Какую часть энергии взрыва водородной бомбы мощностью 1 мегатонну мы можем уловить, чтобы совершить полезную работу?

Мир полон запасов ядерных боеголовок. Управляемая термоядерная энергия кажется далекой. Можем ли мы лучше использовать эти боеголовки, взрывая их контролируемым образом и захватывая энергию, которую они производят?

Под полезной работой я подразумеваю энергию, которая затем доступна для национальной сети, чтобы вскипятить чайники или принять душ!

Дополнительные баллы за рассмотрение практических аспектов строительства объекта для этого (хотя я думаю, что это закроет вопрос :-(...)

Я так понимаю, что под «сколько энергии» вы подразумеваете тепловую эффективность теплового цикла. И хотя у нас много ядерного оружия, его хватило бы лишь на небольшую долю нашего производства энергии в течение ограниченного времени, если бы мы не производили больше.
Но... мы неплохо их изготовили, так что, если бы мы могли построить установку для использования энергии, не было бы это более быстрым (если не гораздо более уродливым) способом реализации "мощности синтеза"?
@MattLuckham Недавно я где-то читал (думаю, на физике. SE), что для этого потребуется огромное подземное сооружение, и все же это будет опасно. Помимо того, что непрерывным процессом легче управлять, чем дискретным.
@Manishearth: Это был я, здесь: physics.stackexchange.com/questions/21365/… . Я нашел эту информацию в онлайн-статье, критикующей термоядерный синтез в целом, и я считаю, что предложение по производству энергии с использованием водородных бомб исходит из Китая 1970-х годов. Я не могу снова найти соответствующую статью, извините, это было много лет назад.
@RonMaimon В 70-х годах в Лос-Аламосе был проект под названием PACER. Краткий обзор есть на стр. 8 этого журнала и гораздо более подробное описание в LA-5764-MS (внимание: размер файла 22 МБ).
@RonMaimon, это превосходная статья. Что заставило меня усмехнуться, так это то, что там говорится, что термоядерные реакторы будут запущены в 2000 году. Ммм... Еще нет!
@Matt Luckham: Прогноз для PACER заключался в том, что его можно будет развернуть немедленно. Это отвечает на вопрос --- mmc, вы должны опубликовать его как ответ, возможно, с кратким изложением выводов.
@RonMaimon Готово.

Ответы (4)

Я приведу аналогию.

Бомбы Молотова изготавливаются путем заполнения пластиковой бутылки бензином, хитроумного прикрепления фитиля, поджигания и бросания в цель, обычно в автомобиль или полицейского, контролирующего демонстрацию.

Теперь в этой бутылке с бензином содержится несколько БТЕ энергии. могу попросить перефразируя вас

Можем ли мы лучше использовать эти коктейли Молотова, взрывая их контролируемым образом и улавливая энергию, которую они производят?

Ты знаешь ответ. Это двигатель автомобиля. Исследователи управляемого термоядерного синтеза пытаются создать соответствующий «автомобильный двигатель» для использования энергии водородной бомбы.

Вы не могли бы контролировать взрыв бензина лучше, чем в двигателе автомобиля. Люди бы рассмеялись, если бы кто-то предложил взорвать бочку с бензином и разработать систему для использования энергии, не так ли?

То же самое верно и для слияния, оно должно быть инкрементным.

Подумайте о динамите, нитроглицерине или ряде других взрывчатых веществ, которые не используются для производства энергии, потому что взрывы не могут быть постепенно полезными и безопасными.

