Инерциально-электростатический термояд

Вводная:

Существует такая вещь как электростатическое инерциальное удержание, т.н., фузор, например. Проводящая сфера заполнена (например) дейтерием, внутри нее - сфера-сеточка. В какой-то момент на электроды-сферы (внешнюю и внутреннюю) подают многокиловольтный импульс, ионы дейтерия начинают ускоряться полем от переферии к центру, проскакивают сетку, встречаются и - Бум! Термояд.
Куча всяких ухищрений, хитрые сеточки, вакуум внутри камеры и генерирование ионов в момент импульса, хитрая форма импульса и прочее, прочее позволяют иметь до 10Е9 реакций на импульс.

Теория, как я выяснил читая обзорные статьи (ну, не читая, скорее, пролистывая - в меру своего разумения), ставит предел на КПД такой системы. И этот теоретический КПД много меньше необходимого для энергетического реактора: дело в том, что по мере приближения к сеточке поле становится все более и более неоднородным, а это обозначает раннее возникновение всяческих неустойчивостей и, следовательно, дефокусировку, потерю температуры и проч., проч. Сильно "однороднее" сеточку не сделать - она все же должна быть "прозрачной" для ионов, а из формы импульса уже выжали (вроде как) почти все, что только можно. А система интересна хотя тем, что потенциально она может сжигать любые топлива, в том числе и безнейтронные.
Плохо.

Мысль:

Система с осевой симметрией - цилиндр, внутри него проволочка. Достаточно толстая проволочка (нам не нужны проблемы с большими напряженностями). Полированная и прямая. Подаем импульс - на нее и на стенку. Ионы начинают ускоряться от стенки к проволочке с ее хорошим, вкусным потенциалом. Ускоряются, подлетают к центру, и тут мы начинаем вытягивать проволочку из-под их носа (на самом деле, она давно уже движется, мы давно ее уже вытягиваем с момента начала импульса, просто с другого конца ее был запас). И почти подлетевшие ионы (время строго посчитано) видят от той проволочки только улетающий хвост, а навстречу им летят такие же ионы. Бум!
Термояд.
Таким образом мы боремся с проблемами оригинального фузора и по идее должны достичь куда более высокой симметрии потока ионов (хотя и менее качественной - осевой).

Вопрос: какие неустойчивости грозят системе? Будет ли она чем-то лучше оригинала?

Дисклаймер:

Я нигде не видел ничего подобного. Это означает, что верно одно из трех:
-- я крепко проглючил (как в топике с СЭС ) и сама идея порочна в корне (например, осевая симметрия очень сосет);
-- имеются инженерные сложности (например, кончик улетающей проволочки сильно вихляется и этот нынешней техникой непоборимо)
-- глюки на первый взгляд неочевидны и просто никто до сих пор о такой фигне почему-то не думал.

Мне, понятно, особенно нравится последний вариант.

Но хотелось бы осмотреть табуретки запасенные уважаемой публикой.

Возможные проблемы:

Если хотим иметь хороший однородный потенциал, то цилиндр должен быть по возможности длинным. Если он длинный - то нить нужно выдергивать вообще с какой-то колоссальной скоростью... Не совсем понятно, как.

Далее - если нить начинают выдергивать (и быстро!), когда она еще под потенциалом, мы получим вдобавок и магнитное поле. Нестационарное и неоднородное - из-за улетающего хвоста. Плюс это или минус? Трудно сказать навскидку. Зависит от динамики поля и его напряженности. Но не исключено, что фокусировку тоже может попоганить.

а может сетку сделать такой тонкой чтобы импульс её просто испарял - тогда выдергивать ничего не надо ?

Добрый вечер.
Эта система имеет сразу ограничения.
Проволоку может и не надо выдергивать пусть испарится или вместопроволоки пусть будет поток электронов. Или пусть проволока металлический водород или дейтерий.
Но, ток или концентрация электронов имеют предел сверху.
Ионы сближаясь двигаются против эл. стат. поля ими создаваемого.
ing

Хорошо. Точнее - еще лучше.

