05.12.2016 Опубликовал: Андрей Андрианов

Философский вопрос термоядерного синтеза

В ответ на появившуюся на ресурсе "КОНТ" статью "Пятна «искусственного солнца». Термоядерная энергетика", решил таки зафикисровать свои размышления и выводы примерно 3-4 годичной давности о том, "где порылась та собака", которая никак не дает нам запустить термоядерную энергетику.
Итак в 1939 г. Л. Сциллард, Э. Вигнер, Э. Ферми, Дж. Уилер, Ф. Жолио-Кюри, Я. Зельдович, Ю. Харитон обосновали возможность протекания в уране цепной ядерной реакции деления.
1940 г. − Г. Флеров и К. Петржак открыли явление спонтанного деления ядер урана U.
1942 г. − Э. Ферми осуществил управляемую цепную реакцию деления в первом атомного реакторе.
1945 г. − Первое испытание ядерного оружия (штат Невада, США). На японские города Хиросима (6 августа) и Нагасаки (9 августа) американскими войсками были сброшены атомные бомбы.
1946 г. − Под руководством И.В. Курчатова был пущен первый в Европе реактор.
1954 г. − Запущена первая в мире атомная электростанция (г. Обнинск, СССР)
Источник дат - http://nuclphys.sinp.msu.ru/histan/histan12.htm

Таким образом от предсказания цепной реакции до ее подтверждения прошел - 1 год, до управляемой реакции - 3 года, до бомбы - 6 лет, до электростанции - 15 лет. Открытие радиоактивности состоялось в 1896 году (Беккерель), а ядерной реакции в 1919 (Резерфорд). В течение 20 лет с 1919 до 1939 года (что больше срока постройки электростанции, не говоря о бомбе) применению ядерным реакциям в энергетике не находилось. Спуском крючком стало именно теоретическое и экспериментальное открытие ЦЕПНОЙ реакции.

Для сравнения первый прообраз ТОКОМАКа был запущен в Обнинске в том-же 1954 году. И вот только в 2025 году (т.е. через 71 год) предполагается построить первую термоядерную станцию, которая будет выделять примерно на 10% энергии больше, чем потреблять. Понятно, что коммерчески использовать эту энергию еще будет невозможно из-за космической стоимости. Кстати, о стоимости энергии. Атомные станции не перевернули энергетику человеческой цивилизации. Их доля в мировой генерации по разным оценкам 7-10%. А прогноз развития также по разным оценкам от умеренно-позитивного - 20%, до негативного - 5%. Атомная энергия с учетом стоимости всех технологических процессов оказалась не из дешевых...

Но вернемся к термоядерной реакции. Что не так? Почему, не смотря на колоссальные усилия, все идет так долго? Атомную станцию за 15 лет построили, а тут (с учетом суперкомпьютеров с 1970-х годов и наноматериалов с 1990-х годов) имеем 71 год и не факт, что срок выдержат ибо его уже перенесли на 9 лет с 2016 года на 2025. Мой ответ - отсутствие цепной реакции при нормальных условиях Земли.

Сведем в таблицу известные нам способы добычи энергии

Источник энергии
Способ получения "топлива" (рабочего тела) надлежащего количества и качества.
Способ извлечения энергии
Способ управления
Само поддержива
ющаяся
работа
(или цепная реакция)
Суть цепной реакции (само поддер живающейся работы)
Условия запуска цепной реакции
или работы
Вода Собрать не сложно (ищется удобное место для плотины), перенести* - сложно (привязано к удобному месту)
Механический Регулировка объема подачи
рабочего тела на исполнительный механизм.

Например - пустить всю воду на турбину или в обводной канал.
     


Да
Будет работать, пока течет река
При нормальных условиях**


Ветер
Собрать не сложно (ищется удобное место для ветряка т.е. где дуют ветры), перенести - сложно (привязано к удобному месту) Будет работать пока дует ветер
Приливы
Собрать не сложно (ищется удобное место для станции т.е. узкий, длинный залив), перенести - сложно (привязано к удобному месту) Будет работать, пока есть океаны и Луна
Геотемальные
Собрать не сложно (ищется удобное место для станции т.е. вулканическая местность), перенести - сложно (привязано к удобному месту) Будет работать пока мантия не остынет
Дрова Собрать не сложно (нужно найти лес и даже руками наломать), перенести не сложно (можно даже в руках)
Химический
Регулировка объема подачи топлива и/или окислителя

Да
От одного полена сгорят все дрова
При
нормальных условиях

   
Уголь
Собрать сложнее т.к. надо найти место и копать (нужна лопата, т.к. руками много не накопаешь), переносить не слишком сложно (можно в руках, но лучше ведро, даже деревянное и с щелями)
От одного уголька может сгореть вся гора угля
Нефть
Собрать еще сложнее т.к. надо найти место, бурить, перенести сложнее т.к. нужна емкость без щелей
От одной горящей капли - сгорит вся цистерна
Газ
Собрать еще сложнее т.к. нужно найти место, бурить, а газ нужно сразу помещать в герметичные емкости и при добыче и при транспортировке.
От одной искры сгорит весь объем
Ядерный
Сложно собрать (найти место и добыть много руды) , но особенно сложно подготовить (нужно обогащать), хотя не слишком сложно транспортировать (малые объемы, хотя и радиоактивность)
Ядерный

