Фузор

Аппарат для создания ядерного синтеза

Самодельный фузор

Фузор — это устройство, которое использует электрическое поле для нагрева ионов до температуры, при которой они подвергаются ядерному синтезу . Машина создает разность потенциалов между двумя металлическими клетками внутри вакуума. Положительные ионы падают при этом падении напряжения, увеличивая скорость. Если они столкнутся в центре, они могут слиться. Это один из видов инерционного электростатического удерживающего устройства – раздел термоядерных исследований.

Фузор Фарнсворта-Хирша является наиболее распространенным типом фузора. ^[1] Эта конструкция возникла на основе работы Фило Т. Фарнсворта в 1964 году и Роберта Л. Хирша в 1967 году. ^{[2] [3]} Вариант типа фузора был предложен ранее Уильямом Элмором, Джеймсом Л. Таком и Кеном Уотсоном. в Лос-Аламосской национальной лаборатории ^[4] , хотя они так и не построили машину.

Фузоры были построены различными учреждениями. К ним относятся академические учреждения, такие как Университет Висконсина-Мэдисона , ^[5] Массачусетский технологический институт [ ^6] и правительственные учреждения, такие как Организация по атомной энергии Ирана и Управление по атомной энергии Турции . ^{[7] [8]} Фузоры также разрабатывались в коммерческих целях в качестве источников нейтронов компанией DaimlerChrysler Aerospace ^[9] и как метод генерации медицинских изотопов. ^{[10] [11] [12]} Фузоры также стали очень популярны среди любителей и любителей. Все большее число любителей осуществляют ядерный синтез, используя простые термоядерные машины. ^{[13] [14] [15] [16] [17] [18]} Однако учёные не считают фузоры жизнеспособной концепцией для крупномасштабного производства энергии.

Механизм

Основная физика

Синтез происходит, когда ядра приближаются на расстояние, на котором ядерная сила может объединить их в одно более крупное ядро. Противостоят этому сближению положительные заряды в ядрах, которые раздвигают их из-за электростатической силы . Чтобы произвести события синтеза, ядра должны иметь достаточно большую начальную энергию, чтобы позволить им преодолеть этот кулоновский барьер . Поскольку ядерная сила увеличивается с увеличением количества нуклонов, протонов и нейтронов, а электромагнитная сила увеличивается только с числом протонов, легче всего сплавлять атомы изотопов водорода, дейтерия с одним нейтроном и трития с двумя. При использовании водородного топлива для того, чтобы реакция произошла, необходимо от 3 до 10 кэВ. ^[19]

Традиционные подходы к термоядерной энергии обычно пытались нагреть топливо до температур, при которых распределение Максвелла-Больцмана их результирующих энергий достаточно велико, чтобы некоторые частицы в длинном хвосте имели необходимую энергию. ^[19] Достаточно высокой в ​​данном случае является такая, что скорость реакций синтеза производит достаточно энергии, чтобы компенсировать потери энергии в окружающую среду и, таким образом, нагреть окружающее топливо до тех же температур и вызвать самоподдерживающуюся реакцию, известную как воспламенение . Расчеты показывают, что это происходит при температуре около 50 миллионов  Кельвинов (К), хотя для практических машин желательны более высокие значения, порядка 100 миллионов К. Из-за чрезвычайно высоких температур реакции синтеза также называют термоядерными .

Когда атомы нагреваются до температур, соответствующих тысячам градусов, электроны все больше освобождаются от своего ядра. Это приводит к газообразному состоянию вещества, известному как плазма , состоящему из свободных ядер, известных как ионы, и их бывших электронов. Поскольку плазма состоит из свободно движущихся зарядов, ею можно управлять с помощью магнитных и электрических полей. Устройства термоядерного синтеза используют эту возможность для сохранения топлива при температуре в миллионы градусов.

Концепция Фузора

Фузор является частью более широкого класса устройств, которые пытаются придать топливу энергию, необходимую для термоядерного синтеза, путем прямого ускорения ионов навстречу друг другу. В случае фьюзора это достигается за счет электростатических сил. На каждый вольт , который ускоряется ионом с зарядом ±1, он получает 1 электронвольт энергии. Для достижения необходимых ~10 кэВ необходимо напряжение 10 кВ, приложенное к обеим частицам. Для сравнения, напряжение электронной пушки в типичной телевизионной электронно-лучевой трубке составляет порядка 3–6 кВ, поэтому сложность такого устройства довольно ограничена. По ряду причин используются энергии порядка 15 кэВ. Это соответствует средней кинетической энергии при температуре примерно 174 миллионов Кельвинов, типичной температуре термоядерной плазмы с магнитным удержанием .

