Физик Патрик Йоханссон из Технологического университета Чалмерса в Швеции также отметил, что аккумуляторы нового типа также обладают удвоенной энергоемкостью в сравнении с теми видами алюминиевых батарей, что уже существуют на рынке. Сам по себе концепт не является новаторским, но если раньше в качестве катода использовался графит, то теперь его заменил антрахинон.

Впрочем, даже сами разработчики признают, что их изобретению есть куда развиваться. Особенно это касается электролита — химической смеси, которая и стимулирует движение ионов между катодом и анодом. По словам Йохансона, алюминий в принципе является лучшим носителем заряда, чем литий, поскольку он многовалентный и «каждый ион компенсирует несколько электронов».

На фото распаковывание посылки с Владивостока, дошедшая за 3 дня через EMS.Всё было запаковано аккуратно

И тут ждал небольшой облом: на сайте поставщика не указано фото панели в профиль. Вернее, самого профиля. Он оказывается, «п»-образный.

Пришлось «колхозить» с монтажом панелей.

Следующий сюрприз: вскрыв распаечную коробку 50-ваттной панели, обнаружил какой-то диод или резистор. Так и не понял что это. Вроде же диоды Шоттки должны впаиваться последовательно в плюсовой провод, а тут контакты завязаны напрямую. Может какой то балласт от короткого замыкания решил я и… всё равно припаял диоды (лишним не будет).

Как ни странно, на 30-ваттных солнечных панелях такого нет в коробочке

Порадовала антибликовая фактура защитного стекла.

После подсоединения проводов просто для надежности залил термоклеем и взялся за диоды Шоттки. Дело в том, что такая проблема у нас в Оренбурге найти диоды на ток 5 ампер, что пришлось брать 30 ампер на два канала и лишнюю ножку после пайки откусить.

Так прошел еще день, а профтрубы для каркаса так и не привезли. Что ж, зато есть опорная плита, значит, можем пока делать закладные! Нарезал «двадцатых»шпилек, накрутил их к просверленной плите и «обвязал» арматурой, приварив к опорной раме.

Важно: перед резкой шпильки заранее накрутите гайки, иначе потом тяжело будет насаживать по замятой резьбе.

Весь следующий день ушел на сборку опалубки и заливку бетоном.

Еще один мой «косяк» — забыл, что сверху будет садиться опорная плита, а значит монтажные ушки из арматуры — лишние. Пришлось потом их срезать.

Вот что получилось после того, как бетон затвердел и я, выломав опалубку, накинул сверху декоративный чехольчик из искусственной травки, склеенный за час.

Тем временем другой подрядчик отпечатал УФ-краской лицевые и оборотные части отфрезерованных композитных листов. И вот на следующий день все звёзды сошлись и мы все таки разжились металлом в том числе гнутой профтрубой. Как ни странно, в этот раз подрядчик не подвел и произвел гибку труб ровно и в размер.

Сваривал наш сварщик по распечатанному шаблону, чтоб уж точно не ошибиться даже на миллиметр. И даже в этом случае, после того как мы собрали сектора воедино и накинули композит — увидели расхождения в несколько сантиметров. Не учли, что при сварке металл как бы «сыграл» от нагрева.

Пришлось по факту подгонять, рихтовать, переваривать, раздвигать и т. д. На эту подгонку ушел ещё день.

Вот, основные работы закончены, каркас выставлен и началась нудная, долгая обшивка композитом. Сначала накинули лицевые и оборотные части

Как и планировалось, чопики из ПВХ приклеил на космофен к композиту с обратной стороны, а уж потом прикручивал саморезами к профтрубе. Вот как это выглядит изнутри:

Сама обшивка каркаса заняла почти 4 (!) дня. Времени оставалось мало. Срок монтажа немного сдвинулся. Хорошо, что взяли с запасом.

Тем временем, пока ребята обшивали каркас, чтоб не терять время зря, я решил накинуть солнечные панели на зубья. Нарезал полосок из оцинковки 0,8 мм толщиной и прикрутил к изнаночной стороне профиля панелей, получились вот такие скобки. Боялся, что будет весьма хлипко и не антивандально, но после того, как прикрутил изнутри, притянув к каркасу — стало не оторвать панель. Всё держится весьма крепко.

