О длинном термоядерном реакторе
Для концепции термоядерных реакторов на базе открытых ловушек ( моя статьи про них, ну и в целом по тегу), как и для всех остальных существует такая дилема - реактор на этом принципе можно построить прямо сейчас, но он будет очень большим. Насколько большим? Для ГДЛ в свое время эта величина была посчитана титанами физики плазмы Рютовым и Мирновым в
( Read more... )
"Предельные нагрузки в 2-5 МВт/м^2..."
Мне кажется, что делать реакторы с предельными нагрузками на стенку нельзя - такая стенка будет инженерно сложной, короткоживущей и дорогой. Лучше реактор в два-три раза длиннее, но с простой стенкой <1МВт/м^2. То же соображение относится и к предельным магнитам.
"мощность реактора тепловая 14,4 ГВт" при мощности инжекции >5ГВт
Мощность реактора слабо совместима с устойчивостью энергосетей. Мощность инжекции - вообще запредельная. Нашей целью (ГДМЛ и т.д.) является снижение минимальной мощности реактора, что может быть достигнуто улучшением удержания. Если эта мощность невелика, то и размеры могут быть приемлемые. Мысль "двигаться с двух сторон, например из видимых ограничений по экономике и инженерным пределам материалов и механизмов" - правильная, но пока очевидно, что мяч на нашей стороне (физиков). Всем ясно, что проектировать реактор на основе физики ГДЛ 88года - пустая трата времени, а новые идеи ещё нужно верифицировать.
Интересные инженерно-экономические вопросы, имеющие отношение к теме, на которые я не знаю ответов:
1) Каково оптимальное соотношение длина/радиус большого сверхпроводящего соленоида на заданное поле с точки зрения стоимости и эксплуатации при постоянной поверхности LR=const?
2) Насколько дороги системы регенерации трития? Мы на тритии поставили крест, но это скорее интуитивное решение, чем научно-инженерно-экономически обоснованное.
3) Есть тезис, что нейтроны - дорогой продукт. Понятно, что он дорогой по себестоимости, но какова стоимость потребительская?
Являются ли нейтроны (наряду с энергией) возможным продуктом т/я реакторов, как это любит изображать т/я сообщество в проектах
нейтронных источников?
Reply
Надо еще сказать спасибо обзору Иванова и Приходько http://ufn.ru/ufn17/ufn17_5/Russian/r175e.pdf, которая привела меня к этой цитате.
>Мне кажется, что делать реакторы с предельными нагрузками на стенку нельзя - такая стенка будет инженерно сложной, короткоживущей и дорогой. Лучше реактор в два-три раза длиннее, но с простой стенкой <1МВт/м^2. То же соображение относится и к предельным магнитам.
Ну, безусловно так, хотя глобальный оптимум может заставить выжимать из стенки по максимуму.
>Нашей целью (ГДМЛ и т.д.) является снижение минимальной мощности реактора, что может быть достигнуто улучшением удержания. Если эта мощность невелика, то и размеры могут быть приемлемые.
Интересно, кстати, сколько у вас получалась мощность для километрового DT реактора в ГДМЛ физике, который имел бы бы Q=50 (если судить по известной картинке http://www.computerra.ru/upload/mkarpov/ZZ1F15A8CB.jpg)
>1) Каково оптимальное соотношение длина/радиус большого сверхпроводящего соленоида на заданное поле с точки зрения стоимости и эксплуатации при постоянной поверхности LR=const?
Стоимость сверхпроводящих магнитов до 6-7 Тл практически не зависит от диаметра, хотя тут есть такая штука как транспортируемость. Магниты больше 5 метров диаметром, де-факто, придется производить на месте, что их удорожает. Если это не проблема, то для ИТЭР без особых трудностей создали оборудование для намотки 25-метровых в диаметре магнитов на 6 Т. Говоря "без особых трудностей" я сравниваю с объемом работ по созданию линий производства Nb3Sn магнитов на поле 12-13 Т.
Так что, ориентируясь на "Поле <6 Т" оптимальным будет соленоид с диаметром магнитов ~4...4,5 метра. Магниты, видимо, будут выполняться из NbTI в жестком кондуите, с обмоткой сухой изоляцией, нагнетаемой затем эпоксидной смолой, во всяком случае это промышленно освоенная и самая дешевая на сегодня технология.
>2) Насколько дороги системы регенерации трития?
Очень дороги, поскольку речь идет о разделении изотопов, причем крайне неприятных изотопов. В ИТЭР стоимость только оборудования "фабрики трития" уже законтрактовано на 300 млн евро, и эта сумма вырастет (и она не включает в себя НИОКРы).
В целом, из 22-миллиардной стоимости ИТЭР (имеется в виду из статей, входящих в эти 22 млрд), тритий наверное составляет 5-10%
Причем с точки зрения 3-гигаваттного реактора речь идет о системе мощностью в несколько процентов от нужной.
Кроме того, тритий является определяющим с точки зрения ядерного лицензирования. Хотя и в DD он будет, но все же в количестве на пару порядков меньше и без необходимости оборачивать его в плазму, что резко упрощает дело.
>3) Есть тезис, что нейтроны - дорогой продукт. Понятно, что он дорогой по себестоимости, но какова стоимость потребительская?
Являются ли нейтроны (наряду с энергией) возможным продуктом т/я реакторов, как это любит изображать т/я сообщество в проектах нейтронных источников?
Интересный вопрос. В Росатоме работает приблизительно 400 мегаватт реакторов, работающих источниками нейтронов, в мире - порядка 1,5-2 гигаватт. Поскольку 1 МВт*день реактора - это ~0,8 грамм урана 235 (с учетом Кв), а 800 грамм "сгоревшего" урана 235 дают 1 грамм нейтронов, то можно оценить "рынок нейтронов" в 700 грамм в год.