Проблема этого метода синтеза встречных пучков в целом заключается в том, что ионы, скорее всего, никогда не столкнутся друг с другом, независимо от того, насколько точно они направлены. Даже самое незначительное смещение приведет к тому, что частицы разлетятся и, следовательно, не смогут слиться. Легко продемонстрировать, что вероятность рассеяния на много порядков превышает скорость синтеза, а это означает, что подавляющее большинство энергии, переданной ионам, будет потрачено впустую, и те реакции синтеза, которые действительно происходят, не смогут компенсировать эти потери. Чтобы быть энергетически положительной, термоядерное устройство должно перерабатывать эти ионы обратно в топливную массу, чтобы у них были тысячи или миллионы таких шансов слиться, и их энергия должна сохраняться в максимально возможной степени в течение этого периода.

Фузор пытается удовлетворить это требование за счет сферического расположения системы решеток ускорителя. Ионы, которым не удалось объединиться, проходят через центр устройства и возвращаются в ускоритель на дальней стороне, где они снова ускоряются обратно в центр. При этом действии не теряется энергия, и теоретически, если предположить, что проволока сетки бесконечно тонкая, ионы могут циркулировать вечно, без необходимости дополнительной энергии. Даже те, которые рассеиваются, просто возьмут новую траекторию, покинут сеть в какой-то новой точке и снова ускорятся обратно в центр, обеспечивая циркуляцию, необходимую для того, чтобы в конечном итоге произошло событие синтеза. ^[20]

Основной механизм слияния фьюзоров. (1) Фузор содержит две концентрические проволочные клетки: катод находится внутри анода. (2) Положительные ионы притягиваются к внутреннему катоду, падают при падении напряжения и набирают энергию. (3) Ионы минуют внутреннюю клетку и попадают в нейтральную реакционную зону. (4) Ионы могут столкнуться в центре и слиться. ^[21]

Потери

Чтобы понять результат работы, важно учитывать фактическую последовательность запуска термоэлемента. Обычно система откачивается до вакуума, а затем небольшое количество газа помещается в вакуумную камеру. Этот газ будет распространяться, заполняя объем. Когда на электроды подается напряжение, атомы между ними испытывают поле, которое заставит их ионизироваться и начать ускоряться внутрь. Поскольку вначале атомы распределяются случайным образом, количество энергии, которую они получат, различается; атомы первоначально вблизи анода получат значительную часть приложенного напряжения, скажем, 15 кэВ. Те, кто изначально находится рядом с катодом, получат гораздо меньше энергии, возможно, слишком низкую, чтобы осуществить синтез со своими аналогами на дальней стороне центральной реакционной области. ^[20]

Также важно отметить, что атомы топлива внутри внутренней области в период запуска не ионизируются. Ускоренные ионы рассеиваются вместе с ними и теряют свою энергию, ионизируя при этом ранее холодный атом. Этот процесс, а также рассеяние других ионов приводит к тому, что энергии ионов распределяются случайным образом, и топливо быстро принимает нетепловое распределение. По этой причине энергия, необходимая в системе термопредохранителя, выше, чем энергия, в которой топливо нагревается каким-либо другим методом, поскольку некоторая часть энергии будет «потеряна» во время запуска. ^[20]

Реальные электроды не являются бесконечно тонкими, и возможность рассеяния на проводах или даже захвата ионов внутри электродов является серьезной проблемой, вызывающей высокие потери проводимости . Эти потери могут быть как минимум на пять порядков выше, чем энергия, выделяющаяся в результате реакции синтеза, даже когда фузор находится в звездном режиме, что сводит эти реакции к минимуму. ^[22]

Существует также множество других механизмов потерь. К ним относится перезарядка между ионами высокой энергии и нейтральными частицами низкой энергии, в результате которой ион захватывает электрон, становится электрически нейтральным, а затем покидает фьюзор, поскольку он больше не ускоряется обратно в камеру. Это оставляет после себя вновь ионизированный атом с более низкой энергией и, таким образом, охлаждает плазму. Рассеяние может также увеличить энергию иона, что позволяет ему пройти мимо анода и покинуть его, в этом примере все, что превышает 15 кэВ. ^[20]

Кроме того, рассеяние ионов, и особенно примесей, оставшихся в камере, приводит к значительному тормозному излучению , создавая рентгеновские лучи , которые уносят энергию из топлива. ^[20] Этот эффект растет с ростом энергии частиц, а это означает, что проблема становится более выраженной по мере того, как система приближается к условиям эксплуатации, необходимым для термоядерного синтеза. ^[23]

В результате этих механизмов потерь ни один фузор никогда не приближался к безубыточному выходу энергии и, похоже, никогда не сможет этого сделать. ^{[20] [23]}

Обычными источниками высокого напряжения являются источники высокого напряжения ZVS с обратной связью и трансформаторы с неоновыми вывесками . Его также можно назвать электростатическим ускорителем частиц .

История

Патент США 3 386 883 - фузор - Изображение из патента Фарнсворта от 4 июня 1968 года. Это устройство имеет внутреннюю клетку для создания поля и четыре ионные пушки снаружи.