Верхние солнечные панели, 30-ваттные, а значит узкие, разместил по центру зуба, как и планировалось, сделав «доборки» из того же белого композита.

На фото ниже видно, что я всю проводку собирал на клеммы WAGO. Очень удобно при монтаже и демонтаже. Ведь конструкция должна быть быстроразборной (часа за 2), так как она поедет через 3 недели на выставку артобъектов в Самару.

Кнопку включения/выключения светильников запрятал под нижний зуб.

Вот и всё. Настал великий день монтажа. И тут (ну как же без этого) еще один КОСЯК! Дело в том, что у меня конструкция 3,2 м в высоту. А оказывается, есть стандарт на перевозку крупногабарита. Не более 3 м (это с учетом высоты кузова самого манипулятора) на перемещение по городу.

Пришлось варить к каркасу опорную раму и свешивать одну «ногу» за пределы кузова. Так и повезли, прихватив чалками.

Когда везли по городу наше «изделие», то и дело боялись проезжая очередной перекресток: как бы не задеть троллейбусные провода.

Но, приехав на место монтажа в детский лагерь Янтарь, всё прошло как по маслу. Разгружаем опоры на подготовленный грунт, ставим на них нашу полушестерню, наживляем шпильки и прикручиваем гайками и вот, остаётся лишь отъюстировать по уровню и подключить все как надо

Обратите внимание на одну «лапу»: это дверка для снятия аккумулятора «на зиму».

Реальную мощность не мерил, но по расчетам, даже если будет не очень солнечный день, заряда должно хватить на две ночи питания 5 шт 7 ваттных, 12 вольтовых лампочек. После окончательного «закрытия» панелей артобъекта прошелся по стыкам герметиком и снял защитную пленку с композита…

… и присыпал все опорные дуги еще раз песчано-гравийной смесью, что б не бросалось в глаза. Некоторые комментаторы в первой части рассказа высказывали сомнения в устойчивости данной конструкции. Скажу вам — стоит монолитно. Каждая из бетонных опор весит порядка 250 кг — мы вчетвером надрываясь еле-еле смещали их. Далее сам каркас весит порядка 250 кг. По расчетам ветровых нагрузок — все норм.

К тому же я боялся, что на «шестеренку» будут залазить, чтоб сделать сэлфи и раскачиваться, но на неё, оказывается так не удобно запрыгивать.

И еще устроители форума реально понавесили видеокамер чуть ли не на каждой березе. Так что я спокоен.

Ну вот и всё. Прошу сильно не пинать, на мой взгляд получилось весьма недурственно, но конструктивная критика приветствуется. Буду и дальше продолжать продвигать альтернативную энергетику в массы. Теперь нужно попробовать, что нибудь замутить с ветряком. Благо, их у нас делают рядом под Оренбургом. Жду ваших горячих комментариев.

Работа начинается с феншуя за столом, где царит бардак, но в целом атмосфера рабочая.

Сначала, собственно, нарезается шина на части. Далее припаивается на элемент (в моем случае это 3B, т.е. трехконтактные). Хочу заметить, что хоть и возни с ними больше, чем с двухконтактными, но положительно сказывается на получаемых характеристиках, т.к. если вдруг одна жила плохо пропаяна, то это восполнятеся проводимостью по двум другим.

На доске (в идеале подходит лист ламината) с бордюром мы формируем ряды, все должно получиться ровно.

Первая моя панель (60 Вт на 125 мм) собиралась как тестовая, на ней определился опытным путем, что к лицевой стороне лучше припаивать шины с помощью СКФ,т.к. оставляем меньше грязи и не так сильно растекается. А с обратной - паяльной кислотой, т.к. прихватывает мгновенно при меньшем контакте паяльника.

И не забыть протереть ватной палочкой, промоченной спиртом (в моем случае советская водка), для устранения темных пятен флюса. Если, например, не стереть паяльную кислоту, она выжигает контактную группу, и через сутки она вся чернеет.

После собранного ряда кладем его на стекло, заранее обезжиренное каким-нибудь растворителем.

Укладка рядов на стекло. Пока пояю новый ряд, стекло накрываю обычной пленкой, дабы избежать попадание пыли и мелкого мусора.

