Глава 544. Переосмысление авиации и космонавтики •
Миниатюризация реактора управляемого термоядерного синтеза теоретически не является невыполнимой технологией.
Еще в 2010 году американская компания Lockheed Martin объявила, что собирается создать миниатюрный реактор управляемого термоядерного синтеза и установить его на космические челноки, истребители, авианосцы и другое оборудование.
Это очень сложно, но не безнадежно.
Более того, еще в 2015 году на форуме, организованном компанией Google, компания Lockheed Martin сообщила, что уже создала миниатюрный реактор управляемого термоядерного синтеза диаметром полтора метра.
Конечно, это всего лишь образец, и пока нет никаких результатов испытаний, и даже нет полной физической модели, а опубликованные материалы - это всего лишь чертежи, не имеющие никакой практической ценности.
Но из этой новости видно, что миниатюризация управляемого термоядерного синтеза теоретически не является невозможной технологией.
Но теоретическая осуществимость не означает практическую осуществимость.
Если бы компания Lockheed Martin была действительно так сильна, как она себя представляла, то она бы до сих пор не добилась никаких промежуточных результатов.
Но для Сюй Чуаня то, что компания Lockheed Martin не смогла, не означало, что он не сможет.
Основным ключом к реализации технологии управляемого термоядерного синтеза является параметр тройного произведения синтеза, то есть ионная температура топлива, плотность плазмы и время удержания энергии, все три параметра необходимы.
И все эти три параметра, строго говоря, связаны с катушками внешнего поля реактора управляемого термоядерного синтеза.
Чем сильнее удерживающее магнитное поле, создаваемое внешней сверхпроводящей катушкой, тем больше можно сжать плотность плазмы, тем самым создавая больше столкновений атомных ядер, что приводит к синтезу и повышению температуры в камере реактора.
Это одна из основ технологии управляемого термоядерного синтеза.
И хотя термоядерный реактор Хуасин пока не использует улучшенные сверхпроводники с более высоким критическим магнитным полем из-за проблем с производством, его катушки внешнего поля используют высокотемпературный медно-углеродно-серебряный композитный сверхпроводящий материал.
Это то, что Институт плазмы Планка ранее обменял с Сюй Чуанем, и удерживающее магнитное поле не является слабым.
На этой основе, проводя эксперимент по увеличению плотности турбулентности плазмы, теоретически можно рассчитать, насколько маленьким может быть реактор после оптимизации катушек внешнего поля улучшенным сверхпроводящим материалом.
Это также одна из главных целей запуска термоядерного реактора Хуасин для проведения эксперимента.
В главной диспетчерской все рабочие группы выполняли свою работу шаг за шагом.
Полчаса пролетели быстро, и на экране управления данные о работе стабилизировались.
В камере реактора имитационное сырье из гелия-3 и водорода с температурой 60 миллионов градусов работало стабильно, а численная модель турбулентности плазмы, работающая в суперкомпьютерном центре, в режиме реального времени контролировала внешние катушки поля, чтобы удерживать высокотемпературную плазму внутри.
Стоя перед главным пультом управления, главный руководитель Института энергетики Лян Цюй посмотрел на данные на экране, затем перевел взгляд на Сюй Чуаня, и, увидев, что тот ничего не сказал, глубоко вздохнул и твердо сказал:
【Всем группам, внимание, начинаем эксперимент по высокоплотному сжатию турбулентности плазмы, проводим тестирование минимального предела размера диафрагмы высокоплотной плазмы!】
【Принято!】
【Принято!】
【.】
Отчеты быстро раздавались в главной диспетчерской, Сюй Чуань не обращал на них особого внимания, его взгляд был прикован к экрану, отображающему данные в реальном времени.
С течением времени и снижением мощности нагревательной антенны ICRF температура в камере реактора начала неуклонно падать.
Для эксперимента по высокоплотному сжатию турбулентности плазмы, чем выше температура, тем сложнее проводить эксперимент.
Для первого эксперимента по сжатию достаточно поддерживать температуру в камере на уровне 30 миллионов градусов.
И чем выше температура, тем больше разрушений может вызвать взрыв плазмы в случае аварии, поэтому температура эксперимента не должна быть высокой.
По мере стабилизации температуры имитационная плазма гелия-3 и водорода, удерживаемая в магнитном поле, текла в реакционной камере, как тонкое, как крыло цикады, бледно-голубое северное сияние.
А с тонкой настройкой катушек внешнего поля первоначально стабильное магнитное поле быстро начало меняться.
Если бы кто-то мог видеть сцену в камере реактора невооруженным глазом, он бы увидел, что тонкое, как крыло цикады, бледно-голубое северное сияние сжимается по мере регулировки катушек внешнего поля.
И с каждым сжатием цвет бледно-голубого северного сияния становился насыщеннее.
Это было проявлением того, что по мере сжатия плазмы частота столкновений атомов и температура еще больше увеличивались.
【Доклад, частота столкновений атомов достигла 75% от ожидаемой критической точки!】
С течением времени, в напряженном и ожидающем взгляде всех присутствующих, в главной диспетчерской раздался отчет.
На нем были записаны данные термоядерного реактора Хуасин в реальном времени, и, судя по данным, сжатие высокотемпературной плазмы приближалось к пределу. Для контроля турбулентности плазмы, даже при использовании высокотемпературного медно-углеродно-серебряного композитного сверхпроводящего материала, удерживающая сила катушек внешнего поля была ограничена.
Если бы это был большой термоядерный реактор токамак, то можно было бы использовать гибридные магниты для увеличения, но миниатюрный реактор имел ограничение по объему, и невозможно было использовать гибридные магниты для увеличения критического магнитного поля.