Первоначально фузор был задуман Фило Т. Фарнсвортом , более известным своей новаторской работой на телевидении. В начале 1930-х годов он исследовал ряд конструкций электронных ламп для использования в телевидении и нашел одну, которая привела к интересному эффекту. В этой конструкции, которую он назвал «мультипактором», электроны , движущиеся от одного электрода к другому, останавливались в полете с помощью надлежащего приложения высокочастотного магнитного поля . Тогда заряд будет накапливаться в центре трубки, что приведет к высокому усилению. К сожалению, это также привело к сильной эрозии электродов, когда электроны в конечном итоге попадали на них, и сегодня мультипакторный эффект обычно считается проблемой, которую следует избегать.

Что особенно заинтересовало Фарнсворта в этом устройстве, так это его способность фокусировать электроны в определенной точке. Одной из самых больших проблем в исследованиях термоядерного синтеза является предотвращение попадания горячего топлива на стенки контейнера. Если этому позволить произойти, топливо не сможет оставаться достаточно горячим для того, чтобы произошла реакция термоядерного синтеза . Фарнсворт рассудил, что он мог бы построить электростатическую систему удержания плазмы , в которой «стеночными» полями реактора были бы электроны или ионы, удерживаемые на месте мультипактором . Тогда топливо можно будет впрыскивать через стену, и, оказавшись внутри, оно не сможет выйти наружу. Эту концепцию он назвал виртуальным электродом, а систему в целом — фьюзором .

Дизайн

Первоначальные конструкции фузоров Фарнсворта были основаны на цилиндрическом расположении электродов, как и оригинальные мультипакторы. Топливо ионизировалось, а затем запускалось из небольших ускорителей через отверстия во внешних (физических) электродах. Пройдя через отверстие, они с высокой скоростью устремились к внутренней реакционной зоне. Электростатическое давление положительно заряженных электродов удерживало бы топливо в целом от стенок камеры, а удары новых ионов удерживали бы самую горячую плазму в центре. Он назвал это инерционным электростатическим удержанием — термин, который продолжает использоваться и по сей день. Для осуществления сварки напряжение между электродами должно быть не менее 25 кВ.

Работа в лаборатории Farnsworth Television.

Вся эта работа проводилась в телевизионных лабораториях Фарнсворта , которые были приобретены в 1949 году корпорацией ITT в рамках ее плана стать следующей RCA . Однако проект исследования термоядерного синтеза не считался сразу прибыльным. В 1965 году совет директоров начал просить Гарольда Джинина продать подразделение Фарнсворта, но его бюджет на 1966 год был утвержден с финансированием до середины 1967 года. В дальнейшем финансировании было отказано, и на этом эксперименты ITT с термоядерным синтезом закончились. ^{[ нужна цитата ]}

Ситуация резко изменилась с приходом Роберта Хирша и появлением модифицированного патента на фузор Хирша-Микса. ^[24] Новые фузоры, основанные на конструкции Хирша, были впервые построены между 1964 и 1967 годами. ^[2] Хирш опубликовал свою конструкцию в статье в 1967 году. Его конструкция включала ионные пучки для стрельбы ионами в вакуумную камеру. ^[2]

Затем команда обратилась к AEC , отвечавшему тогда за финансирование исследований в области термоядерного синтеза, и предоставила им демонстрационное устройство, установленное на сервировочной тележке, которое производило больше термоядерного синтеза, чем любое существующее «классическое» устройство. Наблюдатели были поражены, но время было выбрано неудачно; Сам Хирш недавно рассказал о большом прогрессе, достигнутом Советским Союзом в использовании токамака . В ответ на это неожиданное развитие событий AEC решило сконцентрировать финансирование на крупных проектах токамаков и сократить поддержку альтернативных концепций. ^{[ нужна цитата ]}

Недавние улучшения

Джордж Х. Майли из Университета Иллинойса повторно исследовал фузор и вновь представил его в полевых условиях. С тех пор сохраняется низкий, но устойчивый интерес к фузору. Важным событием стало успешное коммерческое внедрение нейтронного генератора на основе фузора . С 2006 года и до своей смерти в 2007 году Роберт В. Бассард проводил переговоры о реакторе, аналогичном по конструкции фузору, теперь называемому поливеллом , который, по его словам, будет способен вырабатывать полезную электроэнергию. ^[25] Совсем недавно фузоры приобрели популярность среди любителей, которые выбирают их в качестве домашних проектов из-за относительно небольших требований к пространству, деньгам и мощности. Интернет-сообщество «специалистов по термоядерному синтезу», Исследовательский консорциум Fusor с открытым исходным кодом, или Fusor.net, занимается освещением событий в мире термоядерных термоядерных устройств и помогает другим любителям в их проектах. На сайте представлены форумы, статьи и документы, посвященные фьюзору, включая оригинальный патент Фарнсворта, а также патент Хирша на его версию изобретения. ^[26]

Слияние в фьюзорах

Базовый фьюжн

Сечения различных реакций синтеза

Ядерный синтез относится к реакциям, в которых более легкие ядра объединяются в более тяжелые ядра. Этот процесс превращает массу в энергию , которая, в свою очередь, может быть использована для обеспечения термоядерной энергии . Многие типы атомов могут быть синтезированы. Легче всего синтезировать дейтерий и тритий . Для того чтобы произошел синтез, ионы должны иметь температуру не менее 4 кэВ ( килоэлектронвольт ), или около 45 миллионов кельвинов . Вторая самая простая реакция — синтез дейтерия сам с собой. Поскольку этот газ дешевле, его обычно используют любители. Легкость проведения реакции синтеза измеряется его поперечным сечением . ^[27]

