Анейтронный синтез - Aneutronic fusion

Литий-6 –дейтерий реакция синтеза: анейтронная реакция синтеза, при которой выделяемая энергия переносится альфа-частицы, а не нейтроны.

Анейтронный синтез любая форма термоядерная энергия в котором очень мало энергия освобожденный переносится нейтронами. Хотя самый низкий порог реакции ядерного синтеза высвобождают до 80% своей энергии в виде нейтроны, анейтронные реакции выделяют энергию в виде заряженных частиц, обычно протоны или альфа-частицы. Успешный аневтронный синтез значительно уменьшит проблемы, связанные с нейтронное излучение такие как повреждение ионизирующее излучение, нейтронная активация, а также требования к биологической защите, удаленному обращению и безопасности.

Поскольку преобразовать энергию заряженных частиц в электрическую энергию проще, чем преобразовать энергию незаряженных частиц, анейтронная реакция была бы привлекательной для энергосистем. Некоторые сторонники видят потенциал для резкого снижения затрат за счет прямого преобразования энергии в электричество, а также за счет устранения излучения нейтронов, от которого трудно защитить.[1][2] Однако условия, необходимые для использования анейтронного синтеза, гораздо более экстремальные, чем условия, необходимые для дейтерий –тритий (D-T) синтез исследуется в ИТЭР.

Кандидатские реакции

Некоторые ядерные реакции не производят нейтронов ни на одной из своих ветвей. Те, у кого самый большой поперечные сечения эти:

Анейтронные реакции с высоким ядерным сечением[1]
ИзотопыРеакция
Дейтерий - Гелий-32D+3Он→ 4Он+1п+ 18.3 МэВ
Дейтерий - Литий-62D+6Ли→24Он  + 22,4 МэВ
Протон - Литий-61п+6Ли→4Он+3Он+ 4,0 МэВ
Гелий-3 - Литий-63Он+6Ли→24Он+1п+ 16,9 МэВ
Гелий-3 - Гелий-33Он+3Он→ 4Он+2 1п+ 12,86 МэВ
Протон - Литий-71п+7Ли→24Он  + 17,2 МэВ
Протон - Бор-111п+11B→34Он  + 8,7 МэВ
Протон - Азот1п+15N→ 12C+4Он+ 5,0 МэВ

Определение

Реакции слияния можно классифицировать по нейтронность реакции - доля энергии синтеза, выделяемая в виде нейтронов. Это важный показатель масштабов проблем, связанных с нейтронами, таких как радиационное повреждение, биологическая защита, удаленное обращение и безопасность. Штат Нью-Джерси определил анейтронную реакцию как реакцию, в которой нейтроны несут не более 1% общей выделяемой энергии,[3] хотя многие статьи об анейтронном синтезе[4] включать реакции, не соответствующие этому критерию.

Скорость реакции

Сложность термоядерной реакции характеризуется энергией, необходимой ядрам для преодоления их взаимного электростатического отталкивания, так называемого Кулоновский барьер. Это функция общего электрического заряда топливных ионов и, таким образом, минимизирована для тех ионов с наименьшим числом протоны. Противодействие электростатическому отталкиванию - это ядерная сила, которая растет с числом нуклонов.

В большинстве концепций термоядерных реакторов энергия, необходимая для преодоления кулоновского барьера, обеспечивается столкновениями с другими ионами топлива. В термализованной жидкости, такой как плазма, температура соответствует энергетическому спектру согласно Распределение Максвелла – Больцмана. Газы в этом состоянии будут иметь совокупность частиц с очень высокой энергией, даже если основная масса газа имеет гораздо более низкую среднюю энергию. Устройства Fusion полагаются на этот дистрибутив; даже при температурах в объеме, намного ниже энергии кулоновского барьера, энергия, выделяемая в результате реакций, настолько велика, что улавливание ее части обратно в топливо приведет к тому, что популяция высокоэнергетических ионов внутри него будет достаточно высокой, чтобы поддерживать реакцию.

Таким образом, стабильная работа реактора основана на балансе между скоростью, с которой энергия добавляется к топливу в результате реакций термоядерного синтеза, и скоростью, с которой энергия теряется в окружающую среду в результате широкого разнообразия процессов. Эту концепцию лучше всего выразить как тройное произведение слияния, произведение температуры, плотности и «времени удержания», количество времени, в течение которого энергия остается в топливе перед утечкой в ​​окружающую среду. Произведение температуры и плотности дает скорость реакции для любого данного топлива. Скорость реакции пропорциональна ядерное сечение («σ»).[1][5]

Любое термоядерное устройство имеет максимальное давление плазмы, которое оно может выдержать, и экономичное устройство всегда будет работать около этого максимума. При таком давлении наибольшая мощность плавления достигается, когда температура выбирается так, чтобы <σv> / T2 это максимум. Это также температура, при которой значение тройного произведения нТлτ, необходимое для воспламенения, является минимальным, поскольку это требуемое значение обратно пропорционально <σv> / T2 (увидеть Критерий Лоусона ). Плазма «воспламеняется», если реакции синтеза производят достаточно энергии для поддержания температуры без внешнего нагрева.

