Novy typ fuzneho reaktoru

[Duro Kotulic Bunta]

Narazil som na jednu velmi zaujimavu informaciu o novom type fuzneho reaktora.
Ak ste fanusici sci-fi, mozno poznate koncept Bussardovho ramjetu (naporoveho hviezdoletu), ktory kedysi davno navrhol Robert Bussard, jadrovy fyzik s PhD z Princeton university, co je jedna z najkvalitnejsich univerzit - clovek, ktory patri medzi tych top 5% vedcov, ktori nielenze maju logicke myslenie a dokazu robit vyskum, ale narozdiel od tych 95% ostatnych fyzikov dokazu mat este aj intuiciu a dostatocne otvorenu a kreativnu mysel na vyrazne novatorske napady.
Ja som ho dlho poznal najma podla tohto jeho navrhu.
Az do vcera, ked som zistil, ze od roku 1994 pracoval pre US Navy na vyvoji noveho typu jadroveho reaktoru (presnejsie typu, ktory vychadza zo starsich idei, ale Bussard ich doviedol o krok dalej). Bol to maly team (v podstate len jedna mala firma vedena Bussardom) ktory podla Bussarda bol financovany tak zhruba na jednu desatinu toho co by potrebovali, a to znacne brzdilo ich progress. Navyse, kedze to bol vojensky vyskum, kontrakt mu viac nez desat poslednych rokov zakazoval publikovat vysledky vyskumu, takze nemohli spolupracovat ani s nikym mimo US. Az do roku 2005, ked kontrakt vyprsal. Kedze Bussard nedokazal s mini rozpoctom prekonat vsetky fyzikalne problemy noveho reaktoru, tak namornictvo prestalo projektu doverovat, kontrakt uz armada neobnovila a peniaze stopli. Paradoxne, posledny mesiac (presnejsie dokonca uz tesne po vyprsani kontraktu) robil este Bussard posledne experimenty s poslednym reaktorom, ktory vyrobili narychlo v nedostatku casu a penazi. Po niekolkych testoch mu reaktor vybuchol (nie jadrova explozia, len sa fyzicky rozpadol kvoli prisilnym magnetickym poliam).
Vyzeralo to teda na premarnene stvrtstorocie casu a usilia, a Bussard teda vsetko shutdownol a labak rozobral.
CO vsak ale nikto necakal (ani Bussard), bolo to, ze ked nasledujuce tyzdne zacal analyzovat vysledky z testov posledneho reaktoru, zistil, ze intenzita fuzie prekonala stotisickrat konkurencne pristupy a aj jeho predchadzajuce pokusy.
Len kratko na vysvetlenie - Bussardov reaktor vyuziva magneticke pole v tvare gule, ktore je vytvorene siestimi prstencami zlozenymi do tvaru kocky. Uprostred vznikne teda akasi magneticka pasca, do ktorej vystrelia obycajne elektrony. Tie sa tam skoncentruju v strede, a vytvoria virtualnu elektrodu. Potom do reaktora vystrelia atomove jadra ktore chcu fuzovat. Pozitivne nabite jadra sa nemozu dostat prec z reaktoru pretoze ich pritahuje zaporny elektricky naboj virtualnej elektrody - a teda osciluju okolo stredu reaktora az sa po istom pocte oscilacii zrazia a spoja. Bussard kvoli malemu rozpoctu pouzival deuterium, ale rovnako sa to da spravit aj pre jeho ciel - protony s borom 11. Pri fuzii boru 11 s protonom totiz vzniknu tri heliove jadra (proces je trochu zlozitejsi, ale tie tri jadra su vysledkom reakcie), velke mnozstvo energie (podobne ako pri fuzii deuteria/tricia) a ZIADNE neutrony. Uz asi tusite kam Bussard mieril - jeho fuzny reaktor by nemal produkovat VOBEC ziadnu radiaciu, ziadne neutrony, ktore aktivizuju teleso reaktoru, jednoducho uplne cista fuzia, narozdiel od tokamakov (typu ITER), kde aj ked je radiacia a radioaktivny odpad o mnoho radov menej nebezpecny nez u stiepnych reaktorov, stale sa nejaky vytvara.
Avsak cely cas projektu bola intenzita fuznej reakcie velmi nizka, a Bussard nevedel prist na spravnu pricinu. Az konecne jeho posledny prototyp (v poradi siesty) fungoval - problem totiz bol v tom, ze elektrony uvazene v strede sa stale niekam stracali, a Bussard konecne zistil kam (povrch magnetickeho pola mal velmi maly zlomok percenta miest, kde sa eletrony boli schopne dotknut stien reaktora - a tym padom sa stratili, a intenzita reakcie bola velmi nizka).
Ked teda Bussard zistil, ze jeho reaktor s deuteriom konecne po viac nez desatroci funguje a neakceptovatelne straty elektronov zmizli, samozrejme prve co urobil reportoval to americkemu namornictvu so ziadostou o dalsie financovanie. US Navy to odmietlo.
Sklamany Bussard sa po niekolkych mesiacoch neuspesneho argumentovania teda rozhodol ist inou cestou - na odbornej konferencii v roku 2006 oficialne odprezentoval svoj vyskum, bez konkretnych technickych detailov, zato vsak s otvorenou ponukou reaktoru Cinanom, Rusom, Indom alebo Venezuele.
A zrazu - US Navy mu prislubilo dalsie financie. Bussard bohuzial za kratko zomrel (na rakovinu bielych krviniek, mal uz 78 rokov), ale jeho vyskum ide dalej - US Navy poskytlo jeho firme niekolko dalsich milionov dolarov na dalsi vyskum. Vyrobili novy reaktor, ktory potvrdil prekvapujuci zaver svojho predchodcu, a teraz (rok 2011) uz maju vyrobeny dalsi - a posledny - testovaci reaktor, ktory podla najnovsich publikovanych info dava velmi dobre vysledky. Testy by mali byt dokoncene v decembri 2012, a potom - ak budu dalsie financie - sa moze podla Bussardovej firmy zacat stavat prvy full scale reaktor na produkciu energie, konkretne 100 MW za 250 milionov dolarov.