Чистая мощность

В таких условиях атомы ионизируются и образуют плазму . Энергию, вырабатываемую в результате термоядерного синтеза внутри облака горячей плазмы, можно найти с помощью следующего уравнения. ^[28]

${\displaystyle P_{\text{fusion}}=n_{A}n_{B}\langle \sigma v_{A,B}\rangle E_{\text{fusion}},}$

где

${\displaystyle P_{\text{fusion}}}$- плотность мощности термоядерного синтеза (энергия в единицу времени в объеме),

n - плотность частиц A или B (частиц на объем),

${\displaystyle \langle \sigma v_{A,B}\rangle }$представляет собой произведение сечения столкновения σ (которое зависит от относительной скорости) и относительной скорости v двух видов, усредненное по всем скоростям частиц в системе,

${\displaystyle E_{\text{fusion}}}$— энергия, выделяемая в результате одной реакции синтеза.

Это уравнение показывает, что энергия меняется в зависимости от температуры, плотности, скорости столкновения и используемого топлива. Чтобы достичь полезной мощности, реакции термоядерного синтеза должны происходить достаточно быстро, чтобы компенсировать потери энергии. Любая электростанция, использующая термоядерный синтез, выдержит это горячее облако. Плазменные облака теряют энергию из-за проводимости и излучения . ^[28] Проводимость – это когда ионы , электроны или нейтралы касаются поверхности и вытекают наружу. Энергия теряется вместе с частицей. Излучение — это когда энергия покидает облако в виде света. Радиация увеличивается с повышением температуры. Чтобы получить чистую мощность от термоядерного синтеза, необходимо преодолеть эти потери. Это приводит к уравнению для выходной мощности.

${\displaystyle P_{\text{out}}=\eta _{\text{capture}}(P_{\text{fusion}}-P_{\text{conduction}}-P_{\text{radiation}}).}$

где:

η – КПД,

${\displaystyle P_{\text{conduction}}}$– мощность потерь проводимости при выходе энергонагруженной массы,

${\displaystyle P_{\text{radiation}}}$— мощность радиационных потерь, когда энергия уходит в виде света,

${\displaystyle P_{\text{out}}}$это чистая мощность термоядерного синтеза.

Джон Лоусон использовал это уравнение для оценки некоторых условий для полезной мощности ^[28] на основе максвелловского облака. ^[28] Это стало критерием Лоусона . Фузоры обычно страдают от потерь проводимости из-за того, что проволочная клетка находится на пути рециркулирующей плазмы.

В фузорах

В оригинальной конструкции фузора несколько ускорителей мелких частиц , по сути, телевизионные трубки со снятыми концами, впрыскивают ионы при относительно низком напряжении в вакуумную камеру. В версии фузора Хирша ионы производятся путем ионизации разбавленного газа в камере. В любом варианте имеются два концентрических сферических электрода , причем внутренний заряжен отрицательно по отношению к внешнему (около 80 кВ). Как только ионы попадают в область между электродами, они ускоряются к центру.

В фузоре ионы ускоряются электродами до нескольких кэВ, поэтому нагрев как таковой не требуется (пока ионы сливаются до потери энергии в результате какого-либо процесса). Хотя 45 мегакельвинов — это очень высокая температура по любым стандартам, соответствующее напряжение составляет всего 4 кВ — уровень, обычно встречающийся в таких устройствах, как неоновые вывески и ЭЛТ-телевизоры. В той степени, в которой ионы сохраняют свою первоначальную энергию, энергию можно настроить, чтобы воспользоваться пиком сечения реакции или избежать невыгодных (например, с образованием нейтронов) реакций, которые могут произойти при более высоких энергиях.

Были предприняты различные попытки увеличить скорость ионизации дейтерия, включая нагреватели в «ионных пушках» (аналог «электронной пушки», которая составляет основу телевизионных кинескопов старого образца), а также устройства магнетронного типа (которые являются источниками питания для микроволновых печей), которые могут усиливать образование ионов с помощью электромагнитных полей высокого напряжения. Можно ожидать, что любой метод, который увеличивает плотность ионов (в пределах, сохраняющих длину свободного пробега ионов) или энергию ионов, увеличит выход термоядерного синтеза, обычно измеряемый в количестве нейтронов, образующихся в секунду.

Легкость, с которой можно увеличить энергию ионов, оказывается особенно полезной, когда рассматриваются «высокотемпературные» реакции термоядерного синтеза , такие как термоядерный синтез протона и бора , который имеет большое количество топлива, не требует радиоактивного трития и не производит нейтронов в первичной реакции. .

Общие соображения

Режимы работы

Фузор Фарнсворта – Хирша во время работы в так называемом «звездном режиме», характеризующемся «лучами» светящейся плазмы, которые, кажется, исходят из промежутков во внутренней решетке.