Поскольку кулоновский барьер является продуктом количества нуклонов в топливных ионах, разновидности тяжелого водорода, дейтерий и тритий (D-T), дайте топливо с наименьшим общим кулоновским барьером. Все другие возможные виды топлива будут иметь более высокий кулоновский барьер и, следовательно, потребуют более высоких рабочих температур. Кроме того, топливо D-T имеет самое высокое ядерное сечение, что означает, что скорость реакции будет выше, чем у любого другого топлива. Это значит, что D-T Fusion проще всего достичь, и можно сравнить потенциал других видов топлива, сравнив его с реакцией D-T. В таблице ниже показаны температура воспламенения и сечение трех возможных анейтронных реакций по сравнению с D-T:

РеакцияЗажигание
Т [кэВ]		<σv> / Т2 [м3/ с / кэВ2]
2
1D
-3
1Т
13.61.24×10−24
2
1D
-3
2Он
582.24×10−26
п+-6
3Ли
661.46×10−27
п+-11
5B
1233.01×10−27

Как видно, наиболее легко воспламеняемая из аневтронных реакций D-3Он имеет температуру воспламенения более чем в четыре раза выше, чем у D-T-реакции, и, соответственно, более низкие поперечные сечения, в то время как p-11Реакцию B почти в десять раз труднее зажечь.

Технические проблемы

Многие проблемы остаются до коммерциализации анейтронных процессов.

Температура

Подавляющее большинство исследований в области термоядерного синтеза было направлено на синтез D-T, который легче всего осуществить. Хотя первые эксперименты в этой области начались в 1939 году, а серьезные усилия продолжаются с начала 1950-х годов, по состоянию на 2020 год. нам еще много лет от достижения точка безубыточности используя даже это топливо. В термоядерных экспериментах обычно используется D-D, потому что дейтерий дешев и прост в обращении, поскольку он нерадиоактивен. Провести эксперименты по термоядерному синтезу D-T сложнее, потому что тритий дорог и радиоактивен, что требует дополнительных мер защиты окружающей среды и безопасности.

Комбинация более низкого поперечного сечения и более высоких скоростей потерь при синтезе D-He3 в некоторой степени компенсируется тем, что реагентами являются, в основном, заряженные частицы, которые передают свою энергию обратно в плазму. Эта комбинация функций компенсации требует рабочей температуры примерно в четыре раза выше, чем у системы D-T. Однако из-за высокой скорости потерь и, как следствие, быстрой смены энергии, время удержания рабочего реактора должно быть примерно в пятьдесят раз выше, чем D-T, а плотность энергии примерно в 80 раз выше. Это требует значительного прогресса в физике плазмы.[6]

Для синтеза протона с бором требуются энергии ионов и, следовательно, температуры плазмы, почти в десять раз превышающие таковые для D-T-синтеза. Для любой заданной плотности реагирующих ядер скорость реакции протон-бор достигает максимальной скорости около 600 кэВ (6,6 миллиарда градусов Цельсия или 6,6 гигакельвины )[7] в то время как D-T имеет пик около 66 кэВ (765 миллионов градусов Цельсия, или 0,765 гигакельвина). Для концепций ограничения давления оптимальным рабочие температуры примерно в 5 раз ниже, но соотношение по-прежнему примерно десять к одному.

Баланс сил

Пиковая скорость реакции p–11B составляет лишь одну треть от D-T, что требует лучшего удержания плазмы. Удержание обычно характеризуется временем τ, в течение которого должна сохраняться энергия, чтобы выделяемая мощность термоядерного синтеза превышала мощность, необходимую для нагрева плазмы. Могут быть получены различные требования, чаще всего произведение плотности, пτ, а произведение с давлением нТлτ, оба из которых называются Критерий Лоусона. В пτ требуется для p–11B в 45 раз выше, чем у D-T. В нТлТребуемое τ в 500 раз больше.[8] (Смотрите также нейтронность, требование удержания и плотность мощности.) Так как свойства удержания обычных подходов к термоядерной реакции, такие как токамак и лазерная сварка гранул маргинальны, большинство аневтронных предложений используют радикально разные концепции ограничения.

В большинстве термоядерной плазмы тормозное излучение радиация является основным каналом потерь энергии. (Смотрите также тормозные потери в квазинейтральной изотропной плазме.) Для p–11B, некоторые расчеты показывают, что тормозное излучение мощность будет как минимум в 1,74 раза больше, чем мощность термоядерного синтеза. Соответствующее соотношение для 3Он-3Его реакция лишь немного более благоприятна на уровне 1,39. Это не применимо к ненейтральной плазме и отличается от анизотропной плазмы.

