PSNet, developing for LiveStreet CMS

Запостить!

Пока одни мучаются с термоядом, другие расщепили электрон!

В новостях часто освещается тема альтернативных и возобновляемых источников энергии и соответствующих технологий – ветрогенераторов, солнечных коллекторов, биореакторов на водорослях. В этом потоке разработок и инноваций несколько затерялось не менее перспективное направление – термоядерный синтез, квинтэссенцией планов экспериментальной работы с которым является ITER – проект международного экспериментального термоядерного реактора, строящегося во Франции. Планируемый к завершению к 2017, он затем в течение 20 лет будет служить «подопытным», прежде чем можно будет говорить о замене термоядерной энергией традиционных источников. Но есть и хорошие новости.

Начинающая компания General Fusion из Ванкувера, Канада, заявляет о способности сконструировать прототип термоядерной установки в течение следующих 10 лет, затратив не более миллиарда долларов. В данный момент бюджет намного меньший – $13,5 млн, полученных от публичных и частных инвесторов для помощи в становлении компании. В отличие от ITER, который обойдется в $14 млрд, подход General Fusion исключает применение дорогостоящих сверхпроводящих магнитов – токамаков – для удерживания сверхгорячей плазмы, что является необходимым условием протекания реакции. Более того, нет необходимости в применении мощных лазеров, подобных тем, что имеются в National Ignition Facility (NIF, Национальный комплекс имитации ядерных испытаний) в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory), чтобы обеспечить условия, при которых экстремально высокая температура запускает термоядерную реакцию.



Вместо этих технологий компания планирует запустить реакцию с выделением большего количества энергии, чем требуется для ее инициирования, с помощью грубой механическая силы и цифровых технологий контроля, о каковых ученые лет 30 назад не мечтали. Хотя идея может казаться неправдоподобной, но некоторые американские эксперты оценивают разработку General Fusion как научно обоснованную и способную работать. Риск велик, но попытка стоит возможного успеха. Как говорит профессор ядерной инженерии и физики плазмы из Калифорнийского университета (University of California) в Беркли Кен Фоулер (Ken Fowler,), он проанализировал предлагаемое решение и не нашел технических изъянов: «я болею за них. У этих парней может получиться, это настоящий счастливый билет».

Прототип реактора будет состоять из металлической сферы около 3 метров в диаметре, содержащей жидкий сплав лития и свинца. Жидкость будет раскручиваться для создания воронки внутри сферы и формирования вертикальной полости в центре.В этот момент два сферомака – плазменных кольца, удерживаемых вместе собственными магнитными полями, — будут помещены в полость сверху и снизу сферы и объединены в её центре в мишень. Извне металлической сферы установят 220 пневматически контролируемых поршней, запрограммированных на одновременные удары по её поверхности со скоростью 100 м/с. Механическая сила создаст проходящую через свинцово-литиевую смесь акустическую ударную волну, которая будет воздействовать на плазму, сформированную из изотопов водорода дейтерия и трития. Если все пойдет по запланированному сценарию, плазма будет тотчас сжиматься, а изотопы – сливаться в гелий, высвобождая энергию в виде нейтронов, «ловить» которые обязана жидкая смесь металлов. Стремительно увеличивающееся количество тепла предполагается отводить через теплообменник, частично используемый для образования вращающего турбину генератора пара, частично – для создания давления в поршнях перед очередным их «выстрелом».



Конечной целью является инжекция новой плазменной мишени и запуск поршней каждую секунду, в результате чего самоподдерживающийся процесс будет иметь импульсный характер термоядерной реакции. В этом принципиальное отличие от ITER с единственной непрерывной реакцией. Исполнительный директор General Fusion Даг Ричардсон (Doug Richardson) замечает: «Один из наибольших рисков в том, что никто ранее не сжимал сферомаки в отвечающих термоядерному синтезу условиях. Нет причин, по которым это не будет работать, но и доказательств нет». По его словам, понадобится больше времени на сбор денег для прототипа, чем ожидалось, но компания уже в состоянии начать первую фазу создания реактора, включающую 3D-моделирование и утверждение технических характеристик компонентов. Показать готовый демонстрационный вариант сотрудники планируют через 5 лет. А в случае успеха General Fusion намерена построить реактор мощностью 100 МВт четырьмя годами позже, затратив $500 млн и обогнав ITER во времени на 20 лет.