Пусть проволока стоит на месте. Тонкая литиевая проволока с сечением 1 микрон (я так понимаю, что ничего в этом технологически невозможного нет, это просто очень сложно, но без чудес). Тогда чтобы нагреть ее до 100кэВ нужно около 100J/м.
При микросекундном импульсе и 100кВ ускоряющего напряжения для дейтериевых ионов это что-то около 7кА на "погонный метр" установки. Если я, конечно, не ошибся с прикидками.

Разумеется, что ионы приготавливаются у стенок камеры и разгоняются до 50-100кэВ цилиндрическими сетками предварительно, импульс подается на стенку-электрод и ускоряющие сетки (на них - сначала притягивающий, азтем, после пролета ионов - отталкивающий потенциал).
К проволочке приложено постоянное (иначе импульс испарит ее нафиг) напряжение с потенциалом в 50-100кВ.

За микросекунду у стенки будет сформирован фронт ионов толщиной около 1мм со скоростью несколько миллионов см/с.
Если предположить диаметр камеры в несколько сантиметров, то это расстояние будет покрыто за единицы-десяток микросекунд, за это время фронт расплывется почти на сантиметр(?). Фокусирующее действие проволочки будет длиться примерно до момента когда первые ионы долетят до нее, ввиду ее крайне малой емкости, заряд будет мгновенно компенсирован. Начиная с этого момента и далее на сжатие могут работать исключительно силы инерции.

Цилиндр диаметром примерно в пару см, состоящий из ионов дейтерия, которые имеют импульс порядка 2Е-19кг*м/с и энергию около 100кэВ, импульс направлен точно в центр цилиндра (диаметром проволочки можно пренебречь)... Для испарения проволочки что-то около 0.01% ионов, следовательно, ко всему прочему, начиная с этого момента навстречу ионному фронту распространяется ударная волна литиевой плазмы...

Вопрос: каковы будут итоговые параметры плазмы? и на какое время? навскидку?

интересно ,можно-ли компенсировать электрический заряд отдельных атомов детерия - например за счет воздействия на окружающие их ионы\электроны...

Татарин

Тогда чтобы нагреть ее до 100кэВ нужно около 100J/м.
При микросекундном импульсе и 100кВ ускоряющего напряжения для дейтериевых ионов это что-то около 7кА на "погонный метр" установки. Если я, конечно, не ошибся с прикидками.

 

Тут возникает первый проблематичный момент, довольно дубовый, еще без всяких тонкостей типа неустойчивостей и расфокусировок. Вот ты говоришь, 100 кВ и при этом ток 7 кА на метр - а можно ли в принципе вытянуть такой ионный ток? Тут, как всегда, возникает проблема с влиянием пространственного заряда. Во-первых, какие геометрические размеры - радиус явно не меньше метра, иначе пробой вакуума.

Прикинем допустимую плотность тока. Для т.н. лэнгмюровского диода (ток между двумя бесконечно протяженными плоскими пластинами, одна из них обладает бесконечной эмиссионной спосоностью) максимальная плотность тока j (в А/м²) дается формулой:




Вот и прикини конкретную цифирь...
Конечно, этот результат - для другой модели. Для цилиндрического диода решение есть в книге Форрестера "Интенсивные ионные пучки", я его уже не помню, но видимо, отличаться должно только коэффициентом, и вряд ли в плюс. Кроме того, не стоит забывать и возможном влиянии собственного магнитного поля разряда - оно вполне может и завернуть ионы обратно (таким эффектом определяется максимальный ток в плоском диоде конечного размера), так что тоже надо смотреть.

q - заряд единичного иона, m - масса иона(?), d - расстояние между обкладками?

Именно. Наверное, у цилиндрического диода будет еще какое-то отношение внутреннего радиуса к внешнему.