Фузоры имеют как минимум два режима работы (возможно и больше): режим звезды и режим гало . Режим гало характеризуется широким симметричным свечением с выходом из структуры одного или двух электронных лучей. Слияния мало. ^[29] Режим ореола возникает в резервуарах с более высоким давлением, и по мере улучшения вакуума устройство переходит в режим звезды. Режим «Звезда» выглядит как яркие лучи света, исходящие из центра устройства. ^[29]

Удельная мощность

Поскольку электрическое поле, создаваемое клетками, отрицательно, оно не может одновременно захватывать как положительно заряженные ионы, так и отрицательные электроны. Следовательно, должны существовать некоторые области накопления заряда , что приведет к верхнему пределу достижимой плотности. Это может установить верхний предел удельной мощности машины, что может сделать ее слишком низкой для производства энергии. ^{[ нужна цитата ]}

Термализация скоростей ионов

Когда они впервые попадают в центр фьюзора, все ионы будут иметь одинаковую энергию, но распределение скоростей быстро приближается к распределению Максвелла-Больцмана . Это произойдет в результате простых кулоновских столкновений за считанные миллисекунды, но пучковая нестабильность будет происходить еще на несколько порядков быстрее. Для сравнения, любому иону потребуется несколько минут, прежде чем он подвергнется реакции синтеза, так что моноэнергетическая картина фузора, по крайней мере, для производства энергии, не подходит. Одним из последствий термализации является то, что некоторые ионы получат достаточно энергии, чтобы покинуть потенциальную яму, забрав с собой свою энергию, не подвергаясь реакции синтеза.

Электроды

На изображении показан другой дизайн сетки.

Существует ряд нерешенных проблем, связанных с электродами в термоядерной системе питания. Начнем с того, что электроды не могут влиять на потенциал внутри себя, поэтому на первый взгляд может показаться, что термоядерная плазма будет находиться в более или менее прямом контакте с внутренним электродом, что приведет к загрязнению плазмы и разрушению электрода. Однако большая часть термоядерного синтеза имеет тенденцию происходить в микроканалах, образованных в областях минимального электрического потенциала, ^[30] наблюдаемых как видимые «лучи», проникающие в ядро. Они образуются потому, что силы внутри региона соответствуют примерно стабильным «орбитам». Примерно 40% ионов высокой энергии в типичной сетке, работающей в режиме звезды, могут находиться внутри этих микроканалов. ^[31] Тем не менее, столкновения с сеткой остаются основным механизмом потери энергии для фузоров Фарнсворта-Хирша. Усложняет проблему охлаждение центрального электрода; Любой фузор, производящий достаточно энергии для работы электростанции, по-видимому, обречен также на разрушение своего внутреннего электрода. Одним из фундаментальных ограничений является то, что любой метод, создающий нейтронный поток, улавливаемый для нагрева рабочей жидкости, также будет бомбардировать этим потоком свои электроды, также нагревая их.

Попытки решить эти проблемы включают в себя систему Полиуэлла Бассарда , модифицированный подход с ловушкой Пеннинга Д.С. Барнса и фузор Университета Иллинойса, который сохраняет сетки, но пытается более плотно фокусировать ионы в микроканалах, чтобы попытаться избежать потерь. Хотя все три являются устройствами инерционного электростатического удержания (IEC), только последнее на самом деле является «предохранителем».

Радиация

Заряженные частицы будут излучать энергию в виде света, когда они меняют скорость. ^[32] Эту скорость потерь можно оценить для нерелятивистских частиц, используя формулу Лармора . Внутри фузора находится облако ионов и электронов . Эти частицы будут ускоряться или замедляться по мере своего движения. Эти изменения скорости заставляют облако терять энергию в виде света. Излучение фузора может (по крайней мере) находиться в видимом , ультрафиолетовом и рентгеновском спектре, в зависимости от типа используемого фузора. Эти изменения скорости могут быть обусловлены электростатическими взаимодействиями между частицами (ион с ионом, ион с электроном, электрон с электроном). Это называется тормозным излучением и часто встречается в фузорах. Изменения скорости также могут быть обусловлены взаимодействием частицы с электрическим полем. Поскольку магнитных полей нет, фузоры не излучают ни циклотронное излучение на малых скоростях, ни синхротронное излучение на высоких скоростях.

В книге «Фундаментальные ограничения систем плазменного синтеза, не находящихся в термодинамическом равновесии» , Тодд Райдер утверждает, что квазинейтральная изотропная плазма будет терять энергию из-за тормозного излучения со скоростью, непомерно высокой для любого топлива, кроме DT (или, возможно, DD или D-He3). Эта статья не применима к термоядерному синтезу IEC, поскольку квазинейтральная плазма не может удерживаться электрическим полем, которое является фундаментальной частью термоядерного синтеза IEC. Однако в более ранней статье «Общая критика термоядерных систем с инерционно-электростатическим удержанием» Райдер напрямую обращается к обычным устройствам IEC, включая термоядер. В случае фузора электроны обычно отделяются от массы топлива, изолированного вблизи электродов, что ограничивает скорость потерь. Однако Райдер демонстрирует, что практические термоэлементы работают в ряде режимов, которые либо приводят к значительному смешиванию и потерям электронов, либо, наоборот, к снижению плотности мощности. Похоже, это своего рода ловушка-22 , которая ограничивает производительность любой системы, подобной фузору.

