Профинансированы 9 проектов в рамках альтернативной ветки термоядерной энергетики
Слева - характерное развитие нестабильностей Z-pinch, не позволяющее его использовать в УТС, справа - подавление нестабильностей "вмороженным" магнитным полем.
В мае произошло еще одно интересное событие - ARPA-E ( агенство перспективных проектов министерства энергетики США) раздало девять грантов разным группам, занимающимися исследованиями в области термоядерного синтеза. Эти проекты объеденные в программу ALPHA и нацелены на альтернативную магнитному и инерциальному синтезу ветку, которая активно разрабатывается в штатах последние два десятилетия.
Если магнитное удержание работает с плазмой с плотность 10^13...10^14 атомов на кубический сантиметр, а инерционное с плазмой плотностью 10^22...10^24, то новое направление использует гибрид - плазму с плотностью 10^18...10^19, которая перед сжатием до такой плотности замагничивается и в результате сжатия еще и силовых линий магнитного поля получается состояние в котором подавлена теплопроводность и разлет. Подавлена не надолго, характерное время жизни таких образований - от единиц до сотен микросекунд, но этого вполне хватает что бы (теоретически) получить положительный энерговыход. Практически все работы сосредотачиваются на получении плазмы с помощью Z-pinch, т.е. на методе сжатия плазменного цилиндра по его радиусу ("утончения") путем пропускания мощного тока вдоль, и на Field-Reversed Configuration, плазменного вихря, который стабилизирует сам себя от распада (на какое-то время) собственным магнитным полем.
Перспективы данного направления не ясны: как инерциальный конфаймент, эксперименты могут столкнуться с чем-то неожиданным изначально, и даже если модели сойдутся с реальностью, электростанция на таких физических принципах получается довольно нестандартная (мощный импульсный энерговыход, магниты-вакуум-сильноточные системы-жидкие металлы) Давайте коротко посмотрим на 9 грантополучателей и их проекты.
1. California Institute of Technology - Pasadena,
CA Prototype Tools to Establish the Viability of the Adiabatic Heating and Compression Mechanisms Required for Magnetized Target Fusion - $800,000
Грант финансирует теоретические и экспериментальные исследования в области слияний плазменных струй, взаимодействия струй и FRC с тяжелыми газами (типа ксенона) и металлическими мишенями. Сильно пересекается с работой из пункта 4.
2. Helion Energy, Inc. - Redmond, WA Staged Magnetic Compression of FRC Targets to Fusion Conditions - $3,971,264
Контора Helion Energy довольно давно разрабатывает свой способ снабдить мир дешевой и чистой энергией. Надо заметить, что в Штатах у нее есть довольно много конкурентов, и все как один довольно скрытные. Helion отдделывается вот такими мурзилками:
Показанная схема много кем прорабатывается (например Tri alpha), но Helion заявляет высокие достигнутые параметры плазмы - 5 кЭв, 1 мс, впрочем, эти цифры не вызывают большого доверия (см. статью про Tri Alpha).
3. Lawrence Berkeley National Laboratory - Berkeley, CA MEMS Based Ion Beam Drivers for Magnetized Target Fusion - $2,200,000
Эти ребята не имеют прямого отношения к термоядерным установкам, занимаясь импульсными сильноточными ионными источниками и облучением такими источниками разных мишеней. Тема, под которую получен грант очень горячая - ускорители на кремниевых чипах. Технология позволяет интегрировать радиочастотный драйвер и ускорительную полость в кремниевую пластину и получить из стопки таких пластин источник с током в несколько ампер и энергией в 100 кЭв с высоким кпд и низким эммитансом.
4. Los Alamos National Laboratory - Los Alamos, NM Spherically Imploding Plasma Liners as a Standoff Magneto-Inertial-Fusion Driver - $5,500,000
Одна из давно разрабатывающихся идей, соединяющая сразу много других. Здесь с помощью Z-pinch будут получать FRC плазмойд, и выстреливать им в центр камеры. 25 таких стабилизированный потоков плазмы должны слиться в центре, и достигнуть условий термоядерного горения. Поскольку разработка ведется лабораторией, а не частной фирмой, то тут никто не обещает золотых гор, зато вполне открыты. Работа далека от проектирования энергетических реакторов, но ребята уже считают возможные конфигурации.