Для "первичного ускорителя" - внешней обкладки и сетки - из предположения сантиметрового зазора у меня получается около 1.0Е12А/m².
При диаметре камеры в десяток(-и) сантиметров, ИМХО, плоский диод все еще можно считать достаточно хорошим приближением (по крайней мере, ошибки более чем на порядок не должно быть). Тогда получается, что есть запас минимум на 7-8 порядков над теоретическим пределом...
Вполне.

Магнитное поле...
Пусть плотность тока - 7кА на метр, диаметр камеры - 20см, протяженность фронта после "первичного ускорителя" - 1мм, тогда кольцевое поле, силовые линии которого параллельны стенкам камеры, будет что-то порядка мТл (если я не ошибся, опять же). Для таких полей ларморовские радиусы ионов дейтерия будут достаточно велики чтобы просто забить на них... И конфигурация поля намекает, что и отклонение ионного фронта при достаточно длине камеры тоже не будет существенным для работоспособности системы...

Или я не прав?

Для "первичного ускорителя" - внешней обкладки и сетки - из предположения сантиметрового зазора

 

Ты что! Какой сантиметр?! У тебя же U 100 кВ, а 100 кВ/м - это уже пробой вакуума!

Кроме того, куда ты деваешь вторичный? Как у тебя там между ними энергии распределены?

тогда кольцевое поле, силовые линии которого параллельны стенкам камеры,

 

Э... А чего это оно кольцевое? Если я не вконец туплю, то оно будет как раз параллельно оси.

И конфигурация поля намекает, что и отклонение ионного фронта при достаточно длине камеры тоже не будет существенным для работоспособности системы...

 

В случае параллельного поля длина камеры не поможет...

Татарин> 30000В/см = 3МВ/м - пробой ВОЗДУХА. При нормальном давлении.
Татарин> У меня же изначально в камере вакуум... предполагается.

Да, воздух - 3МВ/м.

Но разряжённые газы пробиваются намного легче, чем воздух

Так что вопрос будет в чистоте вакуума

Татарин>> 30000В/см = 3МВ/м - пробой ВОЗДУХА. При нормальном давлении.
Татарин>> У меня же изначально в камере вакуум... предполагается.
Balancer> Да, воздух - 3МВ/м.
Balancer> Но разряжённые газы пробиваются намного легче, чем воздух

Я в курсе. Это пример.

Balancer> Так что вопрос будет в чистоте вакуума

Напряжение же не постоянно подается на эту сетку с обкладкой, а только в момент импульса, то есть, когда нам и нужен "пробой", причем жуткой мощи. Постоянно (вернее - несколько заранее) напруга приложена к центральному электроду, а это уже на порядок меньшая напряженность по объему (около проволочки-то - понятно, там жуть в полоску, какие напряженности будут)...

Что касается чистоты... это можно обеспечить, заготавливая ионы под импульс из твердых "малопарящих" материалов: например, пробоем тонкого слоя дейтерида лития.

Татарину.
По сути вся ваша кухня сводится пинчевым устройствам.
Не связываясь с наукой по фокусировкам разрядов, отмечу, что на этом пути пока ничего не получено вчасности из-за трудности получения
" только в момент импульса, то есть, когда нам и нужен "пробой", причем жуткой мощи".
Чтобы скомутировать такой разряд приходится идти на большие ухищрения.
Для этого строят колебательный контур на большие параметры и направляют мощность в разряд взрывая перемычку с помощью ВВ, и все равно необходимую крутизну фронта не удается обеспечить. Крутизна фронта это и есть мощность.
ing

Татарин

Че-его?
30000В/см = 3МВ/м - пробой ВОЗДУХА. При нормальном давлении.
У меня же изначально в камере вакуум... предполагается.

 

Пардон, сглючил! Действительно, пробой вакуума - 10⁶ В/см.

"Вторичный" - это проволочка в центре, на которую подан потенциал относительно "базы" - 150-200кВ.

 

Ну, а там по току какие оценки?

Да, кто-то из нас тупит.
Возможно, это я: не раз случалось. Но как же оно может быть "осевым", если два близко расположенных элемента тока "осевые" компоненты друг друга компенсируют?

