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 вниз по этому падению напряжения, набирая скорость. Если они сталкиваются в центре, они могут слиться. Это один из видов инерционного электростатического устройства удержания — раздел исследований термоядерного синтеза.

Фузор Фарнсворта-Хирша является наиболее распространенным типом фузора. ^[1] Эта конструкция появилась в результате 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 Висконсин-Мэдисон , ^[5] Массачусетский технологический институт ^[6] и государственные учреждения, такие как Организация по атомной энергии Ирана и Турецкое управление по атомной энергии . ^{[7] [8]} Фузоры также были разработаны в коммерческих целях, как источники нейтронов компанией DaimlerChrysler Aerospace ^[9] и как метод получения медицинских изотопов. ^{[10] [11] [12]} Фузоры также стали очень популярными среди любителей и любителей. Все большее число любителей осуществляли ядерный синтез , используя простые машины для фузоров. ^{[13] [14] [15] [16] [17] [18]} Однако ученые не считают фузоры жизнеспособной концепцией для крупномасштабного производства энергии.

Механизм

Базовая физика

Синтез происходит, когда ядра приближаются на расстояние, на котором ядерная сила может объединить их в одно большее ядро. Противодействуют этому близкому сближению положительные заряды в ядрах, которые разделяют их из-за электростатической силы . Для того чтобы произвести события синтеза, ядра должны иметь достаточно большую начальную энергию, чтобы позволить им преодолеть этот кулоновский барьер . Поскольку ядерная сила увеличивается с числом нуклонов, протонов и нейтронов, а электромагнитная сила увеличивается только с числом протонов, самыми легкими для синтеза атомами являются изотопы водорода, дейтерий с одним нейтроном и тритий с двумя. При использовании водородного топлива для осуществления реакции требуется около 3–10 кэВ. ^[19]

Традиционные подходы к термоядерной энергетике обычно пытались нагреть топливо до температур, при которых распределение Максвелла-Больцмана их результирующих энергий было достаточно высоким, чтобы некоторые частицы в длинном хвосте имели требуемую энергию. ^[19] Достаточно высокая в этом случае означает, что скорость реакций синтеза производит достаточно энергии, чтобы компенсировать потери энергии в окружающую среду и, таким образом, нагревать окружающее топливо до тех же температур и производить самоподдерживающуюся реакцию, известную как зажигание . Расчеты показывают, что это происходит при температуре около 50 миллионов  кельвинов (К), хотя в практических машинах 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 становятся все более свободными 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 способность для удержания топлива при миллионах градусов.

Концепция Фузора

Фузор является частью более широкого класса устройств, которые пытаются дать топливу энергию, необходимую для термоядерного синтеза, путем прямого ускорения ионов по направлению друг к другу. В случае фузора это достигается с помощью электростатических сил. На каждый вольт , который ускоряет ион с зарядом ±1, он получает 1 электронвольт энергии. Чтобы достичь требуемых ~10 кэВ, требуется напряжение 10 кВ, приложенное к обеим частицам. Для сравнения, электронная пушка в типичной телевизионной электронно-лучевой трубке имеет порядок от 3 до 6 кВ, поэтому сложность такого устройства довольно ограничена. По ряду причин используются энергии порядка 15 кэВ. Это соответствует средней кинетической энергии при температуре приблизительно 174 миллиона Кельвинов, типичной температуре термоядерной плазмы с магнитным удержанием .

Проблема с этим подходом к слиянию встречных пучков , в общем, заключается в том, что ионы, скорее всего, никогда не столкнутся друг с другом, независимо от того, насколько точно они направлены. Даже самое незначительное несовпадение приведет к тому, что частицы будут рассеиваться и, таким образом, не смогут слиться. Легко продемонстрировать, что вероятность рассеяния на много порядков выше, чем скорость слияния, что означает, что подавляющее большинство энергии, подаваемой на ионы, будет потрачено впустую, а те реакции слияния, которые происходят, не могут компенсировать эти потери. Чтобы быть энергетически положительным, устройство для слияния должно перерабатывать эти ионы обратно в топливную массу, чтобы у них были тысячи или миллионы таких шансов слиться, и их энергия должна быть сохранена как можно дольше в течение этого периода.