Priznam sa, ten princip je korektny, ale kedze Bussardova firma nemoze publikovat detaily, nikde som sa nedozvedel, ako chcu z energie vzniknutej fuziou priamo produkovat energiu. Ale vyzera byt velmi pravdepodobne, ze to naozaj nebude technicky problem, pretoze:
- Bussard bol seriozny a kvalitny fyzik, nie sarlatan ani naivny snilek, a on sam potvrdil, ze fyzikalne problemy boli siestou verziou reaktoru vyriesene a dalsi proces je uz priamociary a bez potreby dalsich objavov ci vyriesenia zapeklitych technologickych puzzle.
- je to prave Tokamak, ktory ma velky problem s tym, ako extrahovat energiu z reakcie, pretoze pri fuzii v tokamaku vznikaju neutrony, ktore odnasaju vacsinu enegie - lenze neutrony sa nedaju dobre ovladat, pretoze maju nulovy el. naboj. V Bussardovom reaktore vznikaju tri jadra helia, ktore odnasaju vacsinu energie - a jadro helia sa ovlada velmi lahko.



Cely reaktor by teda mal oproti standardnemu fuznemu tokamaku typu ITER niekolko vyraznych vyhod:
- bude ovela jednoduchsi, mensi a lacnejsi (kvoli tomu, ze je maly, ho US Navy zacalo fnacovat, pretoze len maly reaktor sa im zmesti na lietadlovu lod ci kriznik)
- nepotrebuje rozsiahly dlhotrvajuci vyskum trvajuci dekady a vyzadujuci miliardy dolarov, skonstruovanie full scale reaktoru by malo trvat styri roky a potrebovat "len" 250 milionov USD
- neprodukuje ziaden radioaktivny odpad ani neaktivuje radiaciu v materialy reaktoru
- palivo (bor a protony, cize vodik) je rovnako bezne ako palivo pre ITER (vlastne este beznejsie, kedze ITER potrebuje tricium, aj ked to si dokaze sam vyrobit).