Регулировка подачи "окислителя" т.е. нейтронов за счет перемещения графитовых стержней - поглотителей нейтронов
Да
Собрать определенное количество топлива
При нормальных условиях
Термоядерный
Очень сложно собрать (малые объемы трития), но не сложно транспортировать (т.к. малые объемы и не слишком радиоактивно) Так сложно, что трудно даже написать
Нет
Собрать топливо и поместить в специальную среду
10 млн. градусов
Солнечный свет Не сложно собрать (при хорошей погоде), не нужно подготавливать, нет необходимости транспортировать (есть везде) фото-электрический Регулировка нормали фотоэлементов к излучению Да Будет работать, пока светит солнце При
нормальных условиях

* - под переносом понимается именно перенос первичного рабочего тела (топлива): воды, ветра, дров и т.д., а не перенос преобразованной энергии т.е. электричества.

** - нормальное атмосферное давление, температура в районе 20 градусов

Из таблицы легко видно, что все используемые источники энергии, кроме термоядерной основаны на управляемой цепной реакции при нормальных условиях т.е. такой работе, которая сама себя воспроизводит в условиях Земли. Даже атомная станция воспроизводится в условиях Земли т.к. существует природный ядерный реактор в карьере Окло в Габоне. Только термоядерная реакция в Земных условиях не может запускаться в режиме управляемой цепной реакции. Сейчас эту проблему пытаются решить создав в условиях Земли условия Солнца (пусть и в малом объеме). Но никак не получается. 

В технике широко известен путь решения задач под названием - "Подсмотреть у природы". Если на Земле не удается создать процессы происходящие на Солнце, то может быть обратить внимание на процессы, которые происходят на Земле? Какими они должны обладать признаками, чтобы можно было их найти?
  1. Суть процесса (его "движок") должен находиться на микроскопическом уровне
    (Иначе его давно бы заметили)

  2. Результат процесса должен проявляться на макроскопическом уровне
    (Нам же энергия нужна на макроскопическом уровне)

  3. Процесс должен воспроизводиться в нормальных условиях Земли
    (Иначе возвращаемся в проблему ЦЕРНа и Токомака)

  4. Процесс должен быть управляемым настолько, чтобы можно было "подсмотреть" механизм этого управления, а не только понимать, что оно вообще есть.
    (Это главное, что мы будем подсматривать у Природы по этому вопросу т.к. микроскопических процессов - много, а вот управляемых...)

  5. Повторение этого процесса в виде технологии должно включать в себя современные достижения технологий, но такие, которые не требуют при работе создания условий Солнца на Земле на макроскопическом уровне
    ( Очевидно, что современные технологии, возникшие за последние 20-30 лет не изменяют сути попытки зажигания Солнца на Земле, а обслуживают идею 70-ти летней давности: сверхпроводимость позволяет делать более мощные и компактные магниты для удержания плазмы, но сама идея плазмы никак не изменяется. Мне же представляется, что надо попытаться включить их напрямую, как неотъемлемую часть идеи и процесса запуска термоядерной управляемой реакции в нормальных условиях Земли )

Что-же это за процесс, который может быть примером, который бы отвечал всем этим условиям? Есть ли он вообще? Думаю - да. Но об этом в следующей статье.

Теги: термоядерная реакция, термоядерный синтез

Комментарии


Зеленоградский ВОИР

Салон изобретений и инновационных технологий «Архимед»
Салон изобретений и инновационных технологий «Архимед»
Опубликовал: Андрей Андрианов
Теги: инновации, патенты, изобретательство, салон Архимед, школьники, студенты

Что такое «Главконструктор»?

«Главный конструктор» - проект ресурса по подготовке и продвижению изобретений, на котором осуществляется: организация и проведение экспертизы (для инвесторов), формирование общественного мнения (для продвижения), подготовка социально-адаптированных решений (САР) для «включения» таких решений в планы социально-экономического развития структур и территорий (для государства).

Подробнее о проекте


Статьи

Завтра не наступит
Завтра не наступит
Опубликовал: Андрей Андрианов
Теги: энергетика, будущее, кредит, альтернативная

Школа изобретательства и инноватики

Школа изобретательства: теория и практика. Итоги.
Школа изобретательства: теория и практика. Итоги.
Опубликовал: Вячеслав Локтев
Теги: инновации, обучение, изобретательство, школьники, студенты
Консультации в Школе инноватики и изобретательства.
Консультации в Школе инноватики и изобретательства.
Опубликовал: Андрей Ильичев
Теги: инновации, изобретатели, молодежь, будущее, НТТМ

Теги