Коефіцієнт відтворення термоядерної енергії — Q

Розділ 283. Коефіцієнт відтворення термоядерної енергії — Q

Природно, наступний сегмент конференції, присвячений проєкту Сін Тянь, не потребував проведення Чень Ченя. Після короткого спілкування Чень Ченя із Ся Інь він раптом отримав повідомлення від Маленької X.
Зміст повідомлення Маленької X телефоном полягав у тому, що буквально кілька хвилин тому під час виконання звичайного експерименту з ядерним реактором з інерційним утриманням був виявлений витік атмосферного тиску.
Чень Чень не мав часу мати справу з Ся Інь, оскільки він поспішно пішов у відпустку.
Коли Чень Чень вийшов із Купола Blacklight, він одразу ж увійшов до машини Чень Цао й віддав наказ: «Цао, відвези мене до Шпиля якомога швидше, поспішай!».
Не встиг він закінчити речення, як голос Маленької X охопив слухову систему автомобіля: «Сер Хрещений батько, це була чисельна помилка, термоядерний реактор з інерційним утриманням працює як зазвичай...».
Чень Чень —...
Чень Цао з цікавістю кинув погляд на Чень Ченя у дзеркало заднього виду. — Бос, ви все ще прямуєте до Шпиля?
— Їдьмо, я просто подивлюсь. — Чень Чень знизав руками й наставляв..
Двигун незабаром запустився, і після цього вони залишили Купол Blacklight.
Реактор ядерного синтезу з інерційним утриманням, про який говорила Маленька X, був пристроєм ядерного синтезу, який Чень Чень створив на основі свого вивчення технології з виміру Елізіуму. З кінця минулого року кожна велика фінансова група надала Чень Ченю велику кількість високоточних лазерних компонентів на основі його специфікацій.
Чень Чень навіть виявив, що деякі з цих лазерних компонентів виявилися запасними частинами для офіційних установ NIF у Північній Америці. Було здебільшого невідомо, які саме методи використовували ці сім’ї, щоб навіть отримати лазерні компоненти з проєкту NIF.
Минуло кілька місяців після успішного монтажу термоядерного реактора з інерційним утриманням. За цей час його було успішно підпалено тринадцять разів під час різних експериментів.
Внутрішнє дейтерієво-тритієве паливо каталізувало реакцію ядерного синтезу, яка перетворила його на мініатюрне сонце діаметром один сантиметр.
Крім того, після багаторазового перегляду розрахунків параметрів ядерний синтез з інерційним утриманням тепер можна підтримувати більше ніж п'ять хвилин. Значення Q без особливих зусиль подолало десятизначне значення, досягнувши тепер вісімнадцятизначного значення.
Саме тоді, коли він був настільки близький до того, щоб побачити перший у світі справді керований термоядерний реактор, як раптом надійшли повідомлення про витік атмосферного тиску. Не дивно, що Чень Чень запанікував від цієї думки.
На щастя, це була просто помилкова тривога.
Через пів години, коли Чень Чень сів на ліфт і прибув на експериментальну базу Шпиль. Біля південно-західного кута підземного простору він побачив нещодавно зведену гігантську споруду.
Це була стандартна будівля, схожа на завод з конвеєрним виробництвом. У цей час десятки Чорних Лицарів постійно входили та виходили з будівлі. Вони виявилися дуже зайнятими.
Ця нова будівля з навісною структурою була інерційною електростанцією, яку побудував Чень Чень.
На відміну від ядерних електростанцій, ядерний синтез був абсолютно чистим джерелом енергії, де єдиним побічним продуктом реакції була вода. Крім того, через жорсткість і особливу природу ядерного синтезу реакція автоматично припиняється при виникненні будь-якої несправності в реакторі. Таким чином, було зведено нанівець будь-які шанси небажаних аварій, таких як розповсюдження ядерної радіації.
Саме тому Чень Чень не хвилювався щодо створення фабрики ядерного синтезу на Експериментальній базі Шпиль.
Коли Чень Чень увійшов на фабрику, він одразу ж побачив гігантську циліндричну споруду діаметром понад 30 метрів.
