?

Log in

No account? Create an account

Делай, что должен

будет, что будет

Previous Entry Share Flag Next Entry
Социализм — это термояд плюс электрификация всей страны (NUC19, CIV53)
crustgroup
Поскольку вопрос настоящего социализма уже, по факту закрывает принцип "советской власти", я больше сосредоточусь на вопросах термоядерной реакции и электрификации всей страны.
Ну а потом, в конце статьи мы неожиданно и ожидаемо одновременно — мы вернёмся к социализму и к советской власти. К той власти, которая изначально, в рамках оригинального смысла слова "советы" подразумевала очень взаимоувязанный и очень сложный социальный процесс, который должен был пронизывать общество от самого низу и до самого верха.

Но начать нам надо будет с термоядерного реактора. Под названием "Солнце".

1111
Реактора, который светит нам вот уже четыре с половиной миллиарда лет.

Исходя из такого срока существования природного термоядерного реактора у нас над макушкой — все споры между "зелёными" троллями, ненавидящими ядерную энергию и приверженцами концепции "мiрный атомъ в каждый домъ" — можно уже смело списывать в утиль.

Вся разница между "зелёными" и "ядерными" ровно в том, что первые предпочитают оставаться от естественного термоядерного реактора на почтительном расстоянии, а вторые предлагают всё-таки подобраться к нему поближе и начать утилизировать его энергию хоть чуток более эффективно.

Причём "подбираться" к энергии Солнца надо именно так, как это предлагает сейчас атомное лобби. И я объясню, почему.

В первом приближении кажется, что всегда лучше скопировать что-то готовое у природы. Просто исходя из того, что это уже сделано где-то до нас — и нам надо только творчески повторить готовое.

Однако, в жизни иногда легче сделать что-то совершенно новое, нежели стараться бездумно копировать живую или неживую природу. Просто из-за того, что неживая природа действует исключительно по законам физики и химии, потихоньку увеличивая свою энтропию, а живая природа вплоть до появления человека часто останавливалась на каком-то "промежуточном" варианте, который отнюдь не был столь совершенным, как идеально возможный.

Например, врачи и учёные долго возились с искусственным человеческим сердцем. Почти 40 лет люди пытались выдумать различные клапанные, пульсирующие системы, которые должны были копировать сложную работу человеческого сердца. Пока, наконец, в 2011 году не решились создать таки "сердце без клапанов, человека без пульса". Вот он:

craig
Железный Человек. Начало.

Крейг Льюис (Craig Lewis) 55 лет, находился в предсмертном состоянии из-за амилоидоза, сердечного заболевания, вызванного нарушением белкового обмена, которое сопровождается скоплением в тканях специфического белка, разрушающего мышцы. Состояние мужчины было настолько серьезным, что даже электрокардиостимулятор не мог спасти его жизнь. Сердце Крейга перестало бы биться в течение месяца-двух, когда он решился на смелую операцию.
До операции на Льюисе такие вспомогательные насосы, похожие на небольшие турбинки, лишь помогали больным с сердечной недостаточностью, подталкивая кровь к больному сердцу. Счёт пациентов с такими насосами уже шёл на тысячи и тысячи, но заменить двумя микро-турбинками полное человеческое сердце решились только в апреле 2011 года. И — получилось!

Жена Льюиса была удивлена, когда она попыталась нащупать его пульс. "Я хотела почувствовать пульс Крейга, но услышала лишь странное жужжание" – сообщила она NPR. "У него не было пульса".
В общем, конечно, не термоядерный реактор вместо сердца, как у "Железного человека" Тони Старка - Дауни младшего, но зато — в реальности. А не как в Голливуде, где термоядерный реактор можно собрать в горах Афганистана из консервных банок, синей изоленты и спичек:

1017_iron-man_robert-downey-jr_tony-stark

Ну а потом вставить себе в грудь вместо безвременно усопшего биологического сердца.