В обычных конструкциях реакторов, будь то на основе магнитный или инерционное удержание, тормозное излучение может легко выйти из плазмы и считается чистым термином потери энергии. Перспектива была бы более благоприятной, если бы плазма могла реабсорбировать излучение. Поглощение происходит в основном через Томсоновское рассеяние на электроны,[9] которое имеет полное сечение σТ = 6.65×10−29 м². В смеси 50–50 D-T это соответствует диапазону 6,3 г / см².[10] Это значительно выше критерия Лоусона для ρр > 1 г / см², что уже трудно достичь, но может быть достигнуто в инерционных системах удержания.[11]

В мегатесла магнитные поля а квантово-механический Эффект может подавить передачу энергии от ионов к электронам.[12] Согласно одному расчету,[13] Потери на тормозное излучение могут быть уменьшены до половины мощности термоядерного синтеза или менее. В сильном магнитном поле циклотронное излучение даже больше, чем тормозное. В поле мегатесла электрон потерял бы свою энергию из-за циклотронного излучения за несколько пикосекунд, если бы излучение могло уйти. Однако в достаточно плотной плазме (пе > 2.5×1030 м−3, плотность больше, чем у твердого[14]), циклотронная частота меньше чем в два раза плазменная частота. В этом хорошо известном случае циклотронное излучение захватывается внутри плазмоида и не может выйти, кроме как через очень тонкий поверхностный слой.

В то время как поля мегатесла еще не были получены, поля в 0,3 мегатесла были получены с помощью лазеров высокой интенсивности,[15] и поля 0,02–0,04 мегатесла наблюдались с фокус плотной плазмы устройство.[16][17]

При гораздо более высоких плотностях (пе > 6.7×1034 м−3) электроны будут Ферми вырожденный, что подавляет потери на тормозное излучение как напрямую, так и за счет уменьшения передачи энергии от ионов к электронам.[18] Если необходимые условия могут быть достигнуты, чистое производство энергии из p–11B или D–3Он может быть топливом. Однако вероятность создания осуществимого реактора, основанного исключительно на этом эффекте, остается низкой, поскольку усиление прогнозируется менее 20, в то время как обычно считается необходимым более 200.

Удельная мощность

В каждом опубликованном проекте термоядерной электростанции та часть станции, которая производит термоядерные реакции, намного дороже, чем часть, которая преобразует ядерную энергию в электричество. В этом случае, как и в большинстве энергосистем, важной характеристикой является плотность мощности.[19] Удвоение удельной мощности снижает как минимум вдвое стоимость электроэнергии. Кроме того, необходимое время удержания зависит от плотности мощности.

Однако нетривиально сравнивать удельную мощность, вырабатываемую различными термоядерными топливными циклами. Случай наиболее благоприятный для p–11B по сравнению с топливом D-T представляет собой (гипотетическое) ограничивающее устройство, которое хорошо работает только при температурах ионов выше примерно 400 кэВ, в которых параметр скорости реакции <σv> одинаково для двух видов топлива, и это работает с низкой температурой электронов. п-11B не требует такого длительного времени удержания, потому что энергия его заряженных продуктов в два с половиной раза выше, чем у D-T. Однако ослабление этих предположений, например, рассмотрение горячих электронов, разрешение реакции D-T протекать при более низкой температуре или включение энергии нейтронов в расчет смещает преимущество плотности мощности в сторону D-T.

Наиболее распространенным допущением является сравнение плотностей мощности при одном и том же давлении, выбор температуры ионов для каждой реакции, чтобы максимизировать плотность мощности, и с температурой электронов, равной температуре ионов. Хотя схемы локализации могут быть, а иногда и ограничены другими факторами, большинство хорошо изученных схем имеют какой-то предел давления. В этих предположениях плотность мощности для p–11B примерно в 2100 раз меньше, чем для D-T. Использование холодных электронов снижает это отношение примерно до 700. Эти числа являются еще одним показателем того, что анейтронная термоядерная энергия невозможна при использовании основных концепций удержания.

Исследование

Ни одна из этих компаний еще не проверила свое устройство с водородно-борным топливом, поэтому ожидаемые характеристики основаны на экстраполяции теории, экспериментальных результатов с другими видами топлива и моделирования.

  • Пикосекундный импульс 10-тераваттного лазера привел к созданию анейтронного синтеза водород-бор для российской группы в 2005 году.[35] Однако количество образующихся α-частиц (около 103 за лазерный импульс) было низким.
  • Французская исследовательская группа синтезированные протоны и ядра бора-11 с использованием лазерно-ускоренного протонного пучка и высокоинтенсивного лазерного импульса. В октябре 2013 года они сообщили о 80 миллионах термоядерных реакций в течение 1,5 наносекундного лазерного импульса.[36]
  • В 2016 году команда Шанхайского Китайская Академия Наук произвел лазерный импульс мощностью 5,3 петаватт с Сверхинтенсивная сверхбыстрая лазерная установка (SULF) и сможет достичь 10 петаватт с тем же оборудованием. Сейчас команда строит 100-петаваттный лазер. Станция экстремального света (SEL) планируется ввести в эксплуатацию к 2023 году. Он сможет производить античастицы (электрон-позитронные пары ) из вакуум. Аналогичный европейский проект также существует в те же сроки, лазер мощностью 200 ПВт, известный как Инфраструктура Extreme Light (ЭЛИ). Хотя эти два проекта в настоящее время не связаны с исследованиями аневтронного термоядерного синтеза, они показывают, как аневтронная ядерная энергия может выиграть от гонки за экзаватт (1018 Вт) и даже зеттаватт (1021 Ж) лазеры.[37]

