в качестве возможного источника движения в космосе, в связи с планами НАСА сократить время путешествия на Марс[8][9][10].
Реактор называется High beta fusion reactor в честь бета-коэффициента, определяющего отношение давления плазмы и давления магнитного поля,
[11].
Ядерный синтез реализуется путем удаления электронов из атомов двух изотопов водорода: дейтерия и трития, смешивания полученных атомных ядер и удержанием полученной плазмы в небольшом пространстве.
Затем плазму нагревают, чтобы ускорить движение ядер. Это необходимо потому, что оба ядра положительно заряжены и нужна большая скорость движения ядер, чтобы преодолеть электростатическое отталкивание и заставить ядра сталкиваться. При достаточно высокой скорости сталкивающихся ядер происходит синтез атома гелия и высокоэнергетичного нейтрона, энергия которого может быть удержана с помощью замедления нейтрона. Передача этой энергии к охлаждающей жидкости позволяет использовать его для выработки электроэнергии. Небольшое количество дейтерия и трития может сравниться по производительности с обычным ядерным реактором, но без ядерных отходов и с гораздо меньшим риском вредного излучения.[3]
Проект предусматривает удержание плазмы с помощью магнитного зеркала. Магнитные поля высокой плотности отражают движущиеся частицы внутрь, в объём с низкой плотностью магнитных полей.[12]
Lockheed ориентирована создать относительно небольшое устройство, размером сравнимым с обычным реактивным двигателем. Компания утверждает, что это позволит намного быстрее реализовать проект, так как каждая конструкция может быть произведена быстрее и значительно дешевле, чем в крупномасштабных проектах, таких как Joint European Torus или ИТЭР.[12]
Используется два набора зеркал. Пара кольцевых зеркал находится внутри цилиндрического корпуса реактора с обоих концов. Другой набор зеркал окружает цилиндр реактора. Кольцевые магниты производят магнитное поля, известное как диамагнитное пике, в котором магнитные силы быстро изменяют направление и сжимают ядра к средней точке между двумя кольцами. Поля же внешних магнитов прижимают ядра обратно к концам сосуда. Этот процесс известен как «рециркуляция».[3]
Одним из новшеств проекта является использование сверхпроводящих магнитов . Они позволяют создать сильные магнитные поля при меньших затратах энергии, чем обычные магниты. В проекте не предусматривается чистого тока, что как утверждает Lockheed, устраняет основной источник неустойчивости плазмы и улучшает удержание. Небольшой объём плазмы уменьшает энергию, необходимую для достижения синтеза. В рамках проекта планируется заменить микроволновые излучатели, которые нагревают плазму на обычные инжекторы пучка нейтральных частиц, в которых электрически нейтральные атомы дейтерия передают свою энергию плазме. Однажды начавшись, энергия от слияния частиц поддерживает необходимую температуру для последующих событий слияния. Отношение давления плазмы к давлению магнитного поля при этом на порядок выше, чем в токамаках.[3]
Вот некоторые другие характеристики термоядерного реактора:
Прототип планируется создать сначала размерами 1x2 метра, далее в коммерческих образцах отмасштабировать до размеров 2x2x4 метра.
Кольцевые магниты требуют защиты от повреждающего нейтронного излучения плазмы. Температура плазмы должна достигать многих миллионов градусов Кельвина . Магниты должны быть чуть выше абсолютного нуля, чтобы поддерживать сверхпроводимость.[3]
Компонент «бланкет» (оболочка реактора) имеет две функции: он захватывает нейтроны и передает их энергию теплоносителю и заставляет нейтроны сталкиваются с атомами лития, превращая их в тритий, используемый в качестве топлива для реактора. Вес бланкета является ключевым элементом для возможных применений реактора. Проект предполагает, что реактор может весить 300—1000 тонн.[3]
Компания надеется провести испытания реактора в 2015 году, создать рабочий прототип в 2019 году, отмасштабировать его до готовой производственной модели в 2024 году и быть в состоянии к 2045 году обеспечивать в мире нагрузку 44 Тера-кВт-ч.[13][14][15][16]
Lockheed подала заявку на три патента.
Профессор физики и директор национальной лаборатории синтеза Великобритании Стивен Коули (англ. Steven Cowley) призвал к более точным данным, отметив, что современная парадигма мышления в термоядерных исследований «чем больше, тем лучше». На других установках термоядерного синтеза показатели улучшаются в 8 раз при увеличении линейных размеров реактора в два раза[17].
Термоядерный реактор Lockheed Martin.