Впрочем, мы ведь говорим о Солнце. И о том, что повторять солнечный термоядерный реактор нам не стоит. Почему?
Да потому, что в Солнце идёт очень специфическая ядерная реакция и стараться повторить её на Земле — это пытаться прикрутить термоядерный реактор посередине грудной клетки с помощью синей изоленты, как в Голливуде.

Вот эта реакция. Я вначале нарисую её в упрощённой форме, а потом покажу вам, где нам категорически не хватает магической синей изоленты, чтобы прикрутить где-нибудь на Земле  этот природный термоядерный реактор к прочному бетонному фундаменту:

images

Два ядра атомов водорода, простые протоны, которые рано или поздно встречаются между собой где-нибудь в центре нашего Солнца, в результате этой реакции образуют... снова водород. Правда, уже не обычный, "лёгкий" водород, ещё называемый протием, а тяжёлый водород, дейтерий.

Самое интересное, что нейтрон, который образуется из одного из протонов в результате этой реакции, чуть тяжелее протона. Масса нейтрона — 939,57 МэВ, а масса протона —938,27 МэВ.
МэВ — это очень маленькая масса, 1 МэВ равен 1,78·10−30 килограмма. Поэтому-то и получается, что в одном килограмме водорода собрана такая бездна атомов, которые и состоят, в основном, из своих ядер —  протонов. Для того, чтобы собрать килограмм комариных крылышек атомов водорода приходится оперировать числом с 26-ю нулями. Скажу лишь, что число людей во всём мире — это число с 9-ю нулями. Комаров по всей Земле я не считал, но думаю, что тоже не больше, чем протонов в килограмме водорода.

Но как же получается, что получившийся нейтрон тяжелее протона, вступившего в реакцию? Всё дело в том, что это масса покоя нейтрона. То есть, если взять "сферический нейтрон в вакууме", то он будет весить именно столько — 939,56 МэВ. Точно также, как и одинокий "сферический протон в вакууме" будет весить 938,27 МэВ. А вот вместе они будут весить меньше, чем по отдельности, в одиночестве друг от друга.
И да, одинокий нейтрон без протона — не жилец.
Время жизни свободного нейрона без протона вблизи него — всего около 15 минут. За это время большая часть нейтронов успевает распасться обратно на протон, электрон и антинейтрино.

Но в рамках ядра дейтерия нейтрон "связан" с протоном силами сильного взаимодействия. Это взаимодействие и в само деле очень сильное — настолько, что значительно меняет массу участвующих в нём частиц. И не просто меняет, а уменьшает их наблюдаемую массу.
Если брать "сферический" протон и "сферический" нейтрон, то для ядра дейтерия (дейтрона) у нас получится по математике вот такой формальный расчёт:

938,27 + 939,57 = 1877,84 МэВ

По факту же ядро дейтерия весит чуть меньше — 1875,61 МэВ. Разница между этими значениями массы, полученными путём механического сложения массы свободных протона и нейтрона и точными измерениями реальной массы дейтрона и даёт нам значение энергии связи или дефекта массы. Её точное значение для дейтрона равно 2,22 МэВ. Это и есть масса (или энергия) магической синей изоленты, которая и прикручивает частицы в ядре друг к другу. Ну а поскольку энергия связи у нас понятие "отрицательное" (для того, чтобы оторвать нейтрон от протона, надо затратить энергию), то правильно энергию связи дейтрона писать, как -2,22 МэВ.

И вот тут у нас на арене появляется знаменитое:

TaskForce_One

То самое E=mc2 которое и придумал камрад Эйнштейн.

Что мы имеем? В начале реакции у нас два протона с массой по 938,27 МэВ каждый, а в конце — ядро-дейтрон, которое весит 1875,61 МэВ.
Нетрудно посчитать, что в "чистом выходе" мы имеем что-то около 0,93 МэВ в расчёте на одно слияние.
Ура? Победа?
Нет, нам по-прежнему не хватает магической синей изоленты, чтобы привязать два протона друг к другу и заставить их, наконец-то, сделать для нас ядро дейтрона, которое отдаст нам "лишнюю" энергию, которую мы уже можем потратить на костюм Железного Человека на всякие разные приятные вещи.