Как набираются все ряды, я тестирую снова с помощью настольной лампы. Если вижу отличие результатов, то перепроверяю или перепаиваю некоторые контактные группы.

Спаиваем ряды широкой шиной (10х0.2) и делаем вывод с панели. Далее накрываю всем известной EVA-пленкой и строительным феном, запаиваю панель от центра к краям, стараясь минимизировать воздушные подушки (к сожалению для этого процесса у меня отстуствуют фотографии).

Запаяв все, даю остыть и проверяю тестером, чтобы показатели были те же, что до ламинирования. Накрываю вторым стеклом.

Края заклеиваю лентой для сантехники - "контакт", она все закрывает намертво и обеспечивает хорошую герметичность.

Ширина стекла получилась чуть больше, чем надо (0,75 м), поэтому очень большое растояние для рядов. Все остальные панели у меня по 0.7 м, оптимально по ширине.

Ну а дальше остается только собрать раму (собирал из подручных материалов, но получилось, если честно, не очень, спешил...).

Контакты панели убрал в корочку через уские прорези. Там поставил диод на 10А и припаял провод с зажимом от выдергивания. Место входа провода заклеил термоклеем. Коробку приклеил также клеем и для надежности прошелся лентой.

Панели я подключаю к коллектору. К нему же я подключал конденсаторы, что сказывается на эффективности работы всей системы.

В общем, первые тесты:

Инвертер использую с чистой синусойдой, для нормального пуска любого электроприбора.

Тестировал на нем пуск холодильника, полет нормальный.

Ошибок в реализации много (хватит еще на целый пост), кто хочет может найти их сам и похвастаться в комментариях.

ИТОГО: 5 панелей, общей сложностью ~500Вт . Трудятся в деревне, дают освещение по периметру участка, свет в сараях, набор воды в еврокуб для полива , собственно сам автополив, работу  электроинструмента и т.п.

Въедливый читатель может возразить – батареи генерируют электрическую энергию, в то время как из взрывчатки и химического топлива энергия освобождается в виде тепла. Это весомый аргумент, поэтому посмотрим на современный дизель-генератор. При оптимальной нагрузке в 60-70%, он выдаст примерно 3 КВт*ч электроэнергии на 1 литр топлива (https://bryan-power.com/wp-content/uploads/diesel-generator-fuel-consumption.pdf). Это соответствует примерно 10,8 МДж энергии, что по-прежнему будет примерно в 20 раз больше, чем вы получите с 1 кг батарей.

Теперь давайте ещё раз взглянем на таблицу плотностей энергии, чтобы понять, что никаких прорывов в части аккумуляторов ожидать не следует. Какие бы мы батареи не изобретали, принцип их устройства окажется неизменным: для того, чтобы она дала электрический ток в виде хотя бы одного электрона, нам потребуется как минимум 1 атом на аноде, чтобы этот электрон отдать, 1 атом на катоде, чтобы его принять, и ещё нужно N атомов для разделения анода и катода (электролит). Химическое топливо или взрывчатка запасают энергию в 100% молекул, у аккумулятора этот показатель много меньше 50% при том, что сейчас литий-металлические аккумуляторы имеют плотность энергии лишь в 10 раз меньше.

Для аккумулятора это весьма хороший показатель, так как взамен уменьшенной плотности энергии мы получаем относительную безопасность использования. Представьте, что мы могли бы запасать в аккумуляторах энергию с такой же плотностью энергии, как в тротиле. Захотелось бы вам иметь такой аккумулятор?

Что будет, если вы «закоротите» такую батарею? Сделаем очень щедрое предположение, и дадим ей, например, теплоёмкость как у воды – 4180,6 Дж/(кг•К), то есть, для того, чтобы подогреть воду на 1 градус, необходимо потратить столько энергии, и я повторяю, это очень щедро – круче воды в этом плане только гелий, аммиак и водород. Так вот, если 1 кг батарея высвободит около 4 млн. джоулей, то она «согреется» на 1000 градусов Цельсия. На практике же, нагрев будет ещё больше, так удельная теплоёмкость этой батареи не будет и близко подходить к такому значению, как у воды.