Безопасность

При изготовлении и эксплуатации термоядерного предохранителя необходимо учитывать несколько ключевых вопросов безопасности. Во-первых, здесь задействовано высокое напряжение. Во-вторых, возможны рентгеновские и нейтронные излучения. Также существуют соображения огласки/дезинформации среди местных и регулирующих органов.

Коммерческие приложения

Источник нейтронов

Фузор был продемонстрирован как жизнеспособный источник нейтронов . Типичные фузеры не могут достигать таких высоких потоков, как источники ядерного реактора или ускорителя частиц , но достаточны для многих применений. Важно отметить, что генератор нейтронов легко размещается на столе и может быть выключен одним щелчком выключателя. Коммерческий фузор разрабатывался как непрофильный бизнес в компании DaimlerChrysler Aerospace – Space Infrastructure, Бремен, в период с 1996 по начало 2001 года. ^[9] После того, как проект был фактически завершен, бывший руководитель проекта основал компанию под названием NSD-Fusion. ^[12] На сегодняшний день самый высокий поток нейтронов, достигнутый фузороподобным устройством, составил 3 × 10 ¹¹ нейтронов в секунду при реакции синтеза дейтерия-дейтерия. ^[10]

Медицинские изотопы

Коммерческие стартапы использовали нейтронные потоки, генерируемые термоядерами, для производства Mo-99 , предшественника технеция-99m , изотопа, используемого в медицине. ^{[10] [11]}

Патенты

• Беннетт, штат Вашингтон, патент США № 3 120 475 , февраль 1964 г. (Термоядерная энергетика).
• П. Т. Фарнсворт, патент США № 3 258 402 , июнь 1966 г. (Электрический разряд — ядерное взаимодействие).
• П. Т. Фарнсворт, патент США 3386883 . Июнь 1968 г. (Метод и аппарат).
• Хирш, Роберт, патент США 3 530 036 . Сентябрь 1970 г. (Аппарат).
• Хирш, Роберт, патент США 3 530 497 . Сентябрь 1970 г. (Генераторная установка — Хирш/Микс).
• Хирш, Роберт, патент США 3 533 910 . Октябрь 1970 г. (литий-ионный источник).
• Хирш, Роберт, патент США 3655508 . Апрель 1972 г. (Уменьшение утечки плазмы).
• П. Т. Фарнсворт, патент США 3664920 . Май 1972 г. (Электростатическое сдерживание).
• Р. В. Бассард, «Метод и устройство для управления заряженными частицами», патент США 4826646 , май 1989 г. (Метод и устройство — Поля магнитной сетки).
• Р. В. Бассард, «Метод и устройство для создания и управления реакциями ядерного синтеза», патент США 5 160 695 , ноябрь 1992 г. (Метод и устройство — ионно-звуковые волны).

Смотрите также

• Портал ядерных технологий
• Энергетический портал
• Физический портал

• Кулоновский барьер
• Гелий-3 – возможное топливо
• Список примеров Fusor
• Полиуэлл