Это связано с тем, что протон-протонный цикл в недрах нашего Солнца идет по более сложной схеме, чем нарисовано на первом рисунке. Которая как раз и ставит для нас крест на всех наших попытках примотать протон-протонный цикл к нашим скромным нуждам где-нибудь на нашей скорлупке-Земле. Всё дело в том, что два столкнувшихся протона образуют в начале реакции слияния не дейтрон, а очень экзотическое ядро — дипротон. Пока это просто два протона, слитых в единое целое. И, как и положено двум заряженным частицам, они не прочь оттолкнуться друг от друга.

В нашей Вселенной нет стабильных дипротонов. Это объясняется тем, что сила взаимного отталкивания двух положительно заряженных протонов чуть-чуть больше, чем энергия связи их гипотетического ядра, определяемая из формул сильного взаимодействия. Кстати, формально это ядро должно было бы называться гелий-2 или 2He в традиционной записи для изотопов.
В таком уникальном соотношении основных взаимодействий есть ещё один интересный факт. Если бы сильное взаимодействие частиц было бы лишь чуть-чуть сильнее (наша синяя изолента была бы чуть попрочнее) то мы бы не увидели Тони Старка этого мира вообще. Расчеты показывают, что в таком мире сразу после Большого Взрыва все протоны объединяются в пары и во Вселенной не остается водорода, а значит, не будет ни воды, ни привычной нам жизни. Только гелий-2, от которого потом и надо начинать цепочки синтеза ядер.

Гелий-2 был экспериментально найден в опытах, включающих в себя распад неона-18 в кислород-16 только в 2008 году. Поскольку получающийся в результате этой реакции дипротон был, как и положено дипротону, жутко нестабильным, его нашли исключительно по факту вылета двух протонов одновременно и в одном направлении из ядра распадающегося неона.

Конечно же, собрать килограмм комариных крылышек ядер 2He в условиях их крайней нестабильности практически невозможно. Как же наше Солнце умудряется нарабатывать энергию, заставляя упрямые протоны превращаться в дейтроны? И светит нам вот уже 4,5 млрд. лет?

Всё дело в том, что у дипротона есть ещё один вариант дальнейшей судьбы, кроме тривиального "прощай, нам не жить вместе, я полетел дальше". У дипротона есть очень маленькая вероятность превратиться в дейтрон в результате действия уже третьего, слабого взаимодействия. В силу невозможности получения самого 2He или дипротона в сколь-либо значимых количествах, вопрос точного определения этой вероятности пока открыт. Скажем так — это не просто мало, а очень мало. Поскольку до сих пор все попытки воспроизвести протон-протонный синтез где-либо в земных лабораториях не увенчались успехом. Протоны просто отскакивают друг от друга, как горох, не образуя ни дипротонов, ни тем более — дейтронов.
Кроме неприятного осадка в виде невозможности "зажечь звезду" прямо у себя в грудной клетке в синхрофазотроне учёные убедились, кстати, ещё и в том, что некоторые смелые идеи типа "подзаправиться из ближайшей туманности на пути к Альфа Центавра" являются пока утопией.
Поскольку межзвёздный газ, как и наша вода, состоит в основном из протия, которых хрен зажжёшь "на коленке".

Однако в Солнце, судя по всему, всё же часть дипротонов успевает распасться на дейтроны в результате слабого взаимодействия. Связано это, в первую очередь, с громадным объёмом нашего светила. В общем, для того, чтобы заставить этот упрямый протий всё-таки отдать нам хоть чуть-чуть вожделенного E=mc2 нам приходится брать молоток побольше, а газовый шарик — помассивнее. В результате такого большого скопления протонов, которые сталкиваются и разлетаются снова, в результате β+-распада одного из протонов ядра превращается в нейтрон, дипротон — в дейтрон (ядро дейтерия), а из новорожденного, уже стабильного ядра "тяжёлого" водорода, вылетают антиэлектрон (или позитрон) и нейтрино.