Собственно, даже современные аккумуляторы представляют собой определённую опасность:

Теперь, наверное, становится понятно, почему бензин (и прочее углеводородное топливо) является сегодня наиболее предпочтительным «переносным» источником энергии. Бензин является почти что идеальным топливом – при огромной плотности энергии, он остаётся относительно безопасным. Да, пары бензина тоже могут взрываться, но на миллиард автомобилей в мире, на подобные случаи статистика отводит доли процента. Кроме того, чтобы потушить бензин, необходимо всего лишь перекрыть доступ кислорода пламени. Повреждённая батарея, с другой стороны, будет продолжать отдавать свою энергию, пока не освободит её полностью. Потушить её нельзя. Энергия, способная заставлять автомобиль двигаться 600-800 км, легко и безопасно запасается в бензобаке объёмом 40-60 литров, в то время как аккумуляторы электромобиля сейчас занимают в 3-4 раза больший объём, и при этом имеют запас хода всего 200-250 км.

Я уже не говорю про авиацию, где аккумуляторы не применимы в принципе – вы не сможете сделать хоть сколько-нибудь годный самолёт, так как для необходимой мощности двигателей потребуется большая масса батарей, чтобы поднять которую потребуется более мощный двигатель, чтобы его запитать потребуется больше батарей... ну вы поняли.

Сейчас активно продвигаются два вида автомобилей, не использующих углеводородное топливо – электромобили и автомобили на водородных ячейках.

Водород, казалось бы, идеальное топливо. Его плотность энергии 142 МДж на 1 кг. Выше – только у ядерного и термоядерного топлива. Однако, добавьте к массе, собственно, водорода, массу баллона для его хранения, и всё уже не выглядит таким радостным. Обычный стальной промышленный баллон для сжатого газа, выдерживающий давление 150 атм. имеет массу почти 60 кг и вмещает всего 40 литров газа. Плотность водорода в нормальных условиях 0,08987 г/л, это значит, что при давлении в 150 атмосфер, масса водорода, помещающегося в этот баллон составит… всего около 0,45 кг. Для хранения 450 грамм водорода требуется «тара» массой 60 кг! Сжигая это количество, я получу ~63,9 МДж энергии, что эквивалентно ~1,5 кг дизельного топлива.

Возьмём обычный автомобиль с объёмом топливного бака, скажем 50 л. Масса пустого топливного бака пусть будет 10 кг, масса всей топливной системы при плотности топлива 875 г/л составляет 53,75 кг, при этом, в таком автомобиле запасено 2,1 ГДж энергии.

Чтобы запасти такое же количество энергии, в случае с водородом мне потребуется 14 кг водорода… то есть примерно 33 баллона, которые весят по 60 кг каждый, то есть почти 2 тонны. При этом кто-то ещё должен будет потратить энергию на то, чтобы сжать весь этот водород до 150 атмосфер.

Вот Тойота-Миллениум. Одна заправка для неё – это примерно 5 кг водорода (эквивалент ~22 литра бензина), однако суммарная масса топливной системы вместе с баками составляет 92,5 кг. (и это при использовании высокотехнологичных ультра-лёгких материалов, а не стали).

Дальность хода на одной заправке для такого автомобиля составляет 500 км. Вроде неплохо, но если мы возьмём эквивалентную массу бензина (~80 кг или 91 л) на обычном автомобиле сходного класса мы проедем в 2 – 2,5 раз большее расстояние.

Ещё не стоит забывать тот факт, что водород взрывается при смеси с воздухом в концентрациях от 18,3 до 59% (то есть, практически всегда) И взорваться он может просто от искры статического электричества на вашей одежде или просто от косого взгляда. Представьте себе, что будет, если водородные баки такого автомобиля повредятся в результате ДТП!

Да, сейчас безопасности водородных автомобилей уделяется большое внимание, но посмотрите на это видео, где в топливный водородный бак стреляют практически в упор. Посмотрите внимательно на скорость, с которой из бака исходит струя газа – она сопоставима со скоростью пули. И, помните, этот газ может взорваться от любой искры чуть позже, даже если он не взорвался от выстрела.

