 |
Вы находитесь здесь: dace.ru / Новости химии / Ударный синтез предлагает переводить алмазы в энергию
Архивы новостей:
2008 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2009 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2010 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2011 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2012 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2013 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2014 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2015 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2016 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2017 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2018 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2019 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2020 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2021 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2022 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2023 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2024 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2025 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
2026 год:
январь, февраль, март, апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь
Ударный синтез предлагает переводить алмазы в энергию
В попытке оседлать термояд учёные активно развивают два магистральных направления и продолжают спорить, какое из них перспективнее. Но не исключено, что лучшим решением окажется сравнительно новая схема, своего рода боковое ответвление от двух проторённых путей. Оказывается, для запуска вожделённой реакции можно использовать стрельбу алмазами.
Одним из самых экзотических методов управляемого термоядерного синтеза — "ударным" (Impact Fusion) — несколько лет занимается группа исследователей из Пекинского университета (Peking University) и его лаборатории ядерной физики и технологии (State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology).
За последнюю пару лет китайские специалисты выпустили несколько работ по этой теме: статью, размещённую на сайте МАГАТЭ (PDF-документ), материал, вышедший в журнале Nuclear Fusion, и результат свежего численного моделирования, выложенный в Сеть университетом. Все эти исследования велись на кончике пера, однако в будущем, возможно, они выльются в какие-то натурные эксперименты.
Идея китайцев, на первый взгляд, проста. Нужно разогнать "пулю" или "снаряд" в виде миллиметрового алмаза до скорости порядка тысячи километров в секунду и направить его на сантиметровую мишень, состоящую из замороженного кристаллического метана, но не простого, а дейтерий-тритиевого (CD2T2). Энергия удара должна довести вещество в мишени до давления и температуры, достаточных для зажигания термоядерного синтеза, — гласит основной вывод физиков.
Дейтерий-тритиевый метан, да ещё в виде льда, учёные выбрали потому, что он обладает высокой концентрацией дейтерия и трития, а также хорошо останавливает альфа-частицы (рождающиеся в ходе синтеза), что вместе снижает жёсткие требования к параметрам, при которых инициируется и поддерживается реакция.
Миллиметровая (цилиндрик или кубик) алмазная "пуля" (авторы технологии называют такую частицу "макрон" — macron) весит порядка 3,5 миллиграмма. При скорости 830 км/с она будет обладать кинетической энергией 0,95-1,2 мегаджоуля (зависит от формы снаряда и, следовательно, точного значения его массы). Это не так уж много, чтобы подумать о практическом способе реализации проекта.
Поясним, ещё в конце 1970-х исследователи обсуждали похожую схему синтеза, но предполагали, что для "зажигания" термоядерной реакции потребуется кинетическая энергия до 50 мегаджоулей (сконцентрированная в малом объёме), что приводило к необходимости разгона до сотен километров в секунду снаряда весом порядка одного грамма. У экспериментаторов не было и до сих пор нет устройств, способных обеспечить такому объекту столь высокую скорость.
Новые расчёты делают "ударный синтез" несколько более реальным. Если раньше физики изучали возможность использования в данной схеме легкогазовых и рельсовых пушек (вывод — они слишком слабы), то китайцы сообщают: единственный доступный способ получения желаемых параметров — многоступенчатый электростатический линейный ускоритель.
Авторы исследования пишут, что пылевые частицы весом 10-10 грамма учёным уже удавалось разгонять до 100 км/с — при помощи электростатических ускорителей, питаемых генератором Ван де Граафа (Van de Graaff generator).
А ещё в этой связи можно вспомнить, как за счёт сверхсильных полей физики получили ускорение твёрдого макроскопического тела в 10 миллиардов g, правда, на очень коротком отрезке пути.
Отсюда до трёх миллиграммов и 1000 км/с — немалая дистанция. Но, ориентируясь на опыт возведения крупнейших ускорителей, можно сказать, что создать "пушку" для макронов — всё же реально. В длину она будет насчитывать от 100 километров до всего 4 км в зависимости от того, какую напряжённость поля смогут обеспечить инженеры в установке.
Алмаз в роли ударника выбран из-за важного сочетания свойств. Он обладает высокой прочностью, но в то же время умеренной плотностью, что хорошо для выбранного метода ускорения. К тому же у алмаза — как ионизированной частицы — низкие потери на тормозное излучение.
Физики рассматривают миллиметровый алмаз как аналог пучка ионов. И хотя энергия каждого отдельного атома в таком случае оказывается очень далека от рекордной, плотность "пучка" будет в миллиарды раз выше, чем плотность ионных пучков в традиционных ускорителях частиц. Именно это, наряду с высокой скоростью, по расчётам физиков и должно обеспечить начало термоядерного синтеза в точке удара алмазного снаряда и метановой мишени.
Учёные полагают, что, несмотря на трудности с постройкой большого ускорителя алмазов, новая схема окажется проще и дешевле прежних вариантов, ведь остальные части комплекса существенно упрощаются. Достаточно сказать, что тут не нужны ни сверхмощные лазеры, ни многотонные сверхпроводящие магниты, как в соперничающих схемах.
Физики рассмотрели как энергия, выделяемая в ходе синтеза, распределяется по нейтронам, электронам и ионам, отметив, что её можно использовать не только для выработки электричества. Так, нейтроны, на которые придётся львиная доля энергии, можно задействовать для бридинга ядерного топлива. Благо пространство в камере реакции ничем не занято, и там можно разместить блоки с делящимся веществом.
В численном моделировании соударения снаряда и мишени, а также последующих процессов учёные ограничились первыми 50 наносекундами (тут важно было убедиться, что реакция запущена). Но даже за это время, похоже, мишень выдаст в разы больше энергии, чем было потрачено не только на разгон снаряда, но даже на получение этого кристалла.
Правда, в такой системе всё ещё не ясным остаётся общий КПД: вопрос утилизации энергии микровзрывов подробно не рассматривался. Но в случае эффективной работы системы даже синтетические алмазы могут оказаться недорогим "расходным материалом".
Источник: http://www.membrana.ru
20.07.2010 22:24 | |
|
