LINUS (эксперимент слияния) - LINUS (fusion experiment)

Техник просматривает центр реактора ЯРЛ Линус-0

В LINUS программа была экспериментальной термоядерная энергия проект разработан Лаборатория военно-морских исследований США (NRL) в 1972 году.[1] Целью проекта было создание управляемой реакции синтеза путем сжатия плазмы внутри металлического лайнера. Основная концепция сегодня известна как синтез намагниченной мишени.

Конструкция реактора была основана на механическом сжатии магнитный поток и, следовательно, плазма внутри лайнера из расплавленного металла. Камера заполнялась расплавленным металлом и вращалась вдоль одной оси. Это вращательное движение создало цилиндрическую полость, в которую плазма был введен. Как только плазма удерживалась внутри полости, стенка жидкого металла быстро сжималась, что приводило к повышению температуры и плотности захваченной плазмы до условия синтеза.

Использование жидкометаллического вкладыша имеет много преимуществ по сравнению с предыдущими экспериментами, в которых цилиндрические металлические вкладыши взрывались для достижения плавления с высокой плотностью энергии. Лайнер из жидкого металла обеспечивает преимущества рекуперации тепловой энергии реакции, поглощения нейтронов, передачи кинетической энергии и замены стена, облицованная плазмой в течение каждого цикла.[2] Дополнительные преимущества жидкой облицовки включают в себя значительно упрощенное обслуживание реактора, снижение радиоактивности, защиту постоянных секций реактора от нейтронного повреждения,[3] и снижение опасности от летающих обломков.

Концепция была возрождена в 2000-х и положена в основу General Fusion дизайн, в настоящее время строится Канада.

Концептуальный дизайн

В концепции LINUS плазма вводится в расплавленный свинецлитий лайнер. Затем вкладыш механически взрывается с помощью гелиевых поршней под высоким давлением. Взрывающийся лайнер действует для сжатия магнитно-ограниченной плазмы. адиабатически температуре плавления и относительно высокой плотности (1017 ионов на см3).[4] При последующем расширении энергия плазмы и энергия синтеза, переносимая захваченными альфа-частицами, непосредственно восстанавливается жидким металлом, делая механический цикл самоподдерживающимся. Цикл имплозии будет повторяться каждые несколько секунд. Таким образом, реактор LINUS можно рассматривать как термоядерный двигатель, за исключением того, что на валу нет выхода; вся выделяемая энергия проявляется в виде тепла.[4]

Жидкий металл действует как двойной механизм сжатия и передачи тепла, позволяя улавливать энергию реакции плавления в виде тепла.[4] Исследователи LINUS предполагали, что литиевый вкладыш также можно использовать для разведения тритий топливо для силовой установки, и защитит машину от нейтронов высокой энергии, действуя как регенеративный первая стена.[4]

Эксперименты

В рамках проекта LINUS было построено несколько экспериментальных машин для сбора данных и демонстрации различных аспектов концепции системы.

СЬЮЗИ II

Чтобы получить подробную информацию о поведении внутренней поверхности твердых и жидких металлических гильз в последние моменты имплозии, в NRL был построен эксперимент под названием SUZY II. Его использовали для сжатия различных металлических гильз от начального диаметра 20–30 см до конечного диаметра около 1 см с использованием магнитных полей. Достигнута общая степень сжатия 28: 1.[5]

Одной из целей SUZY II была демонстрация использования методов электромагнитного вождения для взрыва лайнера. Центральной особенностью SUZY II была батарея конденсаторов, заряженных 60 кВ, который смог быстро доставить 540 кДж энергии, которая будет использоваться для создания больших магнитных полей. Давление больше, чем 20 тыс. Фунтов на кв. Дюйм были достигнуты во время взрывов. SUZY II был назван в честь своего предшественника SUZY I, 50 кДж конденсаторная батарея.[5]

ЛИНУС-0

Для изучения гидродинамического поведения и сжатия магнитного потока в режимах плотности энергии мишени в 1978 году был построен прибор под названием ЛИНУС-0. В эксперименте участвовал 30 см вращающаяся цилиндрическая камера, заполненная расплавленным металлом или водой. Множество поршней (16 или 32)[5] были прикреплены к камере, контактируя с вращающейся жидкостью. Во время эксперимента все поршни приводились в движение одновременно, чтобы перемещать жидкость радиально внутрь. В эксперименте ЛИНУС-0 поршни приводились в движение фугасным агентом ДАТБ (C6ЧАС5N5О6), также известный как взрывчатое вещество на полимерной связке PBXN,[6] выбран из-за высокой температуры плавления, низкого содержания твердых частиц и сравнительно низкой стоимости.