Фузор пытается выполнить это требование посредством сферического расположения своей системы ускорительной сетки. Ионы, которые не могут слиться, проходят через центр устройства и возвращаются в ускоритель на дальней стороне, где они ускоряются обратно в центр. При этом действии не теряется энергия, и в теории, предполагая, что провода сетки бесконечно тонкие, ионы могут циркулировать вечно без необходимости в дополнительной энергии. Даже те, которые рассеиваются, просто примут новую траекторию, выйдут из сетки в какой-то новой точке и снова ускорятся обратно в центр, обеспечивая циркуляцию, необходимую для того, чтобы событие слияния в конечном итоге произошло. ^[20]

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

Потери

Важно рассмотреть фактическую последовательность запуска фузора, чтобы понять результирующую операцию. Обычно система откачивается до вакуума, а затем небольшое количество газа помещается внутрь вакуумной камеры. Этот газ будет распространяться, чтобы заполнить объем. Когда напряжение подается на электроды, атомы между ними будут испытывать поле, которое заставит их ионизироваться и начать ускоряться внутрь. Поскольку атомы распределены случайным образом для начала, количество энергии, которое они получат, отличается; атомы, изначально находящиеся вблизи анода, получат большую часть приложенного напряжения, скажем, 15 кэВ. Те, которые изначально находятся вблизи катода, получат гораздо меньше энергии, возможно, слишком малой, чтобы подвергнуться слиянию со своими аналогами на дальней стороне центральной реакционной зоны. ^[20]

Атомы топлива внутри внутренней области в период запуска не ионизируются. Ускоренные ионы рассеиваются вместе с ними и теряют свою энергию, одновременно ионизируя ранее холодный атом. Этот процесс и рассеяние другими ионами приводят к тому, что энергии ионов становятся случайными, и топливо быстро приобретает нетепловое распределение. По этой причине энергия, необходимая в системе с термоядерным синтезом, выше, чем в системе, где топливо нагревается каким-либо другим способом, так как часть энергии будет «потеряна» во время запуска. ^[20]

Реальные электроды не бесконечно тонкие, и потенциал рассеивания от проводов или даже захвата ионов внутри электродов является существенной проблемой, которая приводит к высоким потерям проводимости . Эти потери могут быть по крайней мере на пять порядков выше, чем энергия, выделяемая в результате реакции синтеза, даже когда фьюзер находится в звездном режиме, что минимизирует эти реакции. ^[22]

Существует также множество других механизмов потерь. Они включают обмен зарядами между ионами высокой энергии и нейтральными частицами низкой энергии, что заставляет ион захватывать электрон, становиться электрически нейтральным, а затем покидать фьюзер, поскольку он больше не ускоряется обратно в камеру. Это оставляет позади недавно ионизированный атом с более низкой энергией и, таким образом, охлаждает плазму. Рассеяния также могут увеличивать энергию иона, что позволяет ему пройти мимо анода и вырваться, в этом примере все, что выше 15 кэВ. ^[20]

Кроме того, рассеяние как ионов, так и особенно примесей, оставшихся в камере, приводит к значительному тормозному излучению , создавая рентгеновские лучи , которые переносят энергию из топлива. ^[20] Этот эффект растет с энергией частиц, то есть проблема становится более выраженной по мере того, как система приближается к рабочим условиям, связанным с термоядерным синтезом. ^[23]

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

Обычными источниками высокого напряжения являются источники обратного хода ZVS и трансформаторы неоновых ламп . 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 в области телевидения. В начале 1930-х годов он исследовал ряд конструкций вакуумных ламп для использования в телевидении и нашел одну, которая привела к интересному эффекту. В этой конструкции, которую он назвал «мультипактор», электроны, движущиеся от одного электрода к другому, останавливались на полпути с помощью надлежащего применения высокочастотного магнитного поля . Затем заряд накапливался в центре трубки, что приводило к высокому усилению. К сожалению, это также приводило к высокой эрозии электродов, когда электроны в конечном итоге попадали на них, и сегодня эффект мультипактора обычно считается проблемой, которую следует избегать.

