Чистота источники энергии: Sonofusion на горизонте

Вот уже более полувека, термоядерный синтез имеет протянул обещание дешевой, чистой и практически безграничные энергии. Unleashed в результате слияния ядер из двух молекул дейтерия, энергия, выделяющаяся из 1 г дейтерия, изотопа водорода и вездесущий компонентов морской воды, было бы равносильно, что при сжигании 7000 л бензина. В принципе, 1 км ^ ^ SUP 3 морской воды может энергоснабжения потребности мира в течение нескольких сотен лет, в соответствии с расчетами, выполненными по ядерной астрофизики, такие как Стив Нельсон США Naval Research Laboratory.

Перспективы привлечения почти неограниченным источником экологически чистой энергии, чтобы плоды побудило исследователей в разработке экономически эффективных термоядерных реакторов, которые постоянно производит больше энергии, чем потребляет. Полученные результаты обнадеживают, чтобы покорить скептиков и определить потенциальные возможности технологий для ученых.

На сегодняшний день, были две основные подходы, используемые для расширения термоядерных реакторов к безубыточности. В инерциального термоядерного синтеза (ICF), очень энергичная лазерные лучи сходятся на твердых гранул топлива дейтерия и трития. В результате ударной волны, распространяющейся по направлению к центру гранулы и создает огромный рост температуры и плотности плазмы. крупнейший в мире опыт использования этого метода заключается в Национальном зажигания Ливерморской национальной лаборатории фонда в Калифорнии.

Другой подход, магнитные термоядерного синтеза (MCF), использует мощные магнитные поля для получения огромных температур и давления, в тяжелых водородной плазмы, содержащиеся в больших тороидальных устройства, известного как токамака. Слияние производит нейтронов высоких энергий, что выход из плазмы и ударил окружающих заполненной жидкостью одеяло. Тепла в одеяло генерирует пар, который вращает турбины для выработки электроэнергии.

Текущий экспериментальных реакторов не используйте жидкие одеяло из-за дополнительной сложности. Это потому, что в электростанция работает, токамаке будет бомбардировке нейтронами, становятся хрупкими и требуют замены каждые несколько лет. Так как он не может принять в год заменить стены, два реактора будет необходимо быть построена так, что один может работать, а другая находится в стадии ремонта.

Тем не менее, MCF является самым близким к безубыточности всех слияния подходов было экспериментально показано на токамаках на Совместный европейский тор "(Abingdon, Англии, <A HREF =" http://www.jet.efda.org "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.jet.efda.org </ A>) и в Принстонском лаборатория физики плазмы (NJ; <A HREF =" http://www.pppl.gov "целевых =" _blank " относительной = "NOFOLLOW"> www.pppl.gov </ A>). Тем не менее, проведение плазмы в месте при увеличении температуры и давления является постоянной проблемой. Это нестабильный процесс, который доказал, трудно контролировать.

В последнее время учреждения из Китая, Японии, Южной Кореи, Европейского Союза, России и США объявили о планах строительства Международного экспериментального термоядерного реактора - $ 5 млрд, 500 МВт, система, основанная на MCF - в Кадараше, Франция. Операция, как ожидается, начнется в 2015 году. Коммерчески жизнеспособных версия, как ожидается, будет доступна в 2050 году.

Звуковые волны, чтобы воздействие

Хотя исследования продолжаются в МВФ и MCF, другой слияние технологии - один пузырь, акустические ICF или sonofusion - обладатель еще больший потенциал. Первый обнаружил в 1989 году Фелипе Гайтан, в настоящее время главный научный Импульс Devices, Inc (IDI; Grass Valley, Калифорния; <A HREF = "http://www.impulsedevices.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW" > <www.impulsedevices.com />), sonofusion работ путем применения звуковых волн для дейтерия богатых жидкостью.

Sonofusion позволяет создавать давление колебания, которые лопаются крошечные пузырьки заполнены с дейтерием из газовой фазы (Box). насильственного распада пузыри 'вызывает некоторые ядер дейтерия пройти синтеза, производства или трития и протон или Не ^ SUP 3 ^ и нейтрона. Из четырех возможных продуктов, только бежать нейтронов в реакторе, что позволило ученым измерить скорость, с которой термоядерные реакции происходят. Эта возможность является ключевым, так как число реакций синтеза является косвенной мерой температуры плазмы. С другой стороны, температура плазмы может быть связано с числом реакций.

Исследователи из национальной лаборатории Oak Ridge (TN; <a target="_blank" href="http://www.ornl.gov" rel="nofollow"> www.ornl.gov </ A>) обнаружили, что давление выше, чем 170 кПа рассеется пузырьков. Это было одной из основных проблем в технологии, потому что по крайней мере 10 раз, что давление, необходимые для лопаются пузырьки сильно достаточно для запуска термоядерного синтеза. Чтобы преодолеть это ограничение, следователи сняли естественных газовых пузырьков путем присоединения вакуумного насоса в колбу и акустически волновали жидкости. Нейтронов высоких энергий был обстрелян колбы для создания крошечных пузырьков пара тяжелых, которые растут, а затем лопаются с выделением нейтронов и трития в равных количествах, что свидетельствует о том, что слияния не произошло.