Мне нравится ваша аналогия. Однако в бомбе заключено много энергии. Просто скажите, что мы могли бы использовать 10%. Я подсчитал, что это 155 000 мегаватт мощности. Вы знаете, не так давно мы собирались использовать водородные бомбы для питания космического корабля, так что я не понимаю, почему эта идея такая сумасшедшая! en.wikipedia.org/wiki/Project_Orion_(nuclear_propulsion)
Судя по вашей ссылке, это атомные бомбы, а не водородные. Атомные бомбы можно сделать, соединив вместе два куска критической массы, и этим легче управлять: реакторы подобны медленным бомбам. Существуют даже атомные подводные лодки. Водород должен достичь очень высоких температур, прежде чем он сможет сгореть, поэтому водородная бомба приводится в действие атомной бомбой. en.wikipedia.org/wiki/водородная_бомба
Хорошая точка зрения! Я выбрал термоядерную бомбу, так как огромное количество ядерных боеголовок, хранящихся на складах, являются термоядерными бомбами. Вы правы, хотя все они будут иметь триггер деления, так что наш «объект» будет довольно загрязнен! Я нашел эту ссылку, но она все еще только теоретическая: - en.wikipedia.org/wiki/Pure_fusion_weapon похоже, что моя идея не имеет тех ног, о которых я думал!
Этот ответ не так хорош --- бензиновый двигатель не является оптимальным способом извлечения энергии из бензинового топлива, он просто наиболее удобен для самоходного транспортного средства, потому что он мал. Лучший способ — сжигать бензин в условиях высокой температуры и запускать эффективный цикл Карно для производства электроэнергии. Это сработает и для ядерного взрыва, но для сдерживания тепла требуется большое количество твердого материала, окруженного изоляцией. Твердый материал будет взбит взрывом и станет радиоактивным, но это может сработать, если вы выбросите его в подводные разломы.
@anna v: Проект «Орион» определенно был основан на термоядерных водородных бомбах, но малой мощности, около 10-100 килотонн или около того. О "контроле" не могло быть и речи, это вы просто придумали. Вы не контролируете взрыв, вы просто используете его, чтобы отбрасывать предметы от космического корабля со скоростью, составляющей долю скорости света, чтобы иметь хорошую тягу. От Ориона отказались только из-за договора о запрещении ядерных испытаний, и эту идею еще можно возродить. Это единственный способ осуществить коммерческие космические путешествия с использованием известных технологий.
@RonMaimon ссылка на вики определенно говорит об атомном для проекта Orion. en.wikipedia.org/wiki/Project_Orion_%28nuclear_propulsion%29 Я называю управлением технический проект последовательных малых бомб. Также «сжечь» отличается от «взорваться».
Космические корабли @annav Orion ограничены по причинам материальной прочности до Δ в за бомбу не более 30 м с 1 . Таким образом, в основном термоядерные Орионы должны быть довольно большими, см. эту статью Дайсона для более подробной информации.

В 1970-х годах Национальная лаборатория Лос-Аламоса осуществила проект PACER по изучению использования термоядерных взрывов в качестве способа производства электроэнергии и воспроизводства ядерных материалов. Общий вид первоначально предложенной термоядерной электростанции можно увидеть на следующем рисунке:

введите описание изображения здесь

Параметры системы находились в стадии изучения, но одна из идей заключалась в том, чтобы взрывать около 800 термоядерных устройств мощностью 50 килотонн в год. Поскольку ожидалось, что эффективность преобразования составит около 30%, вырабатываемая электрическая мощность должна быть

0,3 800 50 к Т у р 1 4.2 10 12 Дж к Т 1 3.15 10 7 с у р 1 1,6 г Вт ,

около 80% от номинальной мощности, потому что это был предполагаемый коэффициент мощности .

Потеря тепла не была большой проблемой из-за свойств накипи. Поскольку теплопроводность каменной соли составляет около 10 Вт м 1 К 1 , предполагая грубо упрощенную геометрию, состоящую из плоской пластины около 1 к м 2 с 100 м толщины и всего 500 К применяется тепловой градиент, результирующий тепловой поток составляет около

10 Вт м 1 К 1 10 6 м 2 100 м 1 500 К "=" 50 М Вт ,

менее 1% тепловой мощности.

Техническими ограничивающими факторами были относительно низкая температура, достижимая внутри полости из каменной соли, и большие размеры полости, необходимые для предотвращения контакта стенок с несмешанным огненным шаром.