Что особенно заинтересовало Фарнсворта в устройстве, так это его способность фокусировать электроны в определенной точке. Одной из самых больших проблем в исследованиях термоядерного синтеза является предотвращение столкновения горячего топлива со стенками контейнера. Если это произойдет, топливо не сможет поддерживаться достаточно горячим для протекания реакции термоядерного синтеза . Фарнсворт рассуждал, что он мог бы построить электростатическую систему удержания плазмы , в которой «стенные» поля реактора были бы электронами или ионами, удерживаемыми на месте мультипактором . Затем топливо можно было бы впрыскивать через стенку, и, попав внутрь, оно не смогло бы вырваться. Он назвал эту концепцию виртуальным электродом, а систему в целом — фузором .

Дизайн

Первоначальные конструкции фузоров Фарнсворта были основаны на цилиндрических расположениях электродов, как и оригинальные мультипакторы. Топливо ионизировалось, а затем выстреливалось из небольших ускорителей через отверстия во внешних (физических) электродах. Пройдя через отверстие, они ускорялись по направлению к внутренней зоне реакции с высокой скоростью. Электростатическое давление от положительно заряженных электродов удерживало топливо в целом от стенок камеры, а удары новых ионов удерживали самую горячую плазму в центре. Он называл это инерционным электростатическим удержанием , термин, который продолжает использоваться и по сей день. Напряжение между электродами должно быть не менее 25 кВ, чтобы произошел синтез.

Работа в телевизионных лабораториях Фарнсворта

Вся эта работа проводилась в лабораториях Farnsworth Television , которые в 1949 году были куплены ITT Corporation в рамках ее плана стать следующим RCA . Однако проект по исследованию термоядерного синтеза не считался немедленно прибыльным. В 1965 году совет директоров начал просить Гарольда Дженина продать подразделение Farnsworth, но его бюджет на 1966 год был одобрен с финансированием до середины 1967 года. В дальнейшем финансировании было отказано, и это положило конец экспериментам ITT с термоядерным синтезом. ^{[ необходима цитата ]}

Ситуация кардинально изменилась с приходом Роберта Хирша и введением 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 выстреливания ионами в вакуумную камеру. ^[2]

Затем команда обратилась в AEC , которая тогда отвечала 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 раскрыл большой прогресс, достигнутый Советами с использованием токамака . В ответ на это удивительное развитие событий AEC решила сосредоточить финансирование на крупных проектах токамака и сократить поддержку альтернативных концепций. ^{[ необходима цитата ]}

Последние события

Джордж Х. Майли из Иллинойсского университета пересмотрел фузор и вновь ввел его в эту область. С тех пор к фузору сохраняется слабый, но устойчивый интерес. Важным событием стало успешное коммерческое внедрение нейтронного генератора на основе фузора . С 2006 года и до своей смерти в 2007 году Роберт В. Буссард выступал с докладами о реакторе, похожем по конструкции на фузор, который теперь называется поливелл , и который, по его словам, мог бы вырабатывать полезную электроэнергию. ^[25] Совсем недавно фузор приобрел популярность среди любителей, которые выбирают их в качестве домашних проектов из-за их относительно небольших требований к пространству, деньгам и питанию. Онлайн-сообщество «фузорщиков», The Open Source Fusor Research Consortium, или Fusor.net, посвящено освещению разработок в мире фузоров и оказанию помощи другим любителям в их проектах. Сайт содержит форумы, статьи и доклады, посвященные фузору, включая оригинальный патент Фарнсворта, а также патент Хирша на его версию изобретения. ^[26]

Слияние в фузорах

Базовый синтез

Сечения различных реакций синтеза

Ядерный синтез относится к реакциям, в которых более легкие ядра объединяются, чтобы стать более тяжелыми ядрами. Этот процесс преобразует массу в энергию, которая в свою очередь может быть захвачена для обеспечения мощности синтеза . 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 по простоте реакция - это синтез дейтерия с самим собой. Поскольку этот газ дешевле, он является топливом, которое обычно используют любители. Легкость проведения реакции синтеза измеряется его поперечным сечением . ^[27]