Ожидаемо, по закону сохранения энергии, часть энергии такой реакции уносится с нейтрино, которое уже очень трудно поймать, а основная часть из E=mc2 , полученного за счёт дефекта массы, улетает вместе с позитроном.
После этого, обычно очень быстро, позитрон полностью аннигилирует с каким-нибудь соседним электроном, образуя два гамма-кванта с энергией в 0,51 МэВ.
Вот так. Основная начальная реакция, которая разогревает наше Солнце, наряду с другими, которые уже идут на основе полученного дейтерия — это аннигиляция.

Поэтому, если приматывать протон-протонный цикл где-нибудь синей изолентой к бетонному фундаменту у нас на матушке-Земле, то надо быть готовым к жёсткому гамма-излучению от аннигиляции излучаемых позитронов.
А она целебна только в очень малых количествах. Нет, серьёзно:

tamographie
Сейчас внутри тебя проаннигилирует немножко позитронов...

В общем, не получается собрать термоядерный ректор, как на Солнце в наших убогих земных условиях. То ли мы не Тони Старки, то ли синяя изолента у нас слабовата.
Ну и пусть слабовата. Зато мы живы и с нормальной "лёгкой водой". А не с гелием-2 в какой-то непонятной, безжизненной Вселенной.

Ладно, звезду не зажгли. Ну, а что там можно сделать дальше, с дейтерием?

promo crustgroup september 5, 2012 16:48 88
Buy for 100 tokens
Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам. Стартанём собычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более…

ай, спасибо, надеюсь, юношам будет интересно именно это )))

ждем "Бассард'овцев" в тредике :)))

Идея красивая, но дейтерий лучше везти с собой.
Максимум, что пока можно ожидать от "черпака" - это условно-бесплатную реактивную массу.
Что тоже, в общем-то, уже немало.

кое-что о термояде

Надеюсь, Вы знакомы вот с этой работой:
Козырев Н.А.
"Источники звёздной энергии и теория внутреннего строения звёзд".

Edited at 2013-06-06 02:50 pm (UTC)

Re: кое-что о термояде

Очень спорная теория. Эта та, где время сворачивать можно?

Т.е. кто против - "троли", а мы, "ладно, звезду не зажгли".
мы - хорошие, дайте нам денег, а они - плохие.

Скучно и упрощенно.

Вы бы постеснялись на фоне мировых расходов на солнечную и ветряную энергетику обсуждать бюджет ITER.
Весь мир сейчас тратит на этот проект 15 млрд. евро.

А одни работы по модернизации сетей Германии для того, чтобы угодить фотопанелькам и ветрякам - 30 млрд. долларов.
А тут ещё и угольные ТЭС строить надо:
http://www.aftershock.su/?q=node/30450

Стыдоба. АЭС закрыли - а теперь вот про уголь вспоминать надо. Прогресс, хуле.

Вітаємо! Ваш запис потрапив у Рейтинг топ-25 популярних записів України!
За бажанням детальніше про рейтинги ви можете прочитати у розділі довідки.

Так даже школота щас на уроках физики проходит, что надо срочно брать лопату и лететь на Луну гелий-3 копать:) Сам слышал:)

А то, что критерий Лоусона для гелия-3 раз эдак в 100 больше, чем для пары D-Т - им никто при этом не говорит?
Или - что гелий-3 можно в обычных реакторах распада урана и тория на Земле получить при желании, как и дейтерий с тритием? Причём - в любых разумных количествах?

(Deleted comment)
(no subject) (Anonymous) Expand
У Тони Старка электромагнит сердце от осколка спасал. В последней серии осколок извлекли и - конец сериалу.

Мдя, как же я пропустил такую важную техническую деталь?
Позор на мои седины...
А я-то думал - он просто так себе термоядерный реактор в грудину всобачил.

гелий два получить можно . есть такая экзотическая реакция как "мюонный катализ" , при которой обычная молекула водорода сначала превращается в мезомолекулу , а затем в мезоатом .
но вот для термоядерной энергетики эта штука непригодна .
исследования в СССР показали , что мюонный катализ имеет температурные резонансы . в резонансе мюон до распада успевает обработать 1000-1200 молекул .