В некоторых реакторах, где плазма находится в вакууме, светового спектра могут быть измерены для определения температуры плазмы. Тем не менее, дейтерированном ацетоне непрозрачна для ультрафиолетовых (УФ), поэтому ученые не могут измерить температуру плазмы непосредственно и не могут определить, насколько хорошо устройство работает. На стороне, так как размер плазмы, плотность и температура все сильно влияют на скорость реакции, регистрации нейтронов позволяет ученым определить, когда один реактор показатели лучше, чем другой.

Одно правило большого пальца заключается в том, что получить значительное количество термоядерных реакций, температура плазмы должна превышать ~ 10 млн ° C. "Удвоение температура плазмы увеличивается скорость реакции на коэффициент 256", говорит Гайтан. Простые устройства сонолюминесценции могут достичь этих температурах (> 100 000 ° C).

Державой, с другой стороны, определяется, сколько энергии уходит на системы для производства этого термоядерных реакций. В натуральную величину электроэнергии производству ядерного реактора, скорее всего, работать в несколько сотен мегаватт тепловой энергии (т. е. 1022 нейтронов / с). Общего объема производства энергии будет включать не только энергию из дейтерия и дейтерия (DD) слияния, но и энергии из дейтерия и трития (DT) синтеза. "DT слияние происходит в 100 раз легче, что DD слияния, дает больше энергии, и может увеличить эффективность работы примерно на два порядка", говорит Гайтан.

Sonofusion уже было показано учеными Пердью Univ. (Западный Лафайет,; <a target="_blank" href="http://www.purdue.edu" rel="nofollow"> www.purdue.edu </ A>), политехнического института Rensselaer (Троя, штат Нью-Йорк ; <a target="_blank" href="http://www.rensselaer.edu" rel="nofollow"> www.rensselaer.edu </ A>) и русский академии наук (Москва; <A HREF = "http://www.ras.ru" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.ras.ru </ A>).

Тем не менее, вопрос, можно ли расширить производство избыток энергии значительные достаточно, чтобы sonofusion новый источник энергии? Для укрепления сотрудничества, что позволит ускорить процесс по следователи Бостон Univ. (MA; <a target="_blank" href="http://www.boston" <rel="nofollow"> www.boston />, образование), Univ. Миссисипи (Оксфорд, MS; <a target="_blank" href="http://www.umiss.edu" rel="nofollow"> www.umiss.edu </ A>), Univ. штата Вашингтон (Сиэтл, штат Вашингтон; <a target="_blank" href="http://www.uwash.edu" rel="nofollow"> www.uwash.edu </ A>) и IDI основал Акустические технологии Fusion энергетического консорциума (AFTEC; Grass Valley, Калифорния; members.nuvox.net) в январе 2005 года.

Как более конкурентоспособными

Для того, чтобы sonofusion конкурировать с МВФ и MCF, она должна преодолеть ряд проблем. Производительность имеющегося оборудования, которые производят около микроватта энергии, должны быть улучшены. Эти устройства могут быть использованы в качестве внешних нейтронных генераторов, чтобы реакция синтеза самодостаточным. "Один из способов сделать это, чтобы соединить две системы бок о бок, чтобы они нейтронов обмена и гнать друг друга реакций синтеза", говорит Гайтан. Sonofusion реактор будет производить непрерывный выход нейтронов, не требуя внешнего нейтронного генератора.

Следующим шагом будет наращивать аппарата, она может производить больше энергии, чем потребляет. "Будущее генераторы, вероятно, составляют расплавленного металла заполненные реакторов, в которых дейтерия, газ, термоядерного топлива, растворяется в жидком металле", говорит президент ИРИ в Росс Tessien, "Я ожидаю, что техника инъекционных нейтронов семян кавитации будет не требуется ", продолжает он.

Наиболее перспективными sonofusion экспериментов на сегодняшний день возглавляет Руси Taleyarkhan, профессор ядерной энергетики в Пердью. Его команда документально термоядерных реакций, происходящих в реактор, который производил около 400 000 нейтронов / с "Тем не менее, величина этого числа нейтронов соответствует незначительная часть мощности", говорит Tessein, указывая, что в натуральную величину электроэнергии производству ядерных реакторов работает на несколько тысяч мегаватт тепловой энергии или 1022 нейтронов / с "Наиболее важные наблюдения в работе Taleyarkhan в том, что нейтроны, излучаемых", говорит он. "Ни нейтронов, ни ядер трития в природе существуют. Таким образом, если один из них нашли во время экспериментов, это доказывает, что слияние происходит".