Чистая мощность

При таких условиях атомы ионизируются и образуют плазму . Энергию, вырабатываемую при синтезе внутри горячего плазменного облака, 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 за время на объем),

n — плотность численности видов 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,

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

Это уравнение показывает, что энергия меняется в зависимости от температуры, плотности, скорости столкновения и используемого топлива. Чтобы достичь чистой мощности, реакции термоядерного синтеза должны происходить достаточно быстро, чтобы компенсировать потери энергии. Любая электростанция, использующая термоядерный синтез, будет держаться в этом горячем облаке. Плазменные облака теряют энергию через проводимость и излучение . ^[28] Проводимость — это когда ионы , электроны или нейтралы касаются поверхности и просачиваются. Энергия теряется вместе с частицей. Излучение — это когда энергия покидает облако в виде света. Излучение увеличивается с ростом 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 — эффективность,

${\displaystyle P_{\text{conduction}}}$это мощность потерь проводимости, когда масса, нагруженная энергией, покидает

${\displaystyle P_{\text{radiation}}}$это мощность потерь излучения, поскольку энергия уходит в виде света,

${\displaystyle P_{\text{out}}}$это чистая мощность, получаемая в результате термоядерного синтеза.

Джон Лоусон использовал это уравнение для оценки некоторых условий для чистой мощности ^[28] на основе облака Максвелла . ^[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 небольших ускорителей частиц , по сути телевизионных трубок с удаленными концами, впрыскивают ионы при относительно низком напряжении в вакуумную камеру. В версии фузора Хирша ионы производятся путем ионизации разбавленного газа в камере. В любой версии есть два концентрических сферических электрода , внутренний из которых заряжен отрицательно по отношению к внешнему (примерно до 80 кВ). Как только ионы попадают в область между электродами, они ускоряются по направлению к центру.

В фузоре ионы ускоряются до нескольких кэВ электродами, поэтому нагрев как таковой не нужен (при условии, что ионы сливаются до потери своей энергии в результате любого процесса). В то время как 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 телевизоры с ЭЛТ. В той степени, в которой ионы остаются на своей начальной энергии, энергию можно настроить так, чтобы воспользоваться пиком сечения реакции или избежать неблагоприятных (например, нейтронных) реакций, которые могут происходить при более высоких энергиях.

Были предприняты различные попытки увеличить скорость ионизации дейтерия, включая нагреватели внутри «ионных пушек» (похожих на «электронную пушку», которая является основой для старых телевизионных дисплеев), а также устройства магнетронного типа (являющиеся источниками питания для микроволновых печей), которые могут усилить образование ионов с помощью высоковольтных электромагнитных полей. Любой метод, который увеличивает плотность ионов (в пределах, которые сохраняют длину свободного пробега ионов) или энергию ионов, может, как ожидается, увеличить выход термоядерного синтеза, обычно измеряемый числом нейтронов, производимых в секунду.

Легкость, с которой можно увеличить энергию ионов, оказывается особенно полезной, когда рассматриваются реакции синтеза «высоких температур» , такие как синтез протонов и бора , который имеет много 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, по-видимому, исходят из зазоров во внутренней сетке.

У фузоров есть как минимум два режима работы (возможно, больше): звездный режим и режим гало . Режим гало характеризуется широким симметричным свечением, при этом из структуры выходит один или два электронных пучка. Слияние происходит слабо. ^[29] Режим гало возникает в резервуарах с более высоким давлением, и по мере улучшения вакуума устройство переходит в звездный режим. Звездный режим выглядит как яркие лучи света, исходящие из центра устройства. ^[29]

Плотность мощности

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

Термализация скоростей ионов

Когда они впервые попадают в центр фузора, все ионы будут иметь одинаковую энергию, но распределение скоростей быстро приблизится к распределению Максвелла-Больцмана . Это произойдет посредством простых кулоновских столкновений в течение миллисекунд, но неустойчивости пучка-пучка будут возникать на порядки быстрее. Для сравнения, любому данному 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 подвергнувшись реакции синтеза.