Теперь посмотрим на флагман электромобилестроения Tesla Model 3. В документации указано, что на одной зарядке, этот «лучший электромобиль» пробегает 215 миль или 346 км (это если используется форм-фактор 18650). На элементах форм-фактора 2170 будет на 100 миль больше и Тесла догонит среднюю дальность пробега стандартной легковушке на 1 заправке (500 км). При этом масса батарей составляет около 500 кг! То есть, у Теслы топливная система имеет массу почти в 10 раз больше при меньшем пробеге! Характеристики даже хуже, так как разряженный аккумулятор весит столько же, чем заряженный (на самом деле нет, но погрешность пренебрежительно мала).

Теперь про дозаправку. Если у бензинового транспорта и даже автомобилей на водороде проблем заправкой нет, и её длительность составляет несколько минут, у электромобиля скорость зарядки аккумуляторов исчисляется часами! При этом, чем выше скорость передвижения, тем быстрее я посажу батареи. При перемещении со скоростью 100 км/ч на каждые следующие 100 – 120 км, мне необходимо будет целый час подзаряжать аккумуляторы (и это если я найду розетку!).

Аккумуляторы Илона Маска – одни из лучших в мире на сегодняшний день, но что бы он нам не обещал на тему «революций» в аккумуляторостроении, термодинамику ему не победить и по плотности энергии, аккумуляторы всегда будут гораздо хуже химического топлива.

Разумеется, у химического топлива есть один недостаток – при его сгорании образуется углекислый газ, который вносит серьёзное влияние в процесс глобального потепления климата. Разумеется, у электромобилей, как у городского транспорта есть будущее, и есть своя ниша, однако посмотрите на эту картинку и подумайте вот о чём – так ли уж чиста эта «чистая» энергия:

Вот прогноз динамики развития мировой энергетики до 2040 года (источник) . Разумеется, я тоже очень рад, что доля возобновляемых источников энергии растёт, однако, не стоит думать, что их доля в ближайшие годы превысит долю, приходящуюся на выработку электроэнергии из ископаемого топлива:

Подумайте, автомобиль на водороде будет тратить энергию не только на перевозку вас, но ещё и на перемещение тяжёлых топливных баллонов, к тому же водород – не самое безопасное топливо в мире. Но это ещё не всё, на то, чтобы сжать водород до 150 – 200 атмосфер тоже будет потрачена энергия (на заправке).

То же самое касается электромобилей – подумайте, сколько лишнего веса в виде аккумуляторах ездит вместе с вами, подумайте, что почти половина энергии данных аккумуляторов тратится лишь на перемещение их собственного веса.

Автомобильный бензин или дизельное топливо, если упростить, при сжигании производят воду и углекислый газ. Больше того, если потратить определённую энергию, то эти два компонента можно заново скомбинировать в углеводородное топливо и кислород. Да, на производство топлива таким способом потратится больше энергии, чем потом может получиться при его сжигании, но раз мы всё равно хотим тратить энергию на перевозку «мёртвой массы» аккумуляторов или газовых баллонов, не лучше ли сосредоточить усилия в этом направлении?

1912 г, США, Детройт, New Spring Ginghams

Кто-нить знает как это работало?

Взято отсюда https://vk.com/wall-171437200_156

Не воспользоваться таким подарком природы было бы просто глупо. Поэтому с 30-х годов века XX-го здесь активно развивается гидротермальная и петротермальная энергетика.

Различаются эти 2 понятия тем, что в случае гидротермального источника люди берут "готовую" горячую воду из недр, а в петротермальном - используется естественное повышение температуры в глубине земли для подогрева теплоносителя.

В 1930 году была проложена первая теплотрасса от гейзера центрального отопления - небольшая - 3км длиной, но начало было положено.

Сделав отступление, нужно сказать, что в Исландии нет углеродных месторождений, соответственно уголь, нефть, и прочее топливо страна была вынуждена закупать извне.

Это оказалось хорошим стимулом для развития альтернатив в местной энергетике.