Насколько я читал, мюонным катализом "зажигали" только максимум р+D и р+Т.
О реакции р+р, которая нам, собственно и нужна для "чисто природного" термояда - пока молчок.
То, что можно "зажечь" и D+D и Т+D мюонами - я ещё напишу. Хотя, конечно, чисто в виде изврата научной мысли. Пока.


Тезисно, если у вас будет желание копаться в этой теме.

1. На протяжении всей своей истории тема синтеза финансируется так, будто её нужность оценивается на уровне операций по изменению пола домашних животных: focusfusion.org/index.php/site/reframe/wasteful

2. Несмотря на растянутые до абсурда сроки и растущие из-за этого расходы, даже ITER с бюджетом менее $3е10 будет жечь D-T плазму.

3. Кроме токомаков есть другие схемы с меньшими потребностями в инвестициях и принципиально меньшей стоимостью машины (магнитные ловушки), но они почти не финансируются -- это по сравнению с символическим финансированием для темы токомаков. В РФ вроде ещё есть одна установка: old.computerra.ru/interactive/605295/
Оттуда: "Нам удалось вписаться в программу "Росатома" по финансированию термоядерных исследований, но в том, что деньги до нас в итоге дойдут, уверенности нет. В основном финансово поддерживаются проекты на основе токамаков, а мы считаемся альтернативным направлением. Вот, например, Курчатовскому институту "Росатом" обещает помочь в обновлении токамака Т-15. Но даже если им и дадут эти деньги, у меня есть сомнения в том, что они доведут дело до конца, так как работать у них некому -- совсем не осталось молодёжи."

4. Кроме D-T в дальней перспективе есть D-He3 и даже D-D. И это всё, о чём можно мечтать в синтезе без ухода в фантастику. Если бы у кого-то было желание сделать энергетику на синтезе, подход к теме был бы до неузнаваемости другим.

Завершить можно цитатой мудрого кролика: "Ну, если вы больше ничего не хотите..."

D-Т пока - самая реальная цель.
Критерий Лоусона самый низкий, а нейтроны как-нибудь поборем. Ураном-238 обложим тор. ;)
Вообще же термояд, с моей точки зрения, вообще комплиментарен традиционной ядерной энергетике - она ему даёт "бесплатный" тритий и дейтерий, а он ей - массу нейтронов для реакций торий-уран и уран-плутоний.

Ну а то, что термояд пока всячески тормозят - я и так понимаю.

(Deleted comment)
ассоциации с циклом Кребса :)

Холодную темоядерную реакцию будем осваивать -_-

Вы что, не знаете? Росси уже освоил! Скоро Италия станет энергетической сверхдержавой! http://expert.ru/expert/2013/22/volshebnyij-enerdzhajzer-rossi/

На мой взгляд удерживать плазму магнитной ловушкой, это словно кипятить воду в кастрюле из льда. Можно попытаться поймать динамическое равновесие - но задолбаешься, и все попытки получить в ней пар для паровой турбины точно провалятся.
Будет у человечества "прочная кастрюля" можно будет и невыгодные реакции жечь, ну а так - сплошной пшик получается.

Только гравитационное удержание, только хардкор!
PS, принцип эквивалентности все помним, инерция=гравитация.

Edited at 2013-06-06 04:27 pm (UTC)

>магнитной ловушкой
>Можно попытаться поймать динамическое равновесие - но задолбаешься

- "это Вы просто не умеете их готовить!" )))

> и все попытки получить в ней пар для паровой турбины точно провалятся.

- "пар", это для неправильных кастрюль. Для правильных - прямое электростатическое преобразование. %)) Ну, еще может и СВЧ по карманам потырить.

Никогда не понимал, действительно, зачем делать пульсирующее сердце? Оно ведь просто накачивает кровь в эластичную аорту, которая выдавливает её дальше.

И пульсирующие нагрузки из сосудов уберём. Дольше служить будут.