Рекомендации

1. "Биография Фило Тейлора Фарнсворта". Специальные коллекции библиотеки Марриотта Университета Юты. Архивировано из оригинала 21 октября 2013 г. Проверено 5 июля 2007 г.
2. Роберт Л. Хирш, «Инерционно-электростатическое удержание ионизированных термоядерных газов», Журнал прикладной физики, т. 38, вып. 7 октября 1967 г.
3. PT Фарнсворт (частное сообщение, 1964)
4. «Об инерционном электростатическом удержании плазмы» Уильям Элмор, Джеймс Так и Кен Уотсон, Физика жидкостей, 30 января 1959 г.
5. Ионный поток и термоядерная реактивность, характеристика сферически сходящегося ионного фокуса. Докторская диссертация, доктор Тимоти А. Торсон, Висконсин-Мэдисон, 1996 г.
6. Улучшение удержания частиц при инерционном электростатическом синтезе для обеспечения мощности и движения космических аппаратов. Доктор Карл Дитрих, докторская диссертация, Массачусетский технологический институт, 2007 г.
7. «Предварительные результаты экспериментальных исследований с помощью инерционного электростатического удерживающего устройства низкого давления» Журнал Fusion Energy, 23 мая 2013 г.
8. «Экспериментальное исследование иранского термоядерного устройства с инерционным электростатическим удержанием в качестве непрерывного генератора нейтронов» В. Дамиде, А. Садигзаде, Кухи, Аслезаим, Хейдарния, Абдоллахи, Журнал Fusion Energy, 11 июня 2011 г.
9. Майли, GH; Свед, Дж (октябрь 2000 г.). «Источник термоядерных нейтронов звездного типа IEC для NAA - статус и проекты следующего шага». Appl Радиат Изот . 53 (4–5): 779–83. дои : 10.1016/s0969-8043(00)00215-3. ПМИД  11003520.
10. «Ядерные лаборатории Феникса достигли рубежа в производстве нейтронов», пресс-релиз PNL от 1 мая 2013 г., Росс Радел, Эван Сенгбуш
11. http://shinemed.com/products/. Архивировано 9 июня 2019 г. в Wayback Machine , SHINE Medical Technologies , по состоянию на 20 января 2014 г.
12. «НЕЙТРОНГЕНЕРАТОР: NSD-GRADEL-FUSION». www.nsd-fusion.com . Генераторы нейтронов новейших технологий с множеством возможных применений.
13. Халл, Ричард (24 апреля 2013 г.). «Список Фузоров». Исследовательский консорциум Fusor с открытым исходным кодом .
14. «Слияние с ограниченным бюджетом». IEEE-спектр . Март 2009 года.
15. "Проект ядерного синтеза Хейлетта" . Архивировано из оригинала 16 сентября 2014 г. Проверено 15 сентября 2014 г.
16. Аманда Кузер (5 марта 2014 г.). «13-летний мальчик строит работающий термоядерный реактор». CNET .
17. Данцико, Мэтью (23 июня 2010 г.). «Я построил ядерный реактор в Нью-Йорке». Новости BBC . Проверено 30 ноября 2018 г.
18. «Как построить термоядерный реактор за 1000 долларов в своем подвале» . Откройте для себя журнал . Проверено 14 июля 2021 г.
19. «Кулоновский барьер для термоядерного синтеза». Гиперфизика .
20. Майли, Джордж; Мурали, С. Крупакар (2013). Инерционный электростатический синтез (IEC) Термоядерный синтез: основы и приложения. Спрингер. ISBN 9781461493389.
21. Тим Торсон, «Характеристика ионного потока и термоядерной реактивности сферически сходящегося ионного фокуса», диссертационная работа, декабрь 1996 г., Университет Висконсина-Мэдисона.
22. Дж. Хеддич, «Сплав во внутреннем электростатическом термоядерном устройстве с магнитно-экранированной сеткой», Физика плазмы, 2015.
23. Райдер, Тодд (1995). Фундаментальные ограничения систем плазменного синтеза, не находящихся в термодинамическом равновесии (Технический отчет). Массачусетский технологический институт.
24. Джафф, Геби (05 сентября 2023 г.). «Преобразование высокочастотного света в солнечную энергию в Farnsworth Fusor: проблемы и процедуры» (PDF) . дои : 10.36227/techrxiv.24082515 . Проверено 4 октября 2023 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
25. Роберт В. Бассард. Появление чистого ядерного синтеза: сверхэффективная космическая энергетика и двигательная установка (PDF) . 57-й Международный астронавтический конгресс, 2–6 октября 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 29 сентября 2011 г.
26. «Дом». Фусор.нет .
27. Джон Линдл, «Развитие подхода с непрямым приводом к термоядерному синтезу с инерционным удержанием и целевая физическая основа воспламенения и усиления», Физика плазмы, 1995.
28. Джон Лоусон, «Некоторые критерии для термоядерного реактора, производящего энергию», Исследовательский институт атомной энергии, Ханвелл, Беркс, 2 ноября 1956 г.
29. Торсон, Тимоти А. Характеристика ионного потока и термоядерной реактивности сферически сходящегося ионного фокуса. Тезис. Висконсин, Мэдисон, 1996. Мэдисон: Университет Висконсина, 1996. Печать.
30. «UWFDM-1267 Диагностическое исследование стационарного термоядерного синтеза усовершенствованного топлива (DD и D-3He) в устройстве IEC» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 декабря 2012 г. Проверено 16 сентября 2009 г.
31. «Исследование ионных микроканалов и эффектов сетки IEC с использованием кода SIMION» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 сентября 2008 г. Проверено 30 ноября 2006 г.
32. Дж. Лармор, «О динамической теории электрической и светоносной среды», Philosophical Transactions of the Royal Society 190, (1897), стр. 205–300 (третий и последний из серии одноимённых статей)