Идея новой разработки, впрочем, не нова. Она основана на проведенной в 1980-х годах Американской военно-морской исследовательской лабораторией (U.S. Naval Research Laboratory) работе в рамках концепции Linus. Проблемой тогда оказалась неспособность ученых найти путь сжатия плазмы до момента потери ей кольцеобразной формы – временное окно для этого существует всего несколько миллисекунд. Занимающаяся ядерными исследованиями компания General Atomics позже предложила идею сжатия плазмы с помощью применения создающих акустическую волну поршней, но в то время попросту не было возможности достаточно точно контролировать скорость и синхронность пневматических элементов. По словам Ричардсона, ныне такие технологии цифровых вычислений существуют. Проект инновационного термоядерного реактора имеет, как и любая иная новаторская концепция, ряд препятствий. Например, менеджер программ термоядерных исследований в Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory) Глен Вурден (Glen Wurden) интересуется: смогут ли они получить сферомаки требуемой плотности, температуры и времени жизни? Получится ли инжектировать два сферомака через противоположные концы полости воронки? Будут ли акустические волны равномерно достигать жидкой смеси металлов? Задача трудная и комплексная, и Ричардсон, по его словам, не ждет «легкой поездки». Но добавляет: «Мечты сбываются».

*********************************************

Электроны являются одними из фундаментальных строительных блоков природы и в изолированном виде неделимы. Тем не менее, это правило, похоже, не соблюдается при их контакте. Как имеющие одинаковый заряд частицы, они отталкивают друг друга и нуждаются в изменении пути своего движения, чтобы не сближаться. В обычных металлах такие процессы вносят небольшие возмущения в поведение электронов. Однако, если их поместить в очень узкий проводник, описанные эффекты усиливаются – разойтись становится сложнее. В 1981 году физик Дункан Хэлден (Duncan Haldane) высказал гипотезу, согласно которой подобные условия плюс низкая температура приведут к делению магнетизма и заряда электронов на частицы нового типа – спиноны и холоны.



Задачей стала необходимость ограничить электроны в «квантовом проводнике» — поднести его достаточно близко к обычному металлу, чтобы электроны из него «прыгнули» посредством квантового туннелирования в проводник. Наблюдая за тем, как интенсивность прыжков меняется с приложенным магнитным полем в процессе эксперимента, команда физиков из Кэмбриджского и Бирмингемского университетов зафиксировала разделение электрона на входе квантового проводника. Условия проведения включали размещение ряда проводников над ровным облаком электронов. Ученые выявили отчетливые индивидуальные признаки двух новых предсказанных частиц.

Доктор Крис Форд (Chris Ford) из Лаборатории Кавендиша Кэмбриджского университета объясняет: «Квантовые проводники широко применяются при соединении квантовых „точек“, которые в будущем будут фундаментом квантовых компьютеров. Поэтому понимание их свойств невозможно переоценить, также как построение более полных теорий сверхпроводимости и проводимости полупроводников вообще. Открытия могут привести к революции в компьютерной технике». Профессор Энди Скофилд (Andy Schofield) из Школы физики и астрономии Бирмингемского университета вторит коллеге: «Возможность контролировать поведение отдельного электрона отвечает революционным возможностям в создании полупроводниковой техники – дешевых компьютеров, iPod и тому подобного. Сможем ли мы контролировать так же эффективно новые частицы, покажет время».

Источники: №1, №2
  • 0
  • 04 августа 2009, 22:40
  • drtot

Комментарии (0)

RSS свернуть / развернуть

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.