Импульсное магнитное устройство, с помощью которого создается FRC плазмойд и ускоряется в сторону мишени.
И камера с 25 такими "пушками", которые должны создать в центре что-то схожее с лазерным термоядом.
5. Magneto-Inertial Fusion Technologies, Inc. - Santa Ana, CA Staged Z-pinch Target for Fusion - $4,300,000
Еще одни обладатели "прорывных" решений. В данном случае во второй модной темы после слияния FRC плазменных вихрей - стабилизации Z-pinch. Вообще говоря пинч - самый древний способ, который был попробован в попытках достичь управляемого термоядерного синтеза. Идея проста - если взять пустотелый цилиндр, наполнить его дейтерий-тритиевой смесью и пустить ток, который ионизирует этот (обычно речь идет о мегаамперах) проводник, то магнитное поле тока сожмет получившийся плазменный цилиндр в сотню раз по диаметру, увеличив плотность и температуру внутри до параметров термоядерного зажигания. К сожалению, в реальности процесс компрессии сопровождается развитием неустойчивостей, разрушающими проводящий объем, и нужной плотности/температуры достичь невозможно. В последние 20 лет появилось много исследователей, которые считают, что им удалось найти способы стабилизации Z-pinch. Если это так, то это будет действительно самый простой и дешевый способ получить УТС. В числе таких Magneto-Inertial Fusion Technologies, предлагающих стабилизировать пинч аэродинамическими методами.
6. NumerEx, LLC - Albuquerque, NM Stabilized Liner Compressor (SLC) for Low-Cost Fusion - $4,000,000
Эти ребята в свою очередь предлагают известное с 70х годов решение нестабильностей в Z-pinch - вращающийся цилиндр из жидкого металла, как изначальный элемент, схлопываемый ударной волной. Опять, очень сложно предсказать, что нового могли насчитать эти разработчики (они как раз занимаются кодами, симулирующими плазму), но их предложение напоминает канадцев General Fusion, где FRC плазмойды в центре схлопываются сходящей ударной волной в жидком литии. Волну в свою очередь вызывают специальные ударные механизмы (с ума сойти, решение, если подумать).
7. Sandia National Laboratories - Albuquerque, NM Demonstrating Fuel Magnetization and Laser Heating Tools for Low-Cost Fusion Energy- $3,800,000
А этот грант пойдет на развитие известного MagLIF (о котором очень хорошо в свое время написал antihydrogen), одного из самых продвинувшихся концептов в этой области. Он базируется на Z-pinch сжатии мишени, которая ионизированна и нагрета лазером и в которой расположенно затравочное поле. Поле при сжатии возрастает до уровня ~1000 тесла и получившийся компот расползается во все стороны очень неохотно. Некоторое время назад команда magLIF в реальном эксперементе увидела термоядрные нейтроны, и хотя им не удалось достигнуть scientific breakeven, т.е. получить такое же количество термоядерной энергии, какое было вкачено в мишень, в целом результаты очень обнажеживающие. Данный грант должен поддержать проект и развивать его теперь будут сразу две национальные лаборатории.
8. Swarthmore College - Swarthmore, PA Plasma Accelerator on the Swarthmore Spheromak Experiment - $493,238
Разработка плазменных инжекторов для генерации "сферомаков" - это очень похожий на FRC плазменный вихрь, но с некоторыми отличиями. Грант видимо выдан по принципу "пусть цветет 100 цветов" - раз все занимаются FRC (причем аккумулировали на это весьма немалые деньги - не меньше полумиллиарда долларов собрали эксперементы на таком базисе) то пусть хоть кто-то исследует близкие альтернативы на случай провала проектов FRC.
9. University of Washington - Seattle, WA Development of a Compact Fusion Device based on the Flow Z-Pinch- $4,800,000
Разработка очередного реактора на базе газового Z-pinch'а. В данном случае разряд ионизирует газ в коаксиальном промежутке между электродами, далее плазменноей образование соскальзывает в соседнюю камеру, замыкает дальний торец и центральный электрод и "пинчуется" током.
Что ж, еще одни обладатели заветного знания, как стабилизировать Z-пинч.
Резюмируюя: выбрано интересное и "горячее" направление, но лично мне как-то интересными кажутся только пункты 4 и 7.