Возможные виды топлива

Гелий-3

Смотрите также: гелий-3

В 3Реакция He-D была изучена как альтернативная термоядерная плазма, поскольку это топливо с самым низким энергетическим порогом для анейтронной термоядерной реакции.

Скорости реакций протон-литий-6, гелий-3-литий и гелий-3-гелий-3 не особенно высоки в тепловой плазме. Однако, если рассматривать их как цепь, они предлагают возможность повышенной реактивности из-за нетепловое распределение. Продукт 3Он из реакции Протон-литий-6 мог участвовать во второй реакции до термализации, а продукт p из гелия-3-лития мог участвовать в первой реакции до термализации. К сожалению, подробный анализ не показывает достаточного повышения реактивности, чтобы преодолеть изначально низкое поперечное сечение.[нужна цитата ]

В 3Его реакция страдает от проблемы с доступностью гелия-3. 3Он встречается в природе на Земле лишь в незначительных количествах, поэтому его придется либо вывести из нейтронных реакций (противодействуя потенциальному преимуществу анейтронного синтеза), либо добыть из внеземных источников.

Количество топлива Гелий-3, необходимое для крупномасштабных применений, также можно выразить с точки зрения общего потребления: согласно Управление энергетической информации США, «Потребление электроэнергии 107 миллионами домохозяйств США в 2001 году составило 1140 миллиардов кВт · ч» (1,14 × 1015 Вт · ч). Снова предполагая 100% эффективность преобразования, для этого сегмента энергопотребления США потребуется 6,7 тонны гелия-3 в год, то есть от 15 до 20 тонн в год, учитывая более реалистичную эффективность сквозного преобразования. Извлечение такого количества чистого гелия-3 повлечет за собой переработку 2 миллиардов тонн лунного материала в год, даже если предположить, что степень извлечения составляет 100%.

Дейтерий

Хотя реакции дейтерия (дейтерий + гелий-3 и дейтерий + литий-6) сами по себе не выделяют нейтронов, в термоядерном реакторе плазма также будет вызывать побочные реакции D-D, которые приводят к продукту реакции гелия-3 и нейтрона. Хотя образование нейтронов можно минимизировать, запустив плазменную реакцию в горячей и обедненной дейтерием, доля энергии, высвобождаемой в виде нейтронов, вероятно, составляет несколько процентов, так что эти топливные циклы, хотя и бедны нейтронами, не соответствуют порогу в 1%. Увидеть Гелий-3. D-3Его реакция также страдает от 3У него проблема доступности топлива, о чем говорилось выше.

Литий

Реакции синтеза с участием лития хорошо изучены благодаря использованию лития для выращивания трития в термоядерное оружие. По сложности зажигания они занимают промежуточное положение между реакциями, в которых участвуют частицы с более низким атомным числом, H и He, и 11B реакция.

P–7Реакция Li, хотя и имеет высокую энергию, выделяет нейтроны из-за большого сечения альтернативной реакции образования нейтронов. 1р + 7Ли → 7Быть + п[38]

Бор

По указанным выше причинам многие исследования анейтронного синтеза сосредоточены на реакции p–11B,[39][40] который использует относительно легко доступное топливо. При слиянии ядра бора с протоном образуются энергичные альфа-частицы (ядра гелия).

Так как зажигание p–11Реакция B намного сложнее, чем реакция D-T, изучаемая в большинстве программ термоядерного синтеза, альтернативы обычным токамак Обычно предлагаются термоядерные реакторы, например, лазерные термоядерный синтез с инерционным удержанием.[41] В одном из предложенных методов синтеза протон-бор используется один лазер для создания бор-11 плазма а другой - для создания потока протонов, которые врезаются в плазму. Генерируемый лазером протонный пучок дает десятикратное увеличение синтеза бора, поскольку протоны и ядра бора сталкиваются напрямую. В более ранних методах использовалась твердая боросодержащая мишень, «защищенная» электронами, что снижало скорость синтеза.[42] Эксперименты предполагают, что лазерный импульс петаваттного масштаба может вызвать «лавинную» термоядерную реакцию.[41][43] Эта возможность, однако, остается весьма спорной.[44] Плазмы хватает примерно на один наносекунда, требующий импульса протонов, который длится один пикосекунда, чтобы быть точно синхронизированным. В отличие от традиционных методов этот подход не требует магнитного удержания плазмы. Пучку протонов предшествует пучок электронов, генерируемый тем же лазером, который отталкивает электроны в плазме бора, давая протонам больше шансов столкнуться с ядрами бора и инициировать синтез.[42]