Takze som velmi zvedavy, ako to dopadne, mali by sme sa to dozvediet uz v najblizsich rokoch.
Niektori fyzici maju vyhrady voci bor-protonovej fuzii (tvrdia, ze tzv. brzdne ziarenie sposobene zachytenim elektronov okolo atomovych jadier, pohlti viac anergie ako sa fuziou vyprodukuje), ale priznam sa nevyzeraju prilis presvedcivo, rozhodne Bussardove vypocty vyzeraju na prvy pohlad realistickejsie - ale toto je rozhodne pricipialna vec, a ja uz viem co si budem vo volnom case po veceroch najblizsie obdobie zaujimaveho studovat.
Navyse, ak by sa aj ukazalo, ze Bussard a mnoho dalsich fyzikov zdielajucich jeho nazor sa v proton-borovej fuzii mylil, stale jeho reaktor je vybornou alternativou k tokamakom typu ITER, kedze problem stability plazmy, ktoru ITER este stale nevyriesil, Bussardov reaktor nema.


Takze velmi zaujimavy objav, s velmi zaujimavy moznymi dosledkami, a rozhodne stoji za to to vyskusat, pretoze to je asi najsolidnejsia alternativa pre riadenu fuziu (snad este popri Wendelstein 7). Uz aj Iranci zacali vyskum v tejto oblasti, takze uvidime ako to dopadne...

Ak by niekoho zaujimali podrobnejsie info, ako vzdy tu mame wikipediu
http://en.wikipedia.org/wiki/Polywell

[Zdendo]

Veľmi zaujímavé články (aj na úvodnej stránke boinc.sk)... Ja som natrafil aj na stránky, kde píšu aj o úspešnej studenej fúzii a vraj má byť komerčne dostupná už v r. 2012-2013. Píšu dokonca aj o dvoch rôznych firiem, jedni ponúkajú eCAT, a tí druhí Hyperion. A to aj pre domáce použitie. Skôr mi to pripadá ako hoax, keďže žiadne seriózne vedecké info o tom nie sú... preto by som sa chcel na to opýtať tu, nakoľko je tu viac zainteresovaných ľudí v tejto problematike... Vopred ďakujem za info.

Zdroje:

"fórum"
http://aragonit.webovastranka.sk/forum/1062/7527

toto vyzerá také oficiálnejšie ale v angličtine, čo mi moc neide:
http://ecatreport.com/energy-catalyzer

dokonca že predobjednávky
http://www.ecatenergy.sk/index.html

video (tiež EN):
http://technologygateway.nasa.gov/media ... /lenr.html

[Duro Kotulic Bunta]

Existuju stovky a stovky 'prevratnych' procesov ci vynalezov, ktore vsak vsetky maju jednu spolocnu vadu - nie su reprodukovatelne v nezavislych laboratoriach, a vacsinou autori ani nechcu aby boli nezavisle testovane. To je aj pripad tebou spominaneho energy catalyzeru.

Autor ho nechce dat nezavisle testovat, napriek tomu, ze ma nan patent. Myslim, ze situacia je tym padom jasna - snazi sa zarobit kym najde naivnych zakaznikov a kym mu ten jeho napad vedci nevyvratia. Je len skoda, ze takito vynalezci vacsinou nejakym sposobom budia dojem kredibility kontaktami s vedcami.

Takze strucne - pokial nieco nie je vedecky reprodukovatelne a experimentalne nezavisle overitelne, tak akoby to ani neexistovalo. V opacnom pripade clovek zapadne do bahna pseudoobjavov a hoaxov, a je to strata casu. Ako ilustracia a odstrasujuci priklad kolko takychto balastov vo svete existuje, je mozne pozriet sa na stranku http://peswiki.com/index.php/Main_Page .
Ale neodporucam sa zacitat, je to len ilustracia ake kvanta nezmyslov su ludia schopni produkovat, a kolko casu su schopni tomu venovat.

