Lockheed Martin Compact Fusion Reactor - Lockheed Martin Compact Fusion Reactor

Den Lockheed Martin Compact Fusion Reactor ( CFR ) er en fusjonskraft prosjekt på Lockheed Martin ‘s Skunk Works . Dens høy- beta- konfigurasjon, som innebærer at forholdet mellom plasmatrykk og magnetisk trykk er større enn eller lik 1 (sammenlignet med tokamak- designers 0,05), muliggjør en kompakt fusjonsreaktor (CFR) -design og fremskyndet utvikling.

CFR -sjefsdesigner og teknisk teamleder, Thomas McGuire, studerte fusjon som en kilde til romdrift som svar på et ønske fra NASA om å forbedre reisetiden til Mars.

Historie

Charles Chase ga en presentasjon av reaktorkonseptet i 2013

Prosjektet begynte i 2010, og ble offentlig presentert på Google Solve for X -forumet 7. februar 2013. I oktober 2014 kunngjorde Lockheed Martin en plan om å "bygge og teste en kompakt fusjonsreaktor på mindre enn et år med en prototype til følge innen fem år ". I mai 2016 kunngjorde Rob Weiss at Lockheed Martin fortsatte å støtte prosjektet og ville øke investeringen i det.

Design

En skisse av plasmageometrien og magnetiske spoler inne i en tidlig modell av Lockheed Martins 'kompakte fusjonsreaktor. Denne designen har siden blitt erstattet med en modell som bare bruker to hovedkniver.

CFR planlegger å oppnå høy beta (forholdet mellom plasmatrykk og magnetisk trykk) ved å kombinere innesperring og magnetiske speil for å begrense plasmaet. Cusps er kraftig bøyde magnetfelt. Ideelt sett danner plasmaet en kappe langs overflaten av cusps og plasma lekker ut langs aksen og kantene på det kraftig bøyde feltet. Plasma tapt langs kantene resirkuleres tilbake til tuppene.

CFR bruker to speilsett. Et par ringspeil er plassert inne i det sylindriske reaktorbeholderen i hver ende. Det andre speilet omgir reaktorsylinderen. Ringmagneterne produserer en type magnetfelt kjent som et diamagnetisk spiss, der magnetiske krefter raskt endrer retning og skyver kjernene mot midtpunktet mellom de to ringene. Feltene fra de eksterne magnetene skyver kjernene tilbake mot fartøyets ender.

Magnetfeltstyrke er en økende funksjon av avstand fra sentrum. Dette innebærer at ettersom plasmatrykket får plasmaet til å ekspandere, blir magnetfeltet sterkere ved plasmakanten og øker inneslutningen.

CFR bruker superledende magneter . Disse gjør at sterke magnetiske felt kan opprettes med mindre energi enn konvensjonelle magneter. CFR har ingen nettstrøm, noe Lockheed hevdet eliminerer den viktigste kilden til plasma ustabilitet. Plasmaet har et gunstig overflate-til-volum-forhold, noe som forbedrer innesperring. Plasmas lille volum reduserer energien som trengs for å oppnå fusjon.

Prosjektet planlegger å erstatte mikrobølgeovnemitterne som oppvarmer plasmaet i prototypene sine med nøytral stråleinjeksjon , der elektrisk nøytrale deuteriumatomer overfører energien til plasmaet. Når den er startet, opprettholder energien fra fusjon nødvendig temperatur for påfølgende fusjonshendelser.

Den endelige enheten kan nå 21 m i bredden. Selskapet hevder at hver design iterasjon er kortere og langt lavere kostnad enn store prosjekter som Joint European Torus , ITER eller NIF .

EN 200 MW P th reaktor,18 m lang7 m i diameter, produserer omtrent a2000 tonn reaktor, omtrent like stor som en A5W atomfuelreaktor .

Utfordringer

Ringmagneter krever beskyttelse mot plasmas nøytronstråling. Plasma temperaturer må nå mange millioner kelvin . Superledende magneter må holdes like over absolutt null for å opprettholde superledelse .