 

Тьфу, тут, натурально, тоже виноват... На живодерню пора

Да, поле, конечно, кольцевое. Однако растет по мере схождения ионного фронта. Чего в середке наколбасит?

ing

ing
Татарину.
По сути вся ваша кухня сводится пинчевым устройствам.

 

Да ну что вы! Это же с пинчом вообще ничего общего не имеет!

Не связываясь с наукой по фокусировкам разрядов, отмечу, что на этом пути пока ничего не получено вчасности из-за трудности получения

 

На пинчевом ничего не получено?! ing, вы посмотрите файл, который вы же вывешивали! На "Ангаре" как-никак рекорд по выходу нейтронов!

На пинчевом ничего не получено?! ing, вы посмотрите файл, который вы же вывешивали! На "Ангаре" как-никак рекорд по выходу нейтронов!

 

Рекорды будут и еще, и с научной точки зрения ни один из способов получения реакций нельзя отбрасывать. Вы вполне понимаете о чем я говорюЮ до практического результата очень далеко.

Да ну что вы! Это же с пинчом вообще ничего общего не имеет!

 

Так в чем разница? Принципиально это разряд с некой фокусирующей геометрией. Можите предложить более развернутое определение.
ing

ing

Рекорды будут и еще, и с научной точки зрения ни один из способов получения реакций нельзя отбрасывать. Вы вполне понимаете о чем я говорюЮ до практического результата очень далеко.

 

На Z-пинчах - ничуть не дальше, чем в лазерном термояде.

Так в чем разница? Принципиально это разряд с некой фокусирующей геометрией. Можите предложить более развернутое определение.

 

Огромная разница! Во-первых, пинч как таковой не подразумевает никакой фокусирующей геометрии. Пинч - это САМОСЖАТЫЙ РАЗРЯД. Т.е. непременно подразумевается наличие плазмы, по которой протекает ток.

Татарин

Для "первичного ускорителя" - внешней обкладки и сетки - из предположения сантиметрового зазора у меня получается около 1.0Е12А/m2

 

Всё-таки 10¹² А/м² - совершенно колоссальные цифры, неправдоподобные. Неужели я в формуле где-то лажанул с коэффициентами?

Во-первых, пинч как таковой не подразумевает никакой фокусирующей геометрии.

 

Пожалуй это утверждение спорно.

Пинч - это САМОСЖАТЫЙ РАЗРЯД. Т.е. непременно подразумевается наличие плазмы, по которой протекает ток.

 

А здесь что тока и плазмы нет?
Чесно сказать по мне не это важно. Так или иначе когда это начиналось была иллюзия, принципиально все ясно, дальше инженеры решат. Но оказалось, что большинство инженерных проблем носят принципиальный характер.
Вы могли заметить по моим постам мой акцент здесь связан с решением инженерных задач, которые определенно игнорируются.
ing

ing

Пожалуй это утверждение спорно.

 

Ну если уж это спорно - вы меня извините. Я вам просто гарантирую, что пинч никакой искусственной фокусирующей геометрии не подразумевает! Да, какой-нибудь плазменный фокус Филиппова может иметь специальную геометрию камеры, у "Ангары" разрядный промежуток находится между вершин двух конусов, но тем не менее простейший пинч - это просто трубка с газом, на концы которой подаётся напряжение.

А здесь что тока и плазмы нет?

 

Плазмы - нет. Только ионы. И ток совершенно иной геометрии, чем и в зет-, и в тэта-пинчах. Короче, ничего общего.

Так или иначе когда это начиналось была иллюзия, принципиально все ясно, дальше инженеры решат.

 

Хм, весьма превратное представление об истории пинчей. После самых первых опытов стало ясно, что принципиально далеко не все ясно. И работают с ними десятилетия, вовсе не перекладывая ничего на инженеров. Между прочим, кое-кто на этом и академиком стал - именно на принципиальных физических задачах.