[Duro Kotulic Bunta]

S polywellom to vyzera povzbudivo - komisia rozhodla, ze od namornictva dostane vyskum dalsich vyse 5 MUSD:

As of August 15, 2012, the Navy had agreed to fund EMC2 with an additional $5.3 million over 2 years to work on the problem of pumping electrons into the whiffleball. They plan to integrate a pulsed power supply to support the electron guns (100+A, 10kV). WB-8 has been operating at 0.8 Tesla. The review of the work produced the recommendations to continue and expand the effort,[47] stating: "The experimental results to date were consistent with the underlying theoretical framework of the Polywell fusion concept and, in the opinion of the committee, merited continuation and expansion."
http://en.wikipedia.org/wiki/Polywell#FY_2012_Work

[Duro Kotulic Bunta]

Pekny prehlad aktualnych experimentov bezneutronovej fuzie (pre laikov, bez technickych detailov):

http://ssm-balaur.mit.edu/web/guest/pla ... ESCRIPTION

[Honza]

Focus Fusion vypadá nadějně. Menší zdroj bez přenášení energie na velké vzdálenosti.

Leccos slibuje cenu energie na 1/10 uhli, tak nevim. I kdyby to bylo za cenu energie z uhli, stale to bude levnejsi, nez extremne draha energie z jadra (pokud se zapocitaji skutecne naklady).

EDIT: Jeste se mi zamlouva napad s financovanim inspirovany X-Prize.

[Duro Kotulic Bunta]

Do vyvoja polywellu sa zapojili aj dalsie sukromne firmy (tentokrat nie s vladnymi/statnymi investiciami, ale hladajuci sukromne financovanie), konkretne startup Convergent Scientific Inc.
To este samo o sebe samozrejme nic nemusi znamenat, najma ked informacii je zatial malo a ani tie nie su vedecky overene cez peer-review proces, Kazdopadne firma sama o sebe prezentuje, ze uz vyrobili funkcny stabilnmy prototyp demonstrujuci princip, a chystaju sa zkonstruovat vacsie verzie:

The CSI design is commercially viable because of our innovative configuration, processes and materials. Pictured at right is our first prototype, model 1, completed in January 2012, with which we achieved the first‐ever generation of an indefinitely stable, steady state, magnetically stabilized virtual cathode utilizing a quasi‐spherical magnetic trap. By building two progressively larger prototypes and conducting extensive 3D simulations with proprietary software, we intend to develop this technology to the point where, starting in 5‐7 years, coal‐ fired power plants can be retrofitted with 300MW fusion reactors that generate clean electricity utilizing aneutronic reaction cycles.
Zdroj (PDF)

Aj ked podla mna je ten popis prehnane optimisticky, je to prinajmensom pozitivny signal, ze aj sukromne firmy maju zaujem o koncept polywellu - a kedze polywell ma relativne jednoduchu konstrukciu bez neumernych financnych narokov, nie je komercny pristup k vyvoju nerealisticky.

[H:S]

Narazil jsem na Slashdotu na zprávičku, že Lockheed Martin už nějakou dobu taky tiše pracuje na svém vlastním "kompaktním" fúzním reaktoru (prý by se měl vejít do rozměrů asi 2x3 metry při výkonu 100 MW) a plánuje během roku provést asi nějaké praktické testy a do pěti let postavit prototyp (resp. v článku píšou "... would build and test a compact fusion reactor in less than a year, and build a prototype in five years"; asi pak úplně nechápu význam slova "prototyp", ten první reaktor snad prototyp není?).

Každopádně jsem tedy zvědavý s čím příjdou; zdá se, že okolo různých alternativních přístupů (vs. tradiční tokamak) je poslední dobou poměrně živo. Článek nejde moc do technických detailů a na wiki není o tomhle konkrétním typu reaktoru zdaleka tolik informací jako o Polywellu, ale zase mě naplňuje nadějí fakt, že jde o projekt velké a známé firmy, která by si hádám jen tak nedovolila šířit ničím nepodložené bludy.

http://www.reuters.com/article/2014/10/ ... EM20141015
http://en.wikipedia.org/wiki/High_beta_fusion_reactor