Остаточная радиация

Детальные расчеты показывают, что не менее 0,1% реакций в термическом p–11Плазма B будет производить нейтроны, и энергия этих нейтронов будет составлять менее 0,2% от общей выделенной энергии.[45]

Эти нейтроны возникают в основном в результате реакции[46]

11B + α → 14N + n + 157 кэВ

Сама реакция производит всего 157 кэВ, но нейтрон будет нести большую часть альфа-энергии, которая будет близка к Eслияние/3 = 2.9 МэВ. Еще один значительный источник нейтронов - реакция

11B + p → 11C + n - 2,8 МэВ.

Эти нейтроны менее энергичны, их энергия сопоставима с температурой топлива. К тому же, 11C сам по себе радиоактивен, но быстро распадается на 11B с периодом полураспада всего 20 минут.

Поскольку в этих реакциях участвуют реагенты и продукты первичной реакции синтеза, было бы трудно дополнительно снизить образование нейтронов на значительную долю. Продуманная схема магнитного удержания в принципе могла бы подавить первую реакцию, извлекая альфы, как только они создаются, но тогда их энергия не будет доступна, чтобы поддерживать плазму горячей. Вторую реакцию можно в принципе подавить по сравнению с желаемым синтезом, удалив высокоэнергетический хвост распределения ионов, но это, вероятно, будет запрещено мощностью, необходимой для предотвращения термализации распределения.

Помимо нейтронов, большое количество твердых Рентгеновские лучи будет производиться тормозное излучение, 4, 12 и 16 МэВ гамма лучи будет производиться реакцией синтеза

11B + p → 12C + γ + 16,0 МэВ

с вероятностью ветвления относительно первичной реакции синтеза около 10−4.[47]

Водород должен быть изотопно чистый и приток примесей в плазму должен контролироваться, чтобы предотвратить побочные реакции образования нейтронов, такие как:

11B + d → 12C + n + 13,7 МэВ
д + д → 3He + n + 3,27 МэВ

Конструкция экранирования снижает производственную дозу нейтронного и гамма-излучения для операторов до незначительного уровня. Основными компонентами будут вода для замедления быстрых нейтронов, бор для поглощения замедленных нейтронов и металл для поглощения рентгеновских лучей. Общая толщина оценивается примерно в один метр, в основном вода.[48]

Захват энергии

Смотрите также: Прямое преобразование энергии

Анейтронный синтез производит энергию в виде заряженных частиц вместо нейтроны. Это означает, что энергия анейтронного синтеза может быть захвачена с использованием прямого преобразования вместо паровой цикл который используется для нейтронов. Методы прямого преобразования могут быть индуктивными, основанными на изменениях магнитных полей, электростатическими, основанными на питании заряженных частиц против электрического поля, или фотоэлектрическими, в которых улавливается энергия света. В импульсном режиме можно использовать индукционные методы.[49]

Прямое электростатическое преобразование использует движение заряженных частиц для создания Напряжение. Это напряжение запускает электричество в проводе. Это превращается в электрическую энергию, противоположную большинству явлений, в которых для приведения частицы в движение используется напряжение. Прямое преобразование энергии делает обратное. Он использует движение частицы для создания напряжения. Это было описано как линейный ускоритель бег назад.[50] Одним из первых сторонников этого метода был Ричард Ф. Пост в Лоуренс Ливермор. Он предложил захватить кинетическая энергия заряженных частиц, когда они были выпущены из термоядерного реактора, и преобразовать это в напряжение, чтобы управлять током в проводе.[51] Пост помог разработать теоретические основы прямого преобразования, которые позже продемонстрировали Барр и Мойр. Они продемонстрировали 48-процентную эффективность захвата энергии на Эксперимент с тандемным зеркалом в 1981 г.[52]

Анейтронный синтез теряет большую часть своей энергии в виде света. Эта энергия возникает в результате ускорения и замедления заряженных частиц. Эти изменения скорости могут быть вызваны тормозным излучением или циклотронное излучение или синхротронное излучение или взаимодействия электрического поля. Излучение можно оценить с помощью Формула лармора и поставляется в рентгеновском, ИК, УФ и видимом спектрах. Часть энергии, излучаемой в виде рентгеновских лучей, может быть преобразована непосредственно в электричество. Из-за фотоэлектрический эффект Рентгеновские лучи, проходя через массив проводящих фольг, передают часть своей энергии электронам, которые затем могут улавливаться электростатически. Поскольку рентгеновские лучи могут проходить через материал гораздо большей толщины, чем электроны, для поглощения рентгеновских лучей необходимы сотни или тысячи слоев.[53]