Параметры эксперимента для ЛИНУС-0 требовали, чтобы цилиндрическая камера вращалась на 5000 об / мин, что было достигнуто с помощью Двигатель Chevrolet V8 объемом 454 кубических дюйма. Все поршни должны были стрелять внутри 50 мкс друг друга. Во время сбора данных LINUS-0 запускался до трех раз в день.[4]

ГЕЛИУС

Аналогичная машина, названная HELIUS, была построена для демонстрации сжатия магнитного потока. Это была полумасштабная версия ЛИНУС-0,[5] и был разработан для использования жидкого натрия и калия в камере лайнера. На практике для гидродинамических исследований было достаточно воды.[7] В эксперименте жидкие натрий-калиевые лайнеры взрывались с помощью гелия высокого давления (120 атм) для привода механических поршней.[5]

Судьба проекта

Эксперименты с LINUS-0 и HELIUS в значительной степени не увенчались успехом, частично из-за задержек на этапах проектирования, изготовления и сборки. На восстановление после задержек или неожиданных проблем не было выделено времени, и в конечном итоге машины были разобраны и помещены на хранение.[8]

Проект LINUS столкнулся с несколькими инженерными проблемами, которые ограничили его производительность и, следовательно, его привлекательность в качестве подхода к коммерческой термоядерной энергии. Эти вопросы включали производительность метода подготовки и нагнетания плазмы, возможность достижения обратимых циклов сжатия-расширения, проблемы с диффузией магнитного потока в материал гильзы и возможность удаления испаренного материала гильзы из полости между циклами (в течение около 1 с), что не было выполнено. Недостатки коснулись и конструкции внутреннего механизма перекачки жидкометаллической гильзы.[9][10]

Другая серьезная проблема заключалась в гидродинамической нестабильности жидкого лайнера. Если бы жидкость была сжата неточно, границы плазмы могли бы претерпеть Неустойчивость Рэлея – Тейлора. (RT). Это условие могло бы погасить реакцию термоядерного синтеза за счет снижения эффективности сжатия и введения загрязняющих веществ из материала лайнера (испаренного свинца и лития) в плазму. Оба эффекта снижают эффективность реакций синтеза. Сильная нестабильность может даже вызвать повреждение реактора.[3] Синхронизация хронометража системы сжатия была невозможна с технологиями того времени, и предложенная конструкция была отменена.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Робсон, A.E. (1 ноября 1978 г.). «Концептуальный проект термоядерного реактора с взрывающейся оболочкой (LINUS)» (PDF). Отчет о меморандуме NRL. NRL-MR-3861: 1. Получено 15 декабря 2017.
  2. ^ Робсон, A.E. (июнь 1973 г.). «LINUS - подход к контролируемому синтезу с использованием мегагауссных магнитных полей». Отчет о прогрессе NRL 1973, январь-июнь: 7. Получено 15 декабря 2017.
  3. ^ а б Turchi, PJ; Книга, D L; Бертон, Р. Л. (25 июня 1979 г.). «Оптимизация термоядерных реакторов со стабилизированной взрывающейся оболочкой». Отчет о меморандуме NRL. НРЛ-MR-4029.
  4. ^ а б c d е Робсон, А. Э. (1980). «Концептуальный проект термоядерного реактора с взрывающейся оболочкой». Мегагаусс Физика и Технологии. Springer США. С. 425–436. Дои:10.1007/978-1-4684-1048-8_38. ISBN  978-1-4684-1050-1.
  5. ^ а б c d е Turchi, PJ; Бертон, Р. Л.; Купер, Р. Д. (15 октября 1979 г.). «Разработка взрывающихся линейных систем для программы NRL LINUS» (PDF). Отчет о меморандуме NRL. НРЛ-MR-4092.
  6. ^ Ford, R.D .; Турчи, П.Дж. (21 июля 1977 г.). «Импульсный газогенератор высокого давления для системы ЛИНУС-0». Отчет о меморандуме NRL. NRL-MR-3537. Получено 15 декабря 2017.
  7. ^ Turchi, P.J .; Купер, А.Л .; Дженкинс, Д.Дж .; Сканнелл, Э. (2 апреля 1981 г.). «Конструкция термоядерного реактора Линуса, основанная на осесимметричном имплозии тангенциально вводимого жидкого металла» (PDF). Отчет о меморандуме NRL. 4388. Получено 14 декабря 2017.
  8. ^ Сканнелл, Е. П. (27 августа 1982 г.). «Проведите эксперименты на системах LINUS-0 и LTX с взрывоопасной жидкостью. Заключительный отчет». J206-82-012 / 6203. Получено 19 декабря 2017. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  9. ^ Miller, R.L .; Краковский, Р.А. (14 октября 1980 г.). «Оценка концепции медленно взрывающегося линейного термоядерного реактора (LINUS)» (PDF). 4-е тематическое совещание ANS по технологии управляемого ядерного синтеза. Получено 19 декабря 2017.
  10. ^ Симон; Петерсон; и другие. (1999). Актуальность синтеза намагниченной мишени (MTF) для практического производства энергии (PDF).
  11. ^ Картрайт, Джон. «Независимое предприятие». Мир физики. Получено 2017-03-24.