Очевидно, были также проблемы с безопасностью и общественным восприятием .

См. стр. 8 этого журнала для обзора и LA-5764-MS для получения подробной информации (внимание: файл PDF размером 22 МБ).

Потрясающий ответ! Спасибо ммк! Полный балл от меня!
+1: Можно ли масштабировать пейсер до устройств с мегатонным диапазоном? Разве бомбы мощностью 10 килотонн не состоят только из 80-процентного синтеза и поэтому зависят от невозобновляемого производства плутония? Устройство мегатонного диапазона может быть на 99,9% термоядерным. Кроме того, знаете ли вы, сколько тепла теряется в PACER? Если вы на 20% состоите из деления и теряете 80% тепла, вы можете использовать обычную атомную электростанцию, поэтому я надеюсь, что вы действительно сможете извлечь большую часть энергии из синтеза. Я думаю, что это потрясающая идея, которая может быть воспринята по-другому сегодня, когда утихли страхи перед холодной войной.
Читая связанные документы, я понимаю, что можно использовать размножающие аспекты PACER, используя урановый или ториевый корпус для каждой бомбы, которая действует для преобразования U и Th в расщепляющийся материал, который затем может быть воспроизведен в обычном ядерном реакторе для производить плутоний, который затем может управлять системой PACER. Весь цикл PACER может позволить полностью использовать все ресурсы деления плюс определенную часть ресурсов синтеза. Жаль, что этот проект заброшен. Кому люди могут написать, чтобы предложить второй взгляд? Какой комитет Конгресса отвечает за все это?
Это безрассудный проект, имхо. Созерцайте эту карту известных линий разломов на земле printable-maps.blogspot.com/2009/04/… . Землетрясения происходят из-за накопления стресса, и они вызваны соломинкой, которая тормозит спину верблюда. Мегатонны под землей были бы очень полезным триггером. И обратите внимание на «известные» неисправности. Всегда могут быть неактивные разломы на протяжении столетий, которые могут внезапно активироваться. Может ли любое здравомыслящее правительство провести такое исследование, особенно в Калифорнии?
@RonMaimon По сути, вся тепловая энергия бомб была извлечена, но эффективность преобразования в электричество была относительно низкой (~ 30%) (хотя на современных атомных электростанциях она не намного лучше ). Это было ограничено необходимостью вторичного контура, чтобы турбины не работали с радиоактивным (и соленым) паром.
Я предполагаю, что масштабируемость будет несколько ограничена возможностью построить контейнер, достаточно прочный, чтобы сдержать взрыв, и способностью поглощать достаточное количество нейтронов, чтобы не повредить его стенки. Из статьи в Википедии следует, что для сдерживания килотонных взрывов требуется довольно серьезная инженерия, поэтому я сомневаюсь, что мегатонные будут осуществимы.
@RonMaimon Наивно масштабируя дизайн проекта PACER, для проекта 1 MT потребуется полость диаметром около 800 м на глубине 3,2 км. Я не уверен в возможности создания полости такого размера , хотя это не кажется невозможным. Выстрелы на мегатонной дальности также начинают иметь существенные поверхностные эффекты, хотя они могут быть частично разделены ( Cannikin - 5 MT на 1800 м ).

если 1 тонна тротила выделяет около 4,184 гигаджоулей, что составляет 1162,2 кВтч, следовательно, 1 мегатонна равна 4,184 х 1000000 = 4184000 гигаджоулей, что равно 1 162 222 222 кВтч. средний дом площадью 2000 кв. футов в Бостоне, штат Массачусетс, потребляет 820 кВтч в месяц, то есть 9840 кВтч в год. 1162222222/9840 = 118 112 домов за год. Возможно, это не лучший способ использовать энергию, но почему бы и нет?