Электроды

На изображении показан другой дизайн сетки.

Существует ряд нерешенных проблем с электродами в системе питания фузора. Во-первых, 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, как правило, происходит в микроканалах, образованных в областях минимального электрического потенциала, ^[30] рассматриваемых как видимые «лучи», проникающие в ядро. Они образуются, потому что силы внутри области соответствуют примерно стабильным «орбитам». Примерно 40% высокоэнергетических ионов в типичной сетке, работающей в звездном режиме, могут находиться внутри этих микроканалов. ^[31] Тем не менее, столкновения сеток остаются основным механизмом потери энергии для фузоров Фарнсворта-Хирша. Усложняющей проблемой является проблема охлаждения центрального электрода; любой фузор, производящий достаточно энергии для работы электростанции, кажется, обречен также разрушить свой внутренний электрод. Одним из фундаментальных ограничений является то, что любой метод, создающий поток нейтронов, который улавливается для нагрева рабочей жидкости, также будет бомбардировать ее электроды этим потоком, нагревая их.

Попытки решить эти проблемы включают систему Polywell Буссарда , модифицированный подход ловушки Пеннинга DC Barnes и фузор Иллинойсского университета, который сохраняет сетки, но пытается более плотно сфокусировать ионы в микроканалы, чтобы попытаться избежать потерь. Хотя все три являются устройствами инерционного электростатического удержания (IEC), только последний на самом деле является «фузором».

Радиация

Заряженные частицы будут излучать энергию в виде света, когда они меняют скорость. ^[32] Эту скорость потерь можно оценить для нерелятивистских частиц с помощью формулы 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 от фузора может (по крайней мере) находиться в видимом , ультрафиолетовом и рентгеновском спектре, в зависимости от типа используемого фузора. Эти изменения скорости могут быть вызваны электростатическими взаимодействиями между частицами (ион с ионом, ион с электроном, электрон с электроном). Это называется тормозным излучением и распространено во фузорах. Изменения скорости также могут быть вызваны взаимодействиями между частицей и электрическим полем. Поскольку нет магнитных полей, фузоры не испускают циклотронного излучения на малых скоростях или синхротронного излучения на больших скоростях.

В статье «Основные ограничения на системы плазменного синтеза, не находящиеся в термодинамическом равновесии » Тодд Райдер утверждает, что квазинейтральная изотропная плазма будет терять энергию из-за тормозного излучения со скоростью, недопустимой 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, что является фундаментальной частью термоядерного синтеза IEC. Однако в более ранней статье «Общая критика систем термоядерного синтеза с инерционно-электростатическим удержанием» Райдер напрямую рассматривает общие устройства IEC, включая фузор. В случае фузора электроны, как правило, отделены от массы топлива, изолированного вблизи электродов, что ограничивает скорость потерь. Однако Райдер демонстрирует, что практические фузоры работают в диапазоне режимов, которые либо приводят к значительному смешиванию и потерям электронов, либо поочередно к более низким плотностям мощности. Это, по-видимому, своего рода уловка-22 , которая ограничивает выход любой системы, подобной фузору.

Безопасность

Существует несколько ключевых соображений безопасности, связанных со строительством и эксплуатацией фузора. Во-первых, это высокое напряжение. Во-вторых, возможны рентгеновские и нейтронные излучения. Также существуют соображения о рекламе/дезинформации с местными и регулирующими органами.

Коммерческое применение

Источник нейтронов

Фузор был продемонстрирован как жизнеспособный источник нейтронов . Типичные фузоры не могут достигать потоков, таких же высоких, как у ядерных реакторов или ускорителей частиц , но достаточны для многих применений. Важно то, что нейтронный генератор легко устанавливается на столешницу и может быть выключен щелчком переключателя. Коммерческий фузор был разработан как непрофильный бизнес в DaimlerChrysler Aerospace – Space Infrastructure, Bremen в период с 1996 по начало 2001 года. ^[9] После того, как проект был фактически завершен, бывший руководитель проекта основал компанию, которая называется NSD-Fusion. ^[12] На сегодняшний день самый высокий поток нейтронов, достигнутый устройством, подобным фузору, составил 3 × 10 ¹¹ нейтронов в секунду с помощью реакции синтеза дейтерия-дейтерия. ^[10]