использованная литература

  1. ^ а б c Harms, A. A .; Schoepf, Klaus F .; Кингдон, Дэвид Росс (2000). Принципы термоядерной энергии: введение в термоядерную энергию для студентов, изучающих науку и технику. World Scientific. С. 8–11. ISBN  978-981-238-033-3.
  2. ^ Ларри Т. Кокс-младший, Франклин Б. Мид-младший и Чан К. Чой-младший, (1990). «Список термоядерных реакций с данными поперечного сечения четырех продвинутых реакций»], Технология Fusion, Том 18, нет. 2. Проверено 7 мая 2019.
  3. ^ "Ассамблея, № 2731, штат Нью-Джерси, 212-й законодательный орган". Njleg.state.nj.us. 2 марта 2006 г.. Получено 2012-04-01.
  4. ^ Дж. Рис Рот (1989). "Космическое применение термоядерной энергии", Технология Fusion, Том 15, нет. 3. Проверено 7 мая 2019.
  5. ^ Райнер Фельдбахер и Манфред Хайндлер (1 августа 1988 г.). «Основные параметры сечения анейтронного реактора», Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование, том 271, № 1, с. 55-64. DOI: 10.1016 / 0168-9002 (88) 91125-4.
  6. ^ Мотевалли, Сейед Мохаммад; Фадаи, Ферештех (7 февраля 2015 г.). «Сравнение условий горения дейтерий-трития и дейтерий-гелий-3 реакции и пределы устойчивости». Zeitschrift für Naturforschung. 70 (2). Дои:10.1515 / zna-2014-0134.
  7. ^ Лернер, Эрик Дж .; Терри, Роберт Э. (2007-10-16). «Продвигается к синтезу pB11 с фокусом плотной плазмы». arXiv:0710.3149 [Physics.plasm-ph ].
  8. ^ На обоих рисунках предполагается, что электроны имеют ту же температуру, что и ионы. Если работа с холодными электронами возможна, как обсуждается ниже, относительный недостаток p–11B будет в три раза меньше, как рассчитано Вот.
  9. ^ Лекция 3: Ускоренные заряды и тормозное излучение, конспекты лекций по астрофизике от Криса Флинна, обсерватория Туорла
  10. ^ мя/ σТ = 2.5×(1.67×10−24 г) / (6,65 × 10−25 см²) = 6,28 г / см²
  11. ^ Роберт В. Б. Бест. «Усовершенствованные топливные циклы термоядерного синтеза». Fusion Technology, Vol. 17 (июль 1990 г.), стр. 661–5.
  12. ^ Миллер Г.С., Солпитер Э., Вассерман И., Торможение падающей плазмы в атмосферах аккрецирующих нейтронных звезд. I. Изотермические атмосферы, Астрофизический журнал, 314: 215–233, 1987 г. 1 марта. В одном случае они сообщают об увеличении длины остановки в 12 раз.
  13. ^ E.J. Лернер, Перспективы слияния p11B с фокусом на плотной плазме: новые результаты (Материалы пятого симпозиума по текущим тенденциям в международных исследованиях термоядерного синтеза), 2002, https://arxiv.org/abs/physics/0401126
  14. ^ При условии напряженности поля 1 МТ. Это в несколько раз выше плотности твердого тела.
  15. ^ «Измерения поляризации рентгеновских лучей при релятивистских лазерных интенсивностях» В архиве 21 июля 2007 г. Wayback Machine, П. Байерсдорфер, и другие.
  16. ^ Бостик, W.H. и другие., Анна. NY Acad. Sci., 251, 2 (1975)
  17. ^ Магнитное давление при 1 МП будет 4 × 1011 МПа. Для сравнения предел прочности из нержавеющая сталь обычно составляет 600 МПа.
  18. ^ Сын, С .; Фиш, Нью-Джерси (2004). «Анейтронный синтез в вырожденной плазме» (PDF). Письма о физике A. 329 (1–2): 76–82. Bibcode:2004ФЛА..329 ... 76С. Дои:10.1016 / j.physleta.2004.06.054.
  19. ^ Сравнение двух различных типов энергосистем включает в себя множество факторов помимо плотности мощности. Двумя наиболее важными из них являются объем, в котором производится энергия по сравнению с общим объемом устройства, а также стоимость и сложность устройства. Напротив, сравнение двух разных топливных циклов в машине одного и того же типа, как правило, гораздо более надежно.
  20. ^ Лернер, Эрик Дж. (28 января 2011 г.). «Теория и экспериментальная программа синтеза p-B11 с фокусом плотной плазмы». Журнал термоядерной энергии. 30 (5): 367–376. Bibcode:2011JFuE ... 30..367л. Дои:10.1007 / s10894-011-9385-4.
  21. ^ Focus Fusion: самый быстрый путь к дешевой и чистой энергии
  22. ^ Контракт JPL 959962, Контракт JPL 959962
  23. ^ Космический двигатель Иллинойского университета В архиве 2011-01-26 на Wayback Machine