Den teppe komponent som linjer i reaktorbeholderen har to funksjoner: den fanger nøytroner og overfører sin energi til et kjølemiddel, og tvinger nøytronene kolliderer med litium -atomer, omforme dem til tritium til drivstoff reaktoren. Teppet må være anslagsvis 80–150 cm tykt og veie 300–1000 tonn.

Prototyper

Prototypen var planlagt å være en 100 megawatt deuterium- og tritiumreaktor på 2,1 x 3,0 m som kunne passe på baksiden av en stor lastebil og ville være omtrent en tiendedel av nåværende reaktorprototyper. 100 megawatt er nok til å gi strøm til 80 000 mennesker. En serie prototyper ble konstruert for å nærme seg dette målet.

T-4

Tekniske resultater presentert på T4 -eksperimentet i 2015 viste et kaldt, delvis ionisert plasma med følgende parametere: topp elektrontemperatur på 20 elektron volt ,10 16  m −3 elektrontetthet, mindre enn 1% ioniseringsfraksjon og3 kW inngangseffekt. Ingen innesperring eller fusjonsreaksjonshastigheter ble presentert.

McGuire presenterte to teoretiske reaktorkonsepter i 2015. Den ene var en ideell konfigurasjon som veide 200 tonn med 1 meter kryogen strålingsavskjerming og 15 tesla magneter. Den andre var en konservativ konfigurasjon som veide 2000 tonn, med 2 meter kryogen stråling og 5 tesla magneter.

T4B

T4B -prototypen ble kunngjort i 2016.

Parametere:

  • 1 m diameter × 2 m lang
    • 1 MW, 25 keV H-nøytral strålevarmeeffekt
    • 3 ms varighet
  • Anta 500 kW omdannes til raske ioner.
  • n =5 × 10 19  m −3
  • β = 1 (felt = 0,1 T )
  • V = 0,2 m 3 ,1170 J total energi
  • Topp T i =75 eV
  • Peak T e =250 eV
  • Topphylster tap = 228 kW , omtrent lik P ei
  • Toppring cusp tap = 15 kW
  • Topp aksialt knustap = 1 kW

TX -reaktor

Parametere:

  • 7 m diameter × 18 m lange, 1 m tykke tepper
  • 320 MW brutto
  • 40 MW varmekraft, 2,3 s
  • n =5 × 10 20  m −3
  • β = 1 (felt = 2,3 T)
  • V = 16,3 m 3 , 51 MJ total energi
  • T i = 9,6 keV
  • T e = 12,6 keV

T5

I juli 2019 uttalte Jeff Babione - visepresident og daglig leder for Skunk Works: "I år bygger vi en annen reaktor - T5 - som vil være en betydelig større og kraftigere reaktor enn vår T4. Vi har nå planlagt å ha den gå på nettet mot slutten av dette året, så det vil være et annet betydelig sprang i kapasitet og mot å demonstrere at fysikken som understreker konseptet vårt fungerer. "

T5 -reaktoren var planlagt å vise oppvarming og oppblåsing av plasmaet, samt måle dybden på den fangede magnetiserte kappen som beskytter veggene mot plasmaet. Det hjelper også med å måle tapene ved grensene til magnetfeltlinjene som inneholder plasmaet krysser eller vikle rundt stilker som holder reaktorens superledende magneter. Spesielt vil T5 demonstrere plasmakilden med høy tetthet og evnen til å fange og begrense nøytralstråleinjektorene som tenner plasmaet.

Kritikk

Fysikkprofessor og direktør for Storbritannias nasjonale fusjonslaboratorium Steven Cowley etterlyste flere data og påpekte at tankegangen i fusjonsforskning er at "større er bedre". Ifølge Cowley tyder erfaring på å bygge andre fusjonsreaktorer på at når maskinstørrelsen er doblet, oppnår man 8 ganger forbedring i varmeklemmen, det er hvor mye av de ekstremt høye temperaturene som trengs for fusjonsreaksjonen, kan inneholdes uten f.eks. varme de avkjølte superledende magneter for mye. Cowley stiller dermed spørsmål ved den foreslåtte lille størrelsen på en arbeidsmaskin.

Se også

Referanser

Eksterne linker