Вся будівля була залізобетонною. Прямо всередині укріпленої будівлі п'ятиметрової товщини знаходився реактор з інерційним утриманням.
Хто б міг уявити, що ця гігантська споруда захищає надвисокий тиск, якого Земля ніколи раніше не бачила, з температурою до сотень мільйонів градусів і атмосферним тиском понад 1000?
Чень Чень глянув на диспетчерську станцію збоку, а потім підняв голову, щоб запитати: «X, яка зараз ситуація?».
— Наразі було п’ятнадцять успішних запалювань поспіль. Період реакції термоядерного реактора з інерційним утриманням перевищив годину, а показник Q перевищив 20.
— Питання стабільності вже вирішено?
Чень Чень кивнув бровою, почувши звіт. — Я пам’ятаю, що в попередньому експерименті навіть надпровідник кімнатної температури не зміг повністю стабілізувати плазму, чи не так?
Маленька X відповіла: «Причина, чому її важко стабілізувати, полягає в тому, що коли плазма зазнає ядерного синтезу, вона стає дуже турбулентною. Це спричиняє її розсіювання та припинення реакції. Щоб полегшити цю проблему, я відвідала основні відомі міжнародні форуми й запропонувала винагороду за рішення. Я також змінила базу даних, щоб мої запитання присуджували більше сотні очок досвіду».
— Це означає, що будь-хто, хто зможе розв’язати запропоноване мною запитання, отримає понад сто очок досвіду на сайті форуму.
— Щоб отримати більше очок досвіду, фізики елементарних частинок палко долучилися й запропонували загалом 341 рішення. На жаль, я сумніваюся, що вони взагалі будуть корисними.
— Зрештою я знайшла справді корисну відповідь на Zhihu від особи, чий псевдонім — Nuclear Boy Sakikawa.
Маленька X цитувала. — Додайте 0,1 мг важких елементів до дейтерієво-тритієвих паливних таблеток, щоб функціонувати як ядро. Важкі елементи будуть тяжіти до центру кулі, і після реакції термоядерного синтезу гранули залишаться у стані високої температури та високого тиску. Це допоможе підтримувати температуру плазми, а також її спрямований тиск у центрі сфери.
— Оскільки тиск підтримується на постійному рівні, гранула не відразу зазнає всенаправленого синтезу. Частина енергії плазми на поверхні буде випущена в навколишню реакційну камеру, яка підтримує баланс між двома об’єктами. Гранула не розширюватиметься й не стискатиметься, а паливо з гранул буде вичавлюватися на поверхню в помірних кількостях, щоб прискорити процес реакції, роблячи реакцію більш довговічною та стабільною...
— Це так просто?
Чень Чень був вражений. — Ця людина є вченим у галузі фізики елементарних частинок? X, чи можеш ти знайти будь-яку інформацію про його справжню особу?
— Я вже його шукала. Ця людина заснувала студію, де він є єдиним працівником. Він стосується написання програмного забезпечення, спам-ботів, сквотінгу торгової марки [1] та багатьох інших аспектів бізнесу.
    [1] Акт про реєстрацію торгової марки на товар, послугу тощо, що належать іншим компаніям
— ...
Треба сказати, що незалежно від того, наскільки витонченою була реплікація дизайну ядерного синтезу Чень Ченя, і як сильно він намагався відобразити технологію в Елізіумі, завжди буде існувати технологічна прогалина.
Однак Чень Чень не очікував, що Маленька X займе інший підхід і розв'яже проблему, збираючи ідеї від мас. Хоча це може призвести до того, що реактор не досягне ефективного масштабу оригінальної версії, цього було більш ніж достатньо для Чень Ченя.
Ядерний синтез з інерційним утриманням.
По правді кажучи, основою ядерного синтезу з інерційним утриманням було наведення декількох лазерів на крихітну ціль, що містить ядерне паливо, за короткий проміжок часу. Це створило мікроядерний синтез, який вивільнив велику кількість енергії.
Після початку першого ядерного синтезу реактор автоматично заповнюється новими паливними агентами. Таким чином ядерний синтез безперервно запалювався, щоб отримати величезну кількість енергії.