  24. ^ Бюссар Р. У. и Джеймсон Л. У., Спектр силовых установок инерциально-электростатического синтеза: от дыхания воздух до межзвездного полета В архиве 2007-09-30 на Wayback Machine, Журнал движения и мощности Vol. 11, No. 2, март – апрель 1995 г.
  25. ^ Следует ли Google перейти на ядерную технологию? - Видео доктора Бюссара, представляющего свою концепцию аудитории в Google.
  26. ^ Ростокер, Норман; Binderbauer, Michl W .; Монкхорст, Хендрик Дж. (21 ноября 1997 г.). "Термоядерный реактор на встречных пучках". Наука. Американская ассоциация развития науки. 278 (5342): 1419–1422. Bibcode:1997Научный ... 278.1419R. Дои:10.1126 / science.278.5342.1419. PMID  9367946.
  27. ^ Гота, Хироши; Binderbauer, Michl W .; Guo, Houyang Y .; Тушевский, Мишель; команда TAE (16 августа 2011 г.). Хорошо ограниченная плазма с обращенной полевой конфигурацией, образованная динамическим слиянием двух сталкивающихся компактных тороидов в C-2 (PDF). Семинары по инновационным концепциям удержания (ICC) и американо-японской плазме компактного тора (CT). Сиэтл, Вашингтон: Вашингтонский университет. Получено 17 мая 2014.
  28. ^ Веллер, Генри Р. (10 октября 2012 г.). Структуры Tri-Alpha в 12C (PDF). Легкие ядра из семинара "Первые принципы". Институт ядерной теории: Вашингтонский университет. Получено 16 мая 2014.
  29. ^ Малкольм Хейнс и др., Вязкий нагрев ионов за счет насыщенных мелкомасштабных МГД-неустойчивостей в Z-пинче при температуре 200–300 кэВ; Phys. Rev. Lett. 96, 075003 (2006)
  30. ^ "hb11.energy". Сайт HB11 Energy.
  31. ^ Блейн, Лоз (21 февраля 2020 г.). "Радикальный водородно-борный реактор перескочил через современные технологии ядерного синтеза". Новый Атлас. Получено 2020-02-22.
  32. ^ Hora, H .; Eliezer, S .; Кирхгоф, G.J .; и другие. (12 декабря 2017 г.). «Дорожная карта к чистой энергии с использованием зажигания лазерным лучом при синтезе бор-водород». Лазерные лучи и пучки частиц. 35 (4): 730–740. Bibcode:2017LPB .... 35..730H. Дои:10.1017 / S0263034617000799.
  33. ^ Брайан Ван (13 декабря 2017 г.). «Прорыв может сделать коммерческий лазерный ядерный синтез за счет увеличения мощности в миллиарды раз». NextBigFuture.
  34. ^ Уилсон да Силва (14 декабря 2017 г.). «Лазерно-борный синтез теперь« главный претендент »на получение энергии». Отдел новостей UNSW.
  35. ^ Беляев, В.С .; и другие. (2005). «Наблюдение безнейтронных термоядерных реакций в пикосекундной лазерной плазме». (PDF). Физический обзор E. 72 (2): 026406. Bibcode:2005PhRvE..72b6406B. Дои:10.1103 / Physreve.72.026406. PMID  16196717., упомянутый в [email protected] 26 августа 2005 г .: Лазеры запускают более чистый синтез
  36. ^ «Достигнута рекордная скорость синтеза протон-бор | FuseNet». www.fusenet.eu. Архивировано из оригинал на 2014-12-02. Получено 2016-10-11.
  37. ^ Биран Ван (2 февраля 2018 г.). «Лазеры мощностью 100 петаватт могут генерировать антивещество из вакуума и создавать коммерческий ядерный синтез». NextBigFuture.
  38. ^ С. Г. Машник, М. Б. Чедвик, Х. Г. Хьюз, Р. К. Литтл, Р. Э. Макфарлейн, Л. С. Уотерс и П. Г. Янг, «БИБЛИОТЕКА ЯДЕРНЫХ ДАННЫХ 7Li (p, n) ДЛЯ АВАРИЙНЫХ ПРОТОНОВ ЭНЕРГИИ ДО 150 МэВ», 8 февраля 2008 г. ArXiv (проверено 17 января 2017 г.)
  39. ^ Невинс, В. М. (1998). «Обзор требований к локализации усовершенствованных видов топлива». Журнал термоядерной энергии. 17 (1): 25–32. Bibcode:1998JFuE ... 17 ... 25N. Дои:10.1023 / А: 1022513215080.
  40. ^ Пилчер, Пэт (11 января 2010 г.). «Прорыв в термоядерном синтезе - чудодейственное средство для преодоления энергетического кризиса?». Независимый. Лондон. Получено 2010-04-25.
  41. ^ а б «Функциональный синтез водорода и бора может быть здесь« в течение следующего десятилетия »с помощью огромных лазеров». ZME Science. 2017-12-15. Получено 2017-12-16.
  42. ^ а б Коуэн, Р. (2013). «Синтез бора с двумя лазерами открывает путь к безызлучательной энергии». Природа. Дои:10.1038 / природа.2013.13914.