В итоге сейчас в Исландии 99,5% энергии как тепловой, так и электрической вырабатывается возобновляемыми источниками. Ведь что такое гейзер для местных тепло- или электростанций? Это природная замена котлу ТЭЦ. Паром можно греть воду - а дальше запускать её хоть на отопление, хоть на турбину генератора для выработки электричества

Единственное, что подобное решение, к сожалению, не является универсальным. Мощностей геотермальных станций хватает им, но только потому, что потребности в тепле и электричестве достаточно низкие (население страны около 350000 человек, примерно 1,5-2 района Москвы)

Тем не менее есть проекты по организации подобных станций и у нас - на Дальнем Востоке - на Камчатке.

via

Топливо для термоядерных реакций можно найти вблизи от гелия. На следующем рисунке перечислены термоядерные реакции, наиболее полезные в жизни котика обычного человека. Большая часть из них — термоядерные реакции в звёздах. Ещё несколько (с 6Li) были использованы, чтобы показать возможность термоядерного синтеза на земле (рисунок 3, [2]).

В то же время, ядра заряжены положительно и поэтому отталкиваются электростатически. Это можно представить себе как горку, которую надо преодолеть (или сквозь которую нужно туннелировать), чтобы упасть в яму и в ней выделить энергию [3].

То есть, вещество нужно нагреть, чтобы ядра двигались быстро и могли вступить в реакцию. Для наиболее простой реакции D+T эта температура составляет 10 кэВ (а лучше 30). В человеческих единицах  это чуть больше 100 миллионов градусов; любое вещество при этом будет полностью ионизированной плазмой.

D+T топливо легче всего зажигать, но 80% энергии термоядерной реакции уносится нейтронами, которые греют, активируют и разрушают конструкцию реактора и не греют плазму. Кроме того, тритий — на редкость неприятное в плане безопасности использования вещество.

Реакция D+D оставляет больше энергии в плазме и не требует опасных материалов, но безнейтронной не является. У неё есть два почти равновероятных канала:

D+D→n+3He (есть нейтрон!)

D+D→p+T, при этом тритий сразу же вступает в реакцию D+T→4He+n (есть второй нейтрон!)

С топливом D+3He почти можно избавиться от нейтронов. Почти — потому что дейтерий будет реагировать не только с гелием, но и с другим дейтерием. С нейтронным выходом из прошлого абзаца. От нейтронов спасёт только топливная смесь, в которой бо́льшая часть — гелий, к которому добавлена малая примесь дейтерия.

Тем самым, у нас есть две задачи: нагреть и удержать.

Можно попробовать сжать вещество до таких концентраций, чтобы необходимое время удержания было мало и плазма просто не успевала никуда разлететься. Подобный способ называется инерционным удержанием. В целом, термоядерная бомба работает именно так. В приложении к управляемому синтезу нагрев и сжатие осуществляется за счёт облучения полусантиметровой мишени 192 эпически мощными лазерами [4]. Основная проблема при использовании этого метода для энергетики в том, что стрелять по мишеням нужно 100 раз в секунду с выделением нескольких МДж, а можно только дважды в день и несколько десятков кДж. Военные о таких мелочах не беспокоятся и просто моделируют на установках инерциального синтеза бомбы.

Другой вариант — поместить плазму в магнитное поле. Плазма не может вытечь поперёк магнитных силовых линий слишком быстро. Если же магнитное поле замкнуть в «бублик», то и вдоль силовых линий она никуда не улетит. Получится тороидальная магнитная ловушка.

Впрочем, просто поставить несколько катушек кольцом мы не сможем. Величина магнитного поля возле «дырки от бублика» в этом случае выше, чем на его внешнем краю. Плазма (будучи диамагнетиком) из магнитного поля выталкивается, поэтому для равновесия частицы должны часть времени проводить возле «дырки», а часть — снаружи. То есть, силовые линии должны «навиваться на бублик» (чёрные стрелки на левом рисунке, зелёная линия на правом). Сделать это можно или разогнав по плазменному шнуру ток (токамаки), или сделав внешние катушки упоротой тщательно оптимизированной геометрии (стеллараторы).

Строящийся сейчас во Франции ITER является именно токамаком. Стоит как авианосец, для постройки потребовал создания отдельных отраслей промышленности в отдельных странах. В целом, токамаки на сегодняшний день сильнее всех продвинулись в сторону термоядерной энергии.

Самым крупным на сегодня стелларатором является Wendelstein-7X. О нём был подробный пост [6], поэтому приведу только картинку.