Глядя на данные на экране, Сюй Чуань глубоко вздохнул.
Сегодняшнее испытание можно считать успешно завершенным, осталось только посмотреть, достаточно ли данных эксперимента по высокоплотному сжатию турбулентности плазмы для поддержки его теоретических расчетов!
В соответствии с инструкциями, впервые запущенный термоядерный реактор Хуасин начал медленно останавливаться.
Мощность антенны ICRF снизилась, и температура плазмы в камере реактора также снизилась.
Когда водород и гелий, эти имитационные экспериментальные частицы, вернулись из плазменного состояния в нормальное состояние, дивертор в камере также начал работать, выводя остатки сырья.
В то же время научные сотрудники и инженеры института быстро приступили к проверке термоядерного реактора и анализу экспериментальных данных.
А Сюй Чуань, воспользовавшись этим временем, продолжил совершенствовать конструкцию обмоток магнитов и блоков постоянных магнитов.
Два дня пролетели незаметно, и с помощью суперкомпьютерного центра данные этого эксперимента были, наконец, полностью проанализированы.
"Академик Сюй! Результаты анализа работы стелларатора готовы!"
За дверью офиса, еще не увидев человека, можно было услышать его голос, Лян Цюй, держа в руках распечатанные материалы, с взволнованным и радостным лицом толкнул дверь.
Услышав это, Сюй Чуань бросил шариковую ручку на стол и быстро встал: "Как обстоят дела? Дайте посмотреть!"
Он не мог не беспокоиться, данные этого эксперимента были крайне важны для реализации миниатюрного термоядерного реактора.
Сжатие и контроль высокотемпературной турбулентности плазмы были связаны с окончательным размером реактора.
Лян Цюй расплылся в улыбке: "Сжатие плазмы прошло отлично! Теоретически, мы можем уменьшить реактор до одной трети от нынешнего размера!"
Взяв данные анализа, Сюй Чуань внимательно просмотрел их, изображения и данные проносились перед его глазами, а в голове шел анализ.
Судя по полученным данным, высокотемпературный медно-углеродно-серебряный композитный сверхпроводящий материал с критической напряженностью магнитного поля около 25 Тл мог сжать диафрагму плазмы в камере реактора примерно до половины первоначального объема и поддерживать стабильный контроль.
Если продолжить сжатие, то имитационные столкновения гелия-3 и водорода вызовут сильные колебания энергии, в результате чего частицы в турбулентности плазмы выйдут из-под контроля удерживающего магнитного поля, что приведет к серьезному повреждению материала первой стенки.
Глядя на данные, Сюй Чуань быстро прикинул в уме.
Коэффициент сжатия в одну вторую - это уже очень хорошо.
Конечно, данные моделирования гелия-3 и водорода сильно отличаются от реальных данных синтеза дейтерия и трития.
Первые не будут реально вступать в реакцию синтеза, и при столкновении не будет выделяться большое количество энергии. А вторые, с каждым столкновением и синтезом, будут еще больше увеличивать сложность удержания.
Судя по расчетным данным, если бы в этом эксперименте использовалось реальное дейтериево-тритиевое сырье для зажигания и контроля, то степень сжатия должна была бы достичь одной трети.
И если рассчитать по этим данным, то объем нынешнего термоядерного реактора Хуасин также можно было бы уменьшить на одну треть - одну пятую.
Если использовать улучшенный сверхпроводящий материал для увеличения удержания, то этот показатель можно было бы увеличить еще в два раза.
Теоретически, если использовать улучшенный сверхпроводящий материал вместо высокотемпературного медно-углеродно-серебряного композитного сверхпроводящего материала, то диаметр термоядерного реактора Хуасин можно было бы уменьшить примерно до трех метров, а высоту - до одного метра.
Этот объем уже очень мал, и его можно назвать миниатюрным термоядерным реактором без каких-либо проблем.
В сочетании с сопутствующим оборудованием, его можно было бы поместить в космический челнок, но если его использовать на истребителе, то, боюсь, это пока не получится.
Ведь космический челнок в основном используется для научных исследований, и его размер может быть большим.
Например, американский космический челнок Буран, один из самых передовых космических челноков в мире, имеет длину 36,37 метра, высоту 16,35 метра, размах крыльев 23,92 метра и диаметр фюзеляжа 5,6 метра, теоретически, этого вполне достаточно для размещения миниатюрного термоядерного реактора.
А традиционный истребитель, опять же, на примере американского истребителя F-22 Raptor, он считается одним из самых больших истребителей, но его длина составляет всего 18,9 метра, размах крыльев - 13,56 метра, а диаметр фюзеляжа, если не считать хвостовое оперение и другое оборудование, составляет менее трех метров.
Конечно, такие большие бомбардировщики, как Ту-160, B-1B, H-6K, могли бы вместить миниатюрный термоядерный реактор без каких-либо проблем.
По сравнению с традиционным авиационным керосином, преимущество технологии управляемого термоядерного синтеза по объемной плотности энергии просто поразительно.
Не будет преувеличением сказать, что большой бомбардировщик, такой как Ту-160, если он будет оснащен миниатюрным реактором управляемого термоядерного синтеза, даже если он будет использовать традиционные электродвигатели с винтами, при условии, что у него будет достаточно тяги, чтобы подняться в небо, то его дальность полета
теоретически превзойдет все существующие истребители и даже авианосцы, и в некотором смысле его дальность полета будет бесконечной!
В этом и заключается важность миниатюрного реактора управляемого термоядерного синтеза!
Он переопределит авиацию и космонавтику, а также полностью изменит весь мир!