EDIT:
Trochu techničtější článek je na http://aviationweek.com/technology/skun ... or-details
Mimo jiné z něj vyplývá, že tedy zatím opravdu nic nemají, jen simulace a teorii, kterou si jsou velmi jistí. Polywell má za sebou naopak už nějakou tu řádku let testování, takže se možná zdá být na lepší cestě k brzkému nasazení. CFR ale mimo jiné čerpá inspiraci právě z Polywellu a jiných podobných projektů, spoustě možných problémů se tak vyhýbá už "v základech" návrhu -- připadá mi tedy, že mají přinejmenším větší šanci na hladký průběh vývoje a rychlé praktické nasazení, i když nejde o "superčistý" (bezneutronový) design jako u Polywellu, který je asi do budoucna o něco zajímavější.

[Honza]

"build and test" bych přirovnal alfa verzi programů, takový proof-of-contept.
prototype pak beta verzi, která by měla mít vlastnosti a funkce produkčního výrobku.
pak by možná byl zkušební provoz, takový release candidate, neprodejné vzorky. Ten už by měl projít schvalováním úřady a tak.
A pak komerční verze...

Jo, je to zajímavý vývoj, ale zatím toho na trhu moc není, co by si například firma mohla koupit jako záložní připojení.

[Duro Kotulic Bunta]

Firma EMC2 vyvijajuca Polywell reaktor moze konecne po dlhych rokoch slobodne publikovat vysledky vyskumu, kedze sa im skoncil projekt v US NAVY. Vysledky viacerych prijemne prekvapili - uspesne prekonali viacero kritickych bodov a vyskum ide dalej.
Prezentaciu vysledkov urobili aj v ramci Microsoft research, a teraz chcu rozbehnut komercne financovanie pre postavenie vacsieho prototypu.
video zaznam prednasky
(su tam k tomu aj vypinatelne titulky i download samotnej prezentacie)
Keep my fingers crossed.

[Kiwi]

Ked si tak pocuvam a pozerem tu prednasku, tak tam je spomenute:

Vyhody fuznej produkcie:

Abundant supply of a low cost
No danger of a nuclear fission melt down
No greenhouse gas emissions
No daner of nuclear proliferation
Fuel residue isn't radioactive ,...

no ale to iste plati aj o solarnej energii
plus este plati, ze netreba riesit distribuciu na urovni napr. 1x25 A || 3x35 A pre jeden dom/byt
a taktiez routing energie napriec EU a tiez z toho plynuce blackouty.

Netreba riesit a PLATIT straty pri step-up / step-down transformáciách.

Ja mám dimenzované káble tak, že mám straty pod 0.5 %, čo naša pren. sústava určite nemá,
výpadok viem pre mikrovlnku, bojler, chladničku, mrazničku, NB a osvetlenie pokryt na 7 dni.

Ked bude niečo vacsie ako ITER robit niekedy 2060 el. en., aj tak nebude zadarmo, lebo
cestou z fussion reaktora az po Sobrance zdrazie 30-násobne.

Dakujem, neprosim. Riešme veci ako akumulaciu, v Norsku, Dansku, USA to ide.

Ešte ma napadlo, že mi sa vlastne snažíme o Slnko na Zemi, v ešte extrémnejšom prevedení.
Ale Slnko je velmi neefektívny zdroj energie, ak dobre počítam potrebuje 5170 kg hmoty
na vyprodukovanie 1 W energie.

Tak prečo robiť 2. Slnko, keď Vesmír sa plazmy zbavuje, hviezdy tvoria len nepatrné množstvo hmoty.
Šak navozme trochu hmoty na Jupiter a máme 2. Slnko. A potom ešte 3. na Zemi ? NAČO ?

Netreba skor TWh energie ktorú máme, akumulovať lepšie, ako to vie Zem = rastliny = uhlie, ropa, CH4 ?

Ten pan hovori, že je to easy to build a tam znazornuje, ze sa to da rychlo vymenit.
Lenze ked sa raz spusti ten reaktor, tak jeho obal je neutronmi zmeneny na radioaktivny,
tak potom ako sa to da vymenit, ked uz to ziari jak vianocny stromcek ?

Alebo ziaria len obaly tokamakov ?