Медицинские изотопы

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

Патенты

• Беннетт, У. Х., 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 3,386,883 . Июнь 1968 г. (Метод и устройство).
• Хирш, Роберт, патент США 3,530,036 . Сентябрь 1970 г. (Устройство).
• Хирш, Роберт, патент США 3,530,497 . Сентябрь 1970 г. (Генерирующий аппарат — Хирш/Микс).
• Хирш, Роберт, патент США 3,533,910 . Октябрь 1970 г. (литий-ионный источник).
• Хирш, Роберт, патент США 3,655,508 . Апрель 1972 г. (Уменьшение утечки плазмы).
• П. Т. Фарнсворт, патент США 3,664,920 . Май 1972 г. (Электростатическое сдерживание).
• Р. В. Буссард, «Метод и устройство для управления заряженными частицами», патент США 4,826,646 , май 1989 г. (Метод и устройство — Магнитные сеточные поля).
• Р. В. Буссард, «Метод и устройство для создания и управления реакциями ядерного синтеза», патент США 5,160,695 , ноябрь 1992 г. (Метод и устройство — Ионные акустические волны).

Смотрите также

• Портал ядерных технологий
• Энергетический портал
• Физический портал

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

Ссылки

1. "Биография Фило Тейлора Фарнсворта". Специальные коллекции библиотеки Marriott университета Юты. Архивировано из оригинала 2012-12-11 . Получено 2007-07-05 .
2. Роберт Л. Хирш, «Инерционно-электростатическое удержание ионизированных термоядерных газов», Журнал прикладной физики, т. 38, № 7, октябрь 1967 г.
3. PT Farnsworth (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 реактивность термоядерного синтеза, характеристика сферически сходящегося ионного фокуса. Кандидатская диссертация, доктор Тимоти А. Торсон, Висконсин-Мэдисон, 1996.
6. Улучшение удержания частиц в инерциальном электростатическом синтезе для обеспечения энергии и движения космических аппаратов. Доктор Карл Дитрих, докторская диссертация, Массачусетский технологический институт, 2007 г.
7. «Предварительные результаты экспериментальных исследований с использованием инерционного электростатического устройства удержания низкого давления» Журнал Fusion Energy, 23 мая 2013 г.
8. «Экспериментальное исследование иранского устройства термоядерного синтеза с инерционным электростатическим удержанием как непрерывного генератора нейтронов» В. Дамиде, А. Садигзаде, Кухи, Аслезаим, Хейдарния, Абдоллахи, Журнал термоядерной энергетики, 11 июня 2011 г.
9. Miley, GH; Sved, J (октябрь 2000 г.). "Источник нейтронов для термоядерного синтеза в звездном режиме IEC для NAA — состояние и проекты следующего шага". Appl Radiat Isot . 53 (4–5): 779–83. Bibcode : 2000AppRI..53..779M. doi : 10.1016/s0969-8043(00)00215-3. PMID  11003520.
10. "Phoenix Nuclear Labs достигает рубежа в производстве нейтронов", пресс-релиз PNL от 1 мая 2013 г., Росс Радель, Эван Сенгбуш
11. http://shinemed.com/products/ Архивировано 09.06.2019 в Wayback Machine , SHINE Medical Technologies , дата обращения 20.01.2014
12. "НЕЙТРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР: NSD-GRADEL-FUSION". www.nsd-fusion.com . Нейтронные генераторы новейшей технологии с множеством возможных применений