Окрім виробництва гіперсиметричних лазерних компонентів, ще однією проблемою було те, що лазерний генератор мав вичерпати велику кількість електроенергії, щоб запалити та викликати реакцію термоядерного синтезу.
Іншими словами, навіть якщо реакція ядерного синтезу ще не була на бажаному рівні, енергія, вироблена реакцією ядерного синтезу, повинна бути принаймні більшою, ніж енергія, споживана запалюванням лазерного генератора, щоб отримати беззбитковість.
Таким чином, необхідно було підняти коефіцієнт відтворення термоядерної енергії, інакше відомий як «Значення Q».
Якщо просто скоротити «Вихідна енергія / Вхідна енергія» як «Значення Q». Q, що перевищує 1, означало, що «вихід був більшим, ніж вхід», це було після врахування вартості енергії. У парової турбіни звичайного котла «термічний ККД» був приблизно 40-70%. Після додавання деяких інших різноманітних втрат, Q що дорівнює 2,5 можна було б приблизно розрахувати як фактичну вартість.
Іншими словами:
Значення Q, що перевищує 0, означало, що була досягнута реакція синтезу. Це було ознакою прориву в основах штучного термоядерного реактора.
Значення Q, яке перевищує 1, означало, що вихідна енергія була більшою, ніж вхідна енергія, отже, «беззбитковість».
Значення Q, яке перевищує 2,5, означало, що вихідна енергія все ще перевищує вхідну після перетворення в електричну енергію. Це було справжнім свідченням успіху «практичного» ядерного синтезу.
Значення Q, що перевищує 50, означало, що вихідна енергія після перетворення в електричну енергію може бути використана для отримання прибутку, що є кроком до «комерціалізації».
Це стало причиною того, що в галузі фізики елементарних частинок з’явився такий вислів: «Не довіряйте нікому, хто не обговорює значення Q керованого ядерного синтезу».
Поточне значення Q термоядерного реактора Чень Ченя з інерційним утриманням на той час досягло 20, що було більш ніж достатньо, щоб покрити експлуатаційні витрати.
Одне незначне нарікання полягало в тому, що Чень Чень не міг використовувати метод «кип’ятіння води» для виробництва електроенергії через недостатній простір у підземній основі, через що він не міг витримувати велику кількість викидів гарячого повітря. Тому Чень Чень вдався до використання техніки «магнітогідродинамічної генерації», яка мала меншу ефективність перетворення енергії.
Техніка не була отримана з виміру Елізіуму, оскільки це була технологія, заснована в реальному світі, і її принцип був дуже простим.
Мініатюрне сонце в реакторі являло собою високотемпературну плазму, обмежену магнітним полем. Плазма всередині також являла собою структуру заряджених частинок, що складалася з позитивно заряджених і негативно заряджених частинок. На основі теорії сил Лоренца заряджені частинки пристрою магнітної рідини можна використовувати для концентрації заряджених частинок у двополюсних провідниках для створення різниці потенціалів. Після цього струм можна було б передати як вихід, просто під'єднавши до нього дріт.
Перевага цієї форми техніки магнітогідродинамічної генерації полягала в тому, що вона була дуже простою в експлуатації, оскільки майже не виникало жодних технічних труднощів. Її недолік полягав у тому, що швидкість перетворення енергії не була зразковою, інакше значення Q термоядерного реактора з інерційним утриманням могло б значно перевищити 50.
Поточне значення Q реакторів ядерного синтезу в авангарді світу коливалося лише близько 1,5, і попереду ще довгий шлях до досягнення самодостатнього значення Q 2,5.
Так чи інакше, Чень Чень переконався, що термоядерний реактор на Експериментальній базі Шпиль мав безумовний успіх. Це також був перший у світі справді зрілий реактор ядерного синтезу.
Згідно з розрахунками Маленької X, максимальна потужність термоядерного реактора може досягати 200 000 кіловатів. Можливо, це не вражаюча сума, але його енергоспоживання становило лише незначну частину виробленої енергії, що робить його набагато більш економічно ефективним рішенням, ніж атомні електростанції, що працюють на ядерному поділі.