Tiez hovori ze je to easy to build v horizonte radovo roky za stovky milionov €.

Ja som pred 30-timi rokmi cital, ze takamaky budu o par rokov, preslo od 1955 - 60 rokov
a nic, a tak som voci tomu mierne skepticky, stoji to EU sice 2 kavy / day per year per capita,
ale KEDY budu vysledky ? Only a few years ? Kolko ? 5 ci 50 ci 500 ?

Este tam spomina deams, euta a e.mobilita, no ale to sa da dosiahnut velmi jednoducho,
na dobijanie euta na parkovisku alebo doma potrebujem 20 panelov 250 Wp za 0.36 € per Wp,
co maju 16 % ucinnost, ale su uz panely co maju 24 ci 41 % ucinnost a bude o 3 roky lacne tiez.

Na 1 km potrebujem 200 Wh energie, co pri 100 km je 100 * 200 = 20000 Wh = 20 kWh,
co nabijem za jeden slnecny den a ked som na ceste, tak nabijam 30 kWh battery bank,
a to mi pokryje 100 km na dalsi den + este mam 10 kWh pre domacnost, decentralizovane,
bez potreby 100 000 W nabijaciek co nabijaju 45 min a potrebuju vykon Temelina.

[Duro Kotulic Bunta]

Solarna energia je dobry zdroj energie, avsak je to iba pasivny zdroj energie a z dlhodobeho hladiska je potrebne ovladnut zdroj energie aktivne - najma kvoli medzihviezdnym cestam. Tam je akakolvej bateria nedostatocna a solarna energia malo pouzitelna (ani laserovy luc vyslelany z okolia hviezd nie je postacujuci). Ak sa chceme osamostatnit, musime mat nieco viac ako pasivnu solarnu energiu, inak budeme ako praclovek, ktory mal ohen iba vtedy, ked udrel blesk do stromu a on rychlo doniesol horiace konare do jaskyne. Ale ohen zalozit nevedel.

Btw, perfektna bateria s vybornou ucinnostou a prakticky neobmedzenym poctom cyklov nabijania uz existuje: SMES, ako som pisal v starsom clanku STarTram, jeden s vykonom 10 MW pouziva napr. tovaren Sharp na ulozenie energie zo solarnych clankov.

A podla mna osobne najlepsia (pretoze technologicky menej narocna nez SMES): gravitacne ulozisko energie.

A ak by si chcel nieco male, tak vyborna moznost bude vyuzitie kvantovomechanickeho Casimirovho javu v nanotrubickach.

[Honza]

Souhlas, potrebujeme ziskavat energii aktivne.

SMES - tam me zarazilo toto: Self-discharge rate 0% at 4 K, 100% at 140 K[1].
To neni na doma hodit to na zahradu.

[Duro Kotulic Bunta]

SMES - tam me zarazilo toto: Self-discharge rate 0% at 4 K, 100% at 140 K[1].
To neni na doma hodit to na zahradu.

Samozrejme, potrebujes chladenie na udrzanie supravodivosti. Ten udaj o discharge je pre SMES chladene tekutym heliom. To vsak nie je nevyhnutne.
Cena supravodicov prudko klesa, a navyse pokracuje vyvoj vysokoteplotnych supravodicov s mensimi narokmi na chladenie - uz bez problemov postacuje aj obycajny tekuty dusik - a to je naozaj velky krok k ´supravodicom i na zahrade´. Aktualny rekord pre supravodivost je 134 Kelvinov pri normalnom tlaku (HgBa2Ca2Cu3O8), pri vyssom tlaku 153 Kelvinov. Tekuty dusik ma 77 Kelvinov, v Antarktide namerali pomocou druzice 180 Kelvinov.
Pred par dekadami sa smiali z konceptu pocitaca v kazdej domacnosti, a teraz mame nielen kazdy v domacnosti, ale este aj na zachode ci vo vrecku. Necudoval by som sa, keby supravodiva bateria bola mozno o par dekad na kazdom kroku.
Vyhoda nulovych strat, vysokej efektivity a takmer neobmedzenych cyklov nabijania je neocenitelna.