Есть другая возможность — создать магнитное поле, симметричное относительно прямой или  почти прямой оси. Получится открытая (или линейная) магнитная ловушка. Плазма будет вылетать из двух концов, но эти потоки можно тем или иным способом подавить (об этом я могу написать пост не меньших размеров, поэтому пока не буду вдаваться в подробности). До недавнего времени существовало более-менее обоснованное мнение, что с их помощью нельзя получить температур выше нескольких сот эВ (нескольких миллионов градусов). Не так давно, впрочем, было показано, что можно получить и больше. Плюсы такой концепции — в большей технологичности и лучшей масштабируемости (в первую очередь, в область топлив без трития).

Теперь про энергобаланс. Наиболее мощным каналом потери энергии из горячей плазмы является тормозное излучение (горячие электроны, пролетающие мимо ядер, ярко светятся в рентгеновском диапазоне). На следующей картинке показана мощность разных термоядерных реакций в одном кубометре горячей равновесной плазмы с концентрацией 10^20 м^-3. Фиолетовой прямой (угол не в счёт) показан уровень потерь на тормозное излучение. Энергию можно вырабатывать там, где чёрная кривая выше фиолетовой прямой.

Тут можно посмотреть на основные термоядерный топлива и p11B. Последний лежит близко к уровню потерь, что заставляет выдумывать хитрые конфигурации с неравновесной плазмой вплоть до использования топлива, поляризованного по ядерному спину, включительно.

Чтобы не множить сущностей, возьму уже посчитанные другими людьми для ИТЭРа цифры. Расклад по энергиям получается таким:

В плазму вкладывается 73 МВт от внешних источников. Из них 33 МВт — пучки быстрых нейтральных атомов, 20 МВт — СВЧ-волна на частоте вращения электронов (170 ГГц), 20 МВт — ВЧ-волна на частоте вращения ионов (40–50 МГц).

В термоядерной реакции выделяется ~500 МВт, из них 400 МВт получают нейтроны, а 100 МВт остаётся в альфа-частицах и нагревает плазму.

Теперь потери.

400 МВт мощности, переносимой нейтронами, тут же уходят из плазмы и нагревают воду в каналах охлаждения.

Тормозное излучение уносит около 120 МВт.

Небольшая часть энергии (от нескольких единиц до нескольких десятков МВт — в зависимости от того, насколько устойчивой получилась плазма) уходит с быстрыми ионами, плохо удерживаемыми плазмой, и нагревают пластины первой стенки.

Остальные 100–150 МВт уносятся плазмой, вытекающей из области удержания, и нагревают специально предназначенные для этого пластины дивертора в нижней части камеры (см. рисунок — словом plasma там обозначена область удержания, вытекающий из неё поток идёт вдоль силовых линий, нарисованных чёрным, на оранжевые приёмные пластины).

С пользой можно использовать либо нейтроны (только как кипятильник), либо поток плазмы, вытекающий из области удержания в дивертор (или кипятильник, или, теоретически, МГД-генератор. Впрочем, схем МГД-генератора для токамаков я не видел).

И последний вопрос: когда?

Я на него всегда отвечаю: «Когда потребуется». Скажем, китайская термоядерная программа предполагает запуск демонстрационного энергетического реактора в 30-х годах (да, они хотят начать строить его до того, как будут получены внятные результаты ИТЭРа). В принципе, если не будет ограничений в ресурсах, они могут справиться.

Всех остальных припрёт в 50-х.

Ps. Надеюсь, пост получился информативным, но не переусложнённым. В принципе, обо всём этом можно рассказать и проще (но без деталей), и сложнее (там столько всего интересного!)

Источники иллюстраций:

[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235285401...

[2] https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B0%D1%80%D1%8C-%D0%B... , https://pikabu.ru/story/kuzkina_mat_sssr_istoriya_sozdaniya_...

[3] https://pikabu.ru/story/gorochka_5957504

[4] https://lasers.llnl.gov/science/icf

[5] https://www.iter.org/doc/www/content/com/Lists/Machine/Attac... tkm_cplx_final_plasma2013-07.jpg

[6] https://habr.com/post/399993/

[7] http://iopscience.iop.org/issue/0029-5515/47/6