Люблю этот ответ! Давайте построим!
Простое вычисление генерируемой энергии не решает вопросы. В нынешнем виде нет даже теоретического способа уменьшить мощность термоядерного взрыва в таком масштабе.
@dmckee В 70-х годах было предложено генерировать электроэнергию за счет взрывов мощностью ~ 100 килотонн в подземных полостях (мощность была ограничена соображениями стабильности полости).
@mmc: я думал об использовании в полости мокрого песка, а не воды, и иметь полость гораздо большего размера для многомегатонных взрывов. Проблема, как я думал, будет заключаться в сдерживании тепла --- чтобы не тратить большую часть тепла впустую. Но материал в статье достаточно хорош для сегодняшней термоядерной энергетики, если бы можно было преодолеть факторы безопасности.

Мне жаль, что здесь нет недавних сообщений. Ну... Дьявол... как всегда... в деталях. У меня есть следующее предложение - изучив Конструкцию термоядерного оружия онлайн. Почему мы не могли поставить Купол над заброшенной шахтой, а затем откачать воздух, чтобы сформировать герметичный частичный Вакуум. Это запросто может быть 5-10 тысяч квадратных метров. Затем мы подвешиваем мегатонное устройство в Мертвой точке. Панцирь сделан из железа толщиной в несколько дюймов, возможно, со свинцовой обшивкой. Мы также можем включить бор, чтобы поглотить все свободные нейтроны. Мои рассуждения?? Тепло передается от ядерного оружия или чего-либо еще посредством теплопроводности, конвекции и излучения. Моя идея может показаться очень безрассудной, но мы будем говорить о сфере емкостью один триллион кубометров. Тепло и давление расширяющегося газа иссякнут задолго до того, как ударятся о стену. Я считаю, по иронии судьбы, что это устройство будет безопаснее, чем многие ядерные реакторы в мире (вы знаете, как Три-Майл-Айленд, Чернобыль и Фугусима Даячи в Японии?), поскольку НЕТ возможности «китайского синдрома». А-Х-спросите вы-а как же Радиация-и тепловая и Гамма??? Что ж, ядерные бомбы на самом деле генерируют «мягкие» рентгеновские лучи. Это важно, так как они будут использоваться для производства пара. Я предлагаю иметь легкую, относительно рентгенопрозрачную оболочку в метре внутри внутренней стены. Между двумя стенками можно ввести пену на водной основе. Такое вещество было бы очень прозрачным для рентгеновских лучей. Водородные бомбы на самом деле используют слой пенополистирола на внутреннем корпусе, чтобы «отражать» Гамма-излучение от внешней стены на капсулу Улама-Теллера, содержащую все «вкусности» (дейтерид лития и плутониевую «свечу зажигания», которая становится критической и отключает эту штуку после того, как сжимается до нужной степени). В нашем сценарии , мы не хотим поэтапного радиационного взрыва сверх того, что обеспечивает нам одно мегатонное устройство. И пенополистирол будет дороже и менее «зеленым», чем «Бомба». Густая пена просто испарялась бы в живой пар или, в худшем случае, в низкотемпературную плазму. Его можно было использовать в нескольких точках, чтобы запустить Мать всех паровых турбин. сжимается в нужное количество раз.) В нашем сценарии мы не хотим поэтапного радиационного взрыва сверх того, что обеспечивает нам одно мегатонное устройство. И пенополистирол будет дороже и менее «зеленым», чем «Бомба». Густая пена просто испарялась бы в живой пар или, в худшем случае, в низкотемпературную плазму. Его можно было использовать в нескольких точках, чтобы запустить Мать всех паровых турбин. сжимается в нужное количество раз.) В нашем сценарии мы не хотим поэтапного радиационного взрыва сверх того, что обеспечивает нам одно мегатонное устройство. И пенополистирол будет дороже и менее «зеленым», чем «Бомба». Густая пена просто испарялась бы в живой пар или, в худшем случае, в низкотемпературную плазму. Его можно было использовать в нескольких точках, чтобы запустить Мать всех паровых турбин.

Вы когда-нибудь слышали о знаках препинания.....?