Но оказалось, что большинство инженерных проблем носят принципиальный характер.

 

Не припомню такого с пинчами.

Вы могли заметить по моим постам мой акцент здесь связан с решением инженерных задач, которые определенно игнорируются.

 

То, что вы писали, к данному конкретному случаю не совсем подходит.

Чтобы скомутировать такой разряд приходится идти на большие ухищрения.
Для этого строят колебательный контур на большие параметры и направляют мощность в разряд взрывая перемычку с помощью ВВ, и все равно необходимую крутизну фронта не удается обеспечить. Крутизна фронта это и есть мощность.

 

Делают и по-другому, вполне успешно, на той же "Ангаре". Например, при распространении импульса, скажем, по коаксиалу, происходит "укручение" фронта, образуется ударная волна - такие формирующие линии используют, и все там с крутизной в порядке. Т.е. это не такая уж проблема.

ing> Вы могли заметить по моим постам мой акцент здесь связан с решением инженерных задач, которые определенно игнорируются.

Вы зря людей несправедливо обвиняете. Они отнюдь не игнорируют инженерные задачи. Просто они, и что разумно, смотрят: а возможен ли требуемый процесс, конечно, согласно царящим ноне представлениям? А инженерные задачи нужно начинать рассматривать, если принципиальный вопрос решён, и все согласны, что процесс может иметь место. Иначе несуразица какая-то получается. Согласитесь.

**********************************************************
ing>Так или иначе когда это начиналось была иллюзия, принципиально все ясно, дальше инженеры решат. Но оказалось, что большинство инженерных проблем носят принципиальный характер.

Ничего страшного. Главное, что появляются новые знания, умения, технологии и так далее. Развивается промышленность, в конце концов. Так что всё в порядке. Нет ожидаемого результата? Ну так его никто всерьёз, без оговорок, и не обещал. Зато сколько других областей физики, химии и технологии вперёд шагнули? Ажно уважение вызывает...

Высказывания, связанные с пучковым синтезом, перенесены в ветку "Пучковый синтез" (http://forums.airbase.ru/?showtopic=31283).

ing> Татарину.
ing> По сути вся ваша кухня сводится пинчевым устройствам.
Эээ... не совсем. То есть, схожие задачи, некоторое пересечение есть, но не то.

ing> Не связываясь с наукой по фокусировкам разрядов, отмечу, что на этом пути пока ничего не получено вчасности из-за трудности получения
ing> " только в момент импульса, то есть, когда нам и нужен "пробой", причем жуткой мощи".
Гм. "Ничего не получено" - это Вы, пожалуй, загнули.

ing> Чтобы скомутировать такой разряд приходится идти на большие ухищрения.
Вот. Это уже ближе к делу.
"Такой" разряд в данном случае - это (для заметного на энергетическом уровне выхода) сотни джоулей за микросекунду, килоамперы и сотни киловольт, то есть, сотни мегаватт. По крайней мере, мне этого хочется.

Пинчи сейчас - это мегаджоули за десятки наносекунд, то есть - десятки-сотни ТЕРАВАТТ. Причем, без заметного энергетического выхода.

Согласитесь, что шесть порядков по мощности и два порядка по времени таки дают переход количества в качество?

В принципе, при достаточном желании источник на сотню джоулей и единицы микросекунд можно было бы сварганить даже в местных условиях, и это получилось бы не очень дорого. По крайней мере, это все не масштаб национальных проектов (как "Ангара" или сандиевский Z-пинч).

ing> Для этого строят колебательный контур на большие параметры и направляют мощность в разряд взрывая перемычку с помощью ВВ, и все равно необходимую крутизну фронта не удается обеспечить. Крутизна фронта это и есть мощность.
Согласен. Но речь как раз и идет о том, чтобы сделать установку не столь критичную к временным параметрам и потребной энергии. Тут есть несколько встроенных бонусов - хотя бы то, что подвод энергии может быть распределен по установке (в отличие от пинча) уже должно в какой-то степени облегчать задачу.