Taleyarkhan установки включает в себя цилиндрический стеклянный флакон Pyrex измерения 260-мм и 65 мм в диаметре, с отражателями формировать и активизировать акустическом поле. Она наполнена коммерчески доступных дейтерированном ацетоне, в котором 99,9% от атомов водорода в ацетоне молекулы дейтерия. Кроме того, дейтерированных жидкости выдерживает значительные напряжения без образования нежелательных пузырьков, является относительно недорогим и не особенно опасным.

IDI также изучает возможность использования различных жидкостей в реакционную колбу. Например, расплавленного лития, после удара нейтрона, может производить атом трития, который затем может стать топливо. "Если бы энергию из продуктов синтеза могут быть сохранены в жидкости, а затем самой жидкости могут быть использованы для передачи тепла в другой жидкости, такие как водяной пар, который затем вращает турбины," объясняет Tessien. "В идеале, жидкость будет выполнить при температурах под давлением воды, используемой в паровых турбин электростанций (около 340 ° C). Таким образом, та же технология теплообмена нашли электростанций во всем мире могут быть использованы с незначительными изменениями." В этом случае, можно было бы только, чтобы заменить природный газ или уголь котлы с sonofusion основе ядра, которое будет генерировать тепло для кипячения воды и спин турбогенератор, "Tessien продолжается.

Коммерческий потенциал

IDI является одной из двух компаний, участвующих в продвижении sonofusion технологий. Другие, генеральный Fusion, Inc (Ванкувер, Британская Колумбия, Канада; <a target="_blank" href="http://www.generalfusion.com" <rel="nofollow"> www.generalfusion.com /> ), разработал подход, который сочетает в себе sonofusion и лазерной инерционным удержанием. План заключается в достижении высоких давлениях внутри судна размером 1 м в диаметре и с жидким литием, в рамках которой малые водородные пузырь положении. Волны давления в 1 миллион кПа запуск всей оболочки и сходится к центру судна для сжатия пузырька. Как акустических импульсов подходов в центре пузырька, его пик интенсивности возрастает до 10 миллиардов кПа. Последующего краха, как и лазерно-индуцированной краха, как ожидается, для создания термоядерной энергии сверх энергии вложили, и таким образом стимулировать слияния атомных ядер.

Одна из стратегий IDI работает включает в себя 24-см диаметром. из нержавеющей стали сферической камеры с акустическими водителей (пьезоэлектрические кристаллы установлен на цилиндрическом вложения) на поверхности камеры. IDI устройства способны ввода полномочия достигать 500-1000 Вт, будущие устройства, как ожидается, выдержать около 100 кВт и более. Другие устройства были построены и эксплуатируются с целью изучения различных подробности того, как работает sonofusion процесса.

"После разработки sonofusion технологии будут работать рука об руку с существующей инфраструктурой электроэнергии", говорит Tessein. передачи в индустрии сетей и электростанций будет производить и распределять электроэнергию через sonofusion. Для выработки электроэнергии, sonofusion будет работать путем присоединения трубы к верхней и нижней частях реактора удалить горячей жидкостью, запустите его через теплообменник, а затем насосом охлажденной жидкости обратно в реактор. В теплообменнике тепло удален будет использоваться для кипячения воды и запустить паровую турбину для выработки электроэнергии. Для существующих электростанций, переход на sonofusion потребует замены горелки с sonofusion реактора. "Это позволит значительно снизить стоимость основой для выработки электроэнергии на существующих ископаемого топлива для получения электростанции", говорит Tessien.

Восемьдесят процентов стоимости современного производства электроэнергии за счет расходов на закупку топлива. Как показано на рисунке 2 показано, стоимость каждой из этих технологий электроэнергии в настоящее время - и будет по-прежнему - намного выше, чем $ 5.9/MWh уровня затрат, ожидаемые от sonofusion технология IDI, в соответствии с Tessein. По термоядерного реактора, стоимость топлива будет сокращена до 1% от эксплуатационных расходов, сокращение накладных расходов обременен почти на 80%.

Между тем, sonofusion аппаратуры, разработанной в Пердью имеет широкий спектр применения, и, по цене около $ 3000, это более реальный путь для изучения термоядерного синтеза в лабораторных условиях. Система может использовать небольшое количество тория или урана природных солей, оба из которых испускает альфа-частицы, к семени пузырь.

Кроме того, устройство может быть использован в качестве нейтронного генератора для исследования молекулярной структуры материалов или для активации определенных противоопухолевых препаратов, как и в экспериментальной терапии называется захват нейтрона бором. Эти счастливого открытия являются лишь верхушкой айсберга для эксплуатации потенциальных sonofusion в.