13. Халл, Ричард (24 апреля 2013 г.). «Список Fusor». Исследовательский консорциум Fusor с открытым исходным кодом .
14. "Бюджетный синтез". IEEE Spectrum . Март 2009.
15. "THE HAYLETT NUCLEAR FUSION PROJECT". Архивировано из оригинала 2014-09-16 . Получено 2014-09-15 .
16. Аманда Кузер (5 марта 2014 г.). «13-летний подросток построил работающий термоядерный реактор». CNET .
17. Данзико, Мэтью (2010-06-23). ​​«Я построил ядерный реактор в Нью-Йорке». BBC News . Получено 2018-11-30 .
18. "Как построить термоядерный реактор за 1000 долларов в подвале". Журнал Discover . Получено 14 июля 2021 г.
19. "Кулоновский барьер для термоядерного синтеза". Гиперфизика .
20. Майли, Джордж; Мурали, С. Крупакар (2013). Инерционный электростатический захват (IEC) Термоядерный синтез: основы и приложения. Springer. ISBN 9781461493389.
21. Тим Торсон, «Характеристика ионного потока и реактивности термоядерного синтеза в сферически сходящемся ионном фокусе», диссертация, декабрь 1996 г., Университет Висконсин-Мэдисон.
22. Дж. Хеддич, «Синтез в магнитно-экранированном сеточном электростатическом термоядерном устройстве», Физика плазмы, 2015.
23. Rider, Todd (1995). Фундаментальные ограничения плазменных систем синтеза, не находящихся в термодинамическом равновесии (Технический отчет). MIT.
24. Джафф, Геби (05.09.2023). «Преобразование высокочастотного света в солнечную энергию в Farnsworth Fusor: проблемы и процедуры» (PDF) . doi :10.36227/techrxiv.24082515 . Получено 04.10.2023 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
25. Роберт В. Буссард. Наступление чистого ядерного синтеза: сверхпроизводительная космическая энергетика и движение (PDF) . 57-й Международный астронавтический конгресс, 2–6 октября 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 29 сентября 2011 г.
26. "Главная". Fusor.net .
27. Джон Линдл, «Разработка подхода с косвенным приводом к инерциальному удержанию термоядерного синтеза и физическая основа мишени для зажигания и усиления», Физика плазмы, 1995.
28. Джон Лоусон, «Некоторые критерии для термоядерного реактора, производящего энергию», Исследовательский центр атомной энергии, Ханвелл, Беркс, 2 ноября 1956 г.
29. Thorson, Timothy A. Ion Flow and Fusion Reaction Characterization of a Spherely Convergent Ion Focus. Диссертация. Висконсин Мэдисон, 1996. Мэдисон: Университет Висконсина, 1996. Печать.
30. "UWFDM-1267 Диагностическое исследование стационарного усовершенствованного ядерного синтеза (DD и D-3He) в устройстве IEC" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-12-24 . Получено 2009-09-16 .
31. "Исследование ионных микроканалов и эффектов IEC Grid с использованием кода SIMION" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2008-09-07 . Получено 2006-11-30 .
32. Дж. Лармор, «О динамической теории электрической и светоносной среды», Philosophical Transactions of the Royal Society 190, (1897) стр. 205–300 (Третья и последняя в серии статей с тем же названием)