При этом стоимость продуктов, получаемых с помощью нейтронов (т.е. всякие изотопы + прикладная нейтронная наука), не превышает, наверное, нескольких сот миллионов долларов в год в мировом масштабе, а стоимость нейтронов не должна превышать нескольких десятков миллионов долларов в год.
В принципе, если представить себе ТИН, производящий 0,1 грамм нейтронов в сутки, в мировом масштабе за такую установку государства готовы платить 1 миллиард долларов (т.е. не рыночную цену). Источники быстрых нейтронов еще интереснее с точки зрения задач, так что некоторые перспективы тут есть, вопрос в том, во что обойдется НИОКР по созданию такого.
Reply
Reply
Крайне небольшая, просто из объемов получаемого материала.
Reply
Но с исследовательскими тоже всё непросто.
В общем, энергетические реакторы нельзя игнорировать. Почти весь тритий, например, поставляют сейчас, НЯП, они.
Reply
Ну тритий, например, получается из побочных потерь нейтронов на замедлении в D2O. Если его получать целенаправленно в мишенях (как это делают в TVA Watts Bar 1), то может быть другой коленкор по стоимости (кстати, я вроде не так давно считал конкретно этот кейс... ни одной цифры не могу вспомнить).
Кроме того, есть, конечно разница среди реакторов. Чем выше достижимая плотность потока, тем лучше, если это быстрые нейтроны - еще лучше (можно организовать бериллиевую ловушку с флюксом >10^16).
В целом можно сказать, что удешевляя нейтроны, можно увеличивать рынок (тот же кобальт - стерилизация, получение сшитых полимеров, гамма-дефектоскопия - его нужно много), но вряд ли даже с бесплатными нейтронами он вырастит кратно, ибо стоимость обращения с радиоактивными изотопами тоже немаленькая.
Reply
Я говорил лишь о том, что мировое производство нейтронов и нейтронноизбыточных изотопов (за вычетом продуктов деления) - уже куда больше, чем то, что могут дать только исследовательские реакторы. Нельзя считать лишь по ним.
И, кстати, ТЯ-источники могли бы быть ПОТРЯСАЮЩИМ инструментом для прикладных атомщиков (которые делят, а не сливают). Потоки-то - сумасшедшие. И спектр очень жёсткий.
Reply
> в мировом масштабе за такую установку государства
> готовы платить 1 миллиард долларов (т.е. не рыночную цену)
Я правильно понял, что сейчашный уровень знаний _не_ позволяет говорить, что
в качестве драйвера для подкритичных реакторов, открытые ловушки годятся хорошо?
Ну в смысле, что итоговая цена электроэнергии всё равно получается слишком дорогой.
Reply
в качестве драйвера для подкритичных реакторов, открытые ловушки годятся хорошо?"
Строго говоря, с сегодняшним уровнем технологий нельзя сделать никакой драйвер, ни
на открытых ловушках, ни на токамаках, ни ускорительный. У каждого пути есть проблемы,
нужно инвестировать в их решение. А пока решений нет, непонятно, сколько они стоят.
Споры идут умозрительные - чьё решение достижимее и выгоднее в конечном итоге.
Это не совсем бессмысленно - каждое направление предъявляет свой образ конечного продукта,
их можно сравнивать. Вот в этом смысле "открытые ловушки годятся хорошо"...
Reply
Reply
- это звучит странно и прямо противоречит моему опыту. Даже количество провода линейно растёт, а масса
прочих материалов - скорее квадратично.
"В целом, из 22-миллиардной стоимости ИТЭР (имеется в виду из статей, входящих в эти 22 млрд), тритий наверное составляет 5-10% " - из каких-то таких оценок мы и исходили: для DT нужен лишний миллиард баксов, и сам (промышленный) реактор (без обвеса) должен стоить того же порядка...
За оценки стоимости нейтронов вам и b_my - спасибо.
"сколько у вас получалась мощность для километрового DT реактора в ГДМЛ физике, который имел бы бы Q=50" -
мощность в таких проектах всегда получается "сколько надо" путём варьирования радиуса плазмы. Если отталкиваться от
параметров проекта Рютова из этого поста, то 1-2 ГВт.
Reply
Reply
мощностью. Диапазон радиусов от 15см до 1.5м даёт вариацию мощности на два порядка - уже очень много.
Это, кстати, можно было бы использовать для маневрирования мощностью электростанции без гашения.
Reply
Я почему спрашиваю - не могу уложить в голове такую вещь.
Очевидно же, что наиболее дешёвый объём получается при стремлении к шару, чем больше диаметр (и объём) ловушки, тем лучше "термоизоляция", тем больше в ловушке плазмы (а значит, можно добрать за счёт n) и вообще сплошные, казалось бы, радости.
Почему реальные ловушки такие "длинные", вместо того чтобы быть пузатыми "бочками" с тонкими выходами пробок по сторонам?
Ведь конструкция с повышением диаметра (ну, хотя бы в пределах ЖД-габарита) дорожает линейно, а её дорогостоящий объём - как квадрат?
Reply
Reply
Фишка тут в том, что НЯП, нас сейчас ограничивает не стенка, а физика. То есть: ловушки получаются большими не потому, что мы вынуждены стенку растягивать на желаемую нами мощность, а просто потому, что иначе ловушки не заработают.
А раз так - зачем мы растягиваем ловушки?
Ведь факт, что почему-то всегда этот "крокодил длиннее, чем шире"(с)
Очевидно, на это есть причины. Мне - пока никак не понятные.
Reply
Leave a comment