  43. ^ Hora, H .; Eliezer, S .; Кирхгоф, Г. Дж .; Nissim, N .; Wang, J. X .; Lalousis, P .; Xu, Y. X .; Miley, G.H .; Мартинес-Вал, Дж. М. (декабрь 2017 г.). «Дорожная карта к чистой энергии с использованием зажигания лазерным лучом при синтезе бор-водород». Лазерные лучи и пучки частиц. 35 (4): 730–740. Bibcode:2017LPB .... 35..730H. Дои:10.1017 / с0263034617000799. ISSN  0263-0346.
  44. ^ Belloni, F .; Margarone, D .; Picciotto, A .; Schillaci, F .; Джуффрида, Л. (февраль 2018 г.). «Об увеличении скорости реакции синтеза p-11B в лазерной плазме за счет передачи энергии столкновения α → p». Физика плазмы. 25 (2): 020701. Дои:10.1063/1.5007923.
  45. ^ Heindler and Kernbichler, Proc. 5-й международный Конф. по развивающимся системам ядерной энергии, 1989, стр. 177–82. Несмотря на то, что 0,1% - это небольшая доля, мощность дозы все же достаточно высока, чтобы потребовать очень хорошего экранирования, как показано в следующем расчете. Предположим, у нас есть очень маленький реактор, производящий 30 кВт общей термоядерной мощности (полномасштабный энергетический реактор может производить в 100 000 раз больше, чем эта) и 30 Вт в виде нейтронов. Если нет значительного экранирования, рабочий в соседнем помещении на расстоянии 10 м может перехватить (0,5 м²) / (4 пи (10 м)2) = 4×10−4 этой мощности, т. е. 0,012 Вт. При массе тела 70 кг и определении 1 серый = 1 Дж / кг, получаем мощность дозы 0,00017 Гр / с. При добротности 20 для быстрых нейтронов это эквивалентно 3,4 миллизиверты. Максимальная годовая доза на рабочем месте в 50 мЗв будет достигнута через 15 с, летальный (LD50 ) доза 5 Зв будет достигнута через полчаса. Если не будут приняты очень эффективные меры предосторожности, нейтроны также активируют структуру, так что удаленное обслуживание и захоронение радиоактивных отходов было бы необходимо.
  46. ^ В. Кернбихлер, Р. Фельдбахер, М. Хайндлер. «Параметрический анализ p–11B как перспективное реакторное топливо »в исследованиях по физике плазмы и управляемому ядерному синтезу (Proc. 10th Int. Conf., London, 1984) IAEA-CN-44 / I-I-6. Vol. 3 (IAEA, Vienna, 1987).
  47. ^ Как и в случае нейтронной дозы, при таком уровне гамма-излучения необходимо экранирование. Расчет нейтронов в предыдущем примечании будет применяться, если производительность уменьшится в десять раз, а коэффициент качества - с 20 до 1. Без защиты рабочая доза от небольшого (30 кВт) реактора все равно будет достигнута примерно за час.
  48. ^ Эль-Гебали, Лайал, А., Варианты конструкции защиты и влияние на размер и стоимость реактора усовершенствованного топливного реактора Aploo, Proceedings-Symposium on Fusion Engineering, v.1, 1989, pp.388–391. Эта конструкция относится к D – He3, который на самом деле производит больше нейтронов, чем p–11B топливо.
  49. ^ Майли Г.Х. и др., Концептуальный проект экспериментальной установки IEC по производству B-3He, Proceedings - Symposium on Fusion Engineering, v. 1, 1993, pp. 161–164; Л.Дж. Перкинс и др., Новые методы преобразования энергии термоядерного синтеза, ядерные приборы и методы в физических исследованиях, A271, 1988, стр. 188–96.
  50. ^ Мойр, Ральф В. "Прямое преобразование энергии в термоядерных реакторах". Справочник по энергетическим технологиям 5 (1977): 150-54. Интернет. 16 апреля 2013 г.
  51. ^ «Зеркальные системы: топливные циклы, снижение потерь и рекуперация энергии» Р.Ф. Пост, Конференция по ядерному термоядерному реактору BNES в Culham Labs, сентябрь 1969 г.
  52. ^ "Экспериментальные результаты прямого преобразователя пучка на 100 кВ" В. Л. Барр, Р. В. Мойр и Г. Гамильтон, 3 декабря 1981 г., Journal of Fusion Energy Vol 2, No. 2, 1982
  53. ^ Куимби, округ Колумбия, Схема преобразования энергии рентгеновского излучения с высокой тепловой эффективностью для усовершенствованных термоядерных реакторов, Специальная техническая публикация ASTM, т.2, 1977, стр. 1161–1165.

внешние ссылки