Дальнейшее чтение

• Снижение барьеров на пути к термоядерной электроэнергетике; GL Kulcinski и JF Santarius, октябрь 1997 г. Доклад на конференции «Пути к термоядерной энергетике», опубликованной в Journal of Fusion Energy , том 17, № 1, 1998 г. (Аннотация в формате PDF )
• Роберт Л. Хирш, «Инерционно-электростатическое удержание ионизированных термоядерных газов», Журнал прикладной физики , т. 38, № 7, октябрь 1967 г.
• Ирвинг Ленгмюр , Кэтрин Б. Блоджетт , «Токи, ограниченные пространственным зарядом между концентрическими сферами» Physical Review , т. 24, № 1, стр. 49–59, 1924
• RA Anderl, JK Hartwell, JH Nadler, JM DeMora, RA Stubbers и GH Miley, Разработка источника нейтронов IEC для неразрушающего контроля , 16-й симпозиум по термоядерной инженерии, ред. GH Miley и CM Elliott, IEEE Conf. Proc. 95CH35852, IEEE Piscataway, 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.
• "D-3He Fusion in an Inertial Electrostatic Confinement Device" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2009-03-16 . Получено 2004-08-25 . (142 КБ) ; RP Ashley, GL Kulcinski, JF Santarius, S. Krupakar Murali, G. Piefer; Публикация IEEE 99CH37050, стр. 35–37, 18-й симпозиум по термоядерной инженерии, Альбукерке, Нью-Мексико, 25–29 октября 1999 г.
• GL Kulcinski, Прогресс в области устойчивого синтеза усовершенствованных видов топлива в приборе IEC Университета Висконсина , март 2001 г.
• Характеристика реактивности термоядерного синтеза сферически сходящегося ионного фокуса, TA Thorson, RD Durst, RJ Fonck, AC Sontag, Ядерный синтез, т. 38, № 4. стр. 495, апрель 1998 г. (аннотация)
• Конвергенция, электростатический потенциал и измерения плотности в сферически сходящемся ионном фокусе, TA Thorson, RD Durst, RJ Fonck и LP Wainwright, Phys. Plasma , 4:1, январь 1997 г.
• RW Bussard и LW Jameson, «Спектр инерционно-электростатического движения: от дыхания воздухом до межзвездных полетов», Journal of Propulsion and Power , т. 11, № 2. Авторы описывают реакцию протон — бор 11 и ее применение для ионного электростатического удержания.
• Р. В. Буссард и Л. В. Джеймсон, «Синтез как электродвижение», Журнал движения и энергетики, т. 6, № 5, сентябрь–октябрь 1990 г.
• Тодд Х. Райдер, «Общая критика систем термоядерного синтеза с инерционно-электростатическим удержанием», диссертация магистра в Массачусетском технологическом институте , 1994 г.
• Тодд Х. Райдер, «Фундаментальные ограничения систем плазменного синтеза, не находящихся в термодинамическом равновесии», докторская диссертация в Массачусетском технологическом институте , 1995 г.
• Тодд Х. Райдер, «Фундаментальные ограничения плазменных систем синтеза, не находящихся в термодинамическом равновесии» Физика плазмы , апрель 1997 г., том 4, выпуск 4, стр. 1039–1046.
• Можно ли использовать усовершенствованное термоядерное топливо с сегодняшними технологиями?; JF Santarius, GL Kulcinski, LA El-Guebaly, HY Khater, январь 1998 г. [представлено на ежегодном собрании Fusion Power Associates, 27–29 августа 1997 г., Аспен, штат Колорадо; Журнал Fusion Energy , том 17, № 1, 1998 г., стр. 33].
• Р. В. Бассард и Л. В. Джеймсон, «От SSTO до спутников Сатурна, сверхпроизводительные термоядерные двигатели для практических космических полетов», 30-я совместная конференция AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигателям, 27–29 июня 1994 г., AIAA-94-3269
• «Видеопрезентация Роберта В. Бассарда для сотрудников Google — Google TechTalks». 9 ноября 2006 г. Архивировано из оригинала 10.11.2007.

Внешние ссылки

• Дэвид, Шнайдер, «Слияние с телевидением?». American Scientist , июль–август
• "Домашняя страница IEC Университета Висконсин-Мэдисон". Архивировано из оригинала 2003-08-17.
• RTFTechnologies.org IEC Fusion Reactor Подробная информация о конструкции реактора IEC
• Нейтроны на продажу — статья в New Scientist
• Эксперименты по термоядерному синтезу показывают более мягкую сторону ядерной энергетики — статья Wired
• Различные патенты и статьи, связанные с термоядерным синтезом, МЭК, МХК и физикой плазмы
• Как небольшая вакуумная система и немного плетения корзин позволят вам создать работающий источник нейтронов с инерционно-электростатически удерживаемым полем
• Описание «анейтронной» версии бора Буссарда
• Fusor.net Форум для любителей-строителей фузоров
• NSD-Fusion
• "Северо-Западный ядерный консорциум". Архивировано из оригинала 2013-12-03.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Обучает старшеклассников фузорам.
• Farnsworth Fusor Архивировано 2013-09-07 в Wayback Machine в Farnsworth Chronicles (farnovision.com)
• Как сделать: приготовление фузора за 60 минут