дальнейшее чтение

• Снижение барьеров для получения термоядерной электроэнергии; Г. Л. Кульчински и Дж. Ф. Сантариус, октябрь 1997 г. Представлено в статье «Пути к термоядерной энергии», представленной в журнале «Fusion Energy» , том. 17, № 1, 1998. (Аннотация в PDF )
• Роберт Л. Хирш, «Инерционно-электростатическое удержание ионизированных термоядерных газов», Журнал прикладной физики , т. 38, вып. 7 октября 1967 г.
• Ирвинг Ленгмюр , Кэтрин Б. Блоджетт , «Токи, ограниченные пространственным зарядом между концентрическими сферами» Physical Review , vol. 24, № 1, стр. 49–59, 1924 г.
• Р.А. Андерл, Дж.К. Хартвелл, Дж.Х. Надлер, Дж.М. ДеМора, Р.А. Стабберс и Г.Х. Майли, Разработка источника нейтронов IEC для неразрушающего контроля , 16-й симпозиум по термоядерной технике, ред. GH Майли и CM Эллиотт, IEEE Conf. Учеб. 95CH35852, IEEE Пискатауэй, Нью-Джерси, 1482–1485 (1996).
• «Об инерционно-электростатическом удержании плазмы» Уильям К. Элмор, Джеймс Л. Так, Кеннет М. Уотсон, Физика жидкостей, т. 2, № 3, май – июнь 1959 г.
• «Сплав D-3He в инерционном электростатическом удерживающем устройстве» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 марта 2009 г. Проверено 25 августа 2004 г. (142 КБ) ; Р.П. Эшли, Г.Л. Кульчински, Дж. Ф. Сантариус, С. Крупакар Мурали, Г. Пифер; Публикация IEEE 99CH37050, стр. 35–37, 18-й симпозиум по термоядерной технике, Альбукерке, Нью-Мексико, 25–29 октября 1999 г.
• Г.Л. Кульчински, Прогресс в устойчивом синтезе усовершенствованных видов топлива в устройстве IEC Университета Висконсина , март 2001 г.
• Характеристика термоядерной реактивности сферически сходящегося ионного фокуса, Т.А. Торсон, Р.Д. Дерст, Р.Дж. Фонк, А.С. Зонтаг, Nuclear Fusion, Vol. 38, № 4. с. 495, апрель 1998 г. (аннотация)
• Измерения сходимости, электростатического потенциала и плотности в сферически сходящимся ионном фокусе, Т.А. Торсон, Р.Д. Дерст, Р.Дж. Фонк и Л.П. Уэйнрайт, Phys. Плазма , 4:1, январь 1997 г.
• Р.В. Бассард и Л.В. Джеймсон, «Спектр инерционно-электростатического движения: воздушное дыхание для межзвездного полета», Journal of Propulsion and Power , т. 11, № 2. Авторы описывают реакцию протон-бор 11 и ее применение для ионного электростатического удержания.
• Р.В. Бассар и Л.В. Джеймсон, «Термоядерный синтез как электрическая тяга», Журнал «Движение и энергетика», т. 6, № 5, сентябрь – октябрь 1990 г.
• Тодд Х. Райдер, «Общая критика термоядерных систем с инерционно-электростатическим удержанием», магистерская диссертация в Массачусетском технологическом институте , 1994.
• Тодд Х. Райдер, «Фундаментальные ограничения систем плазменного синтеза, не находящихся в термодинамическом равновесии», доктор философии. диссертация в Массачусетском технологическом институте , 1995 г.
• Тодд Х. Райдер, «Фундаментальные ограничения систем плазменного синтеза, не находящихся в термодинамическом равновесии» Физика плазмы , апрель 1997 г., том 4, выпуск 4, стр. 1039–1046.
• Можно ли использовать современное термоядерное топливо с современными технологиями?; Дж. Ф. Сантариус, Г. Л. Кульчински, Л. А. Эль-Гебали, Х. И. Хатер, январь 1998 г. [представлено на ежегодном собрании Fusion Power Associates, 27–29 августа 1997 г., Аспен, Колорадо; Журнал термоядерной энергетики , Vol. 17, № 1, 1998, с. 33].
• Р.В. Бассард и Л.В. Джеймсон, «От SSTO до спутников Сатурна, сверхэффективная термоядерная двигательная установка для практических космических полетов», 30-я совместная конференция AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам, 27–29 июня 1994 г., AIAA-94-3269
• «Видеопрезентация Роберта В. Бассарда для сотрудников Google — Google TechTalks» . 9 ноября 2006 г. Архивировано из оригинала 10 ноября 2007 г.^{[ мертвая ссылка ]}

Внешние ссылки

• Дэвид, Шнайдер, «Слияние с телевидения?». Американский учёный , июль – август
• «Домашняя страница IEC Университета Висконсин-Мэдисон» . Архивировано из оригинала 17 августа 2003 г.
• RTFTechnologies.org Термоядерный реактор IEC Подробная информация о конструкции реактора IEC
• Нейтроны на продажу — статья New Scientist
• Эксперименты по термоядерному синтезу показывают более мягкую сторону ядерной энергетики — статья Wired
• Различные патенты и статьи, связанные с термоядерным синтезом, IEC, ICC и физикой плазмы.
• Как небольшая вакуумная система и немного плетения корзин дадут вам работающий источник нейтронов с инерционно-электростатическим удержанием
• Описание «анейтронной» версии бора Бассарда.
• Fusor.net Форум для любителей, собирающих фузоры
• НСД-Фьюжн
• «Северо-Западный ядерный консорциум». Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Преподает старшеклассникам фузоры.
• Фарнсвортский фузор. Архивировано 7 сентября 2013 г. в Wayback Machine в Farnsworth Chronicles (farnovision.com).
• Практическое руководство: изготовление фьюзора за 60 минут.