Температура синтеза на Солнце и термоядерный синтез в контролируемых экспериментах на Земле

Сечение реакции синтеза дейтерия и трития сильно зависит от температуры и достигает максимума при температуре около$8\times 10^{8}$K, поэтому я полагаю, что это температуры, к которым нужно стремиться в эксперименте по контролируемому ядерному синтезу. На самом деле, в соответствии с этим , рабочие температуры, по крайней мере,$10^{8}$К.

Плотность термоядерной плазмы является фактором - скорость реакции будет пропорциональна произведению плотностей двух реагентов. В термоядерных реакторах плотность порядка$10^{20}$м$^{-3}$. В центре Солнца плотность частиц на 12 порядков выше, поэтому отчасти повышенные температуры в термоядерном реакторе должны компенсировать более низкие плотности. Однако также стоит помнить, что Солнце не является особо интенсивным термоядерным реактором. Он производит только около 250 Вт на кубический метр в своей ядре. Большим компенсирующим фактором является то, что сечение синтеза дейтерия и трития примерно на 25 порядков больше, чем сечение протон-протонного синтеза на Солнце.

В этом вопросе я разместил ответ, в котором оценивается выделение энергии на единицу объема в типичных условиях реактора по сравнению с Солнцем. Я нахожу (порядок величины), что вы получаете$10^{4}$раз больше энергии на единицу объема выходит из реактора, чем из ядра Солнца. Так$\sim 10^{6}$Вт м$^{-3}$, что, как я полагаю, вам понадобится, чтобы сделать его коммерчески жизнеспособным. Если бы вы вообще понизили температуру, он быстро стал бы нежизнеспособным в качестве значительного источника энергии без абсолютно огромных реакторов.

Это действительно просто сноска к ответу Роба.

Солнце — совершенно ужасный термоядерный реактор. Он использует реакцию$p + p \rightarrow d$ это безнадежно неэффективно . $d + t \rightarrow He + n$реакция, которую мы используем в термоядерных реакторах, происходит (до) на 26 порядков быстрее . Как говорит Роб в своем ответе, мощность, вырабатываемая на один кубический метр Солнца, неприлично мала. Однако у Солнца есть большое преимущество в том, что его ядро ​​(где происходит слияние) очень, очень большое и очень, очень плотное. Термоядерные реакторы, которые нам удалось сделать до сих пор, малы, а плазма мало чем отличается от вакуума — плотность частиц составляет около одной миллионной плотности воздуха.

Все это означает, что нашим термоядерным реакторам нужна любая помощь, которую они могут получить, если они собираются производить полезное количество энергии. Регулировка температуры, чтобы максимизировать$d + t$поперечное сечение является одним из способов увеличения выходной мощности. Температура Солнца не оптимальна для термоядерного синтеза, но оно достаточно большое и достаточно плотное, чтобы его это не волновало.

Как вы упомянули, все исследования, похоже, сосредоточены на реакции d + t = He + n. Большая часть энергии необратима в кинетической энергии нейтрона. Нейтроны высоких энергий вызывают много проблем, которые, вероятно, сделают синтез неэкономичным. Следует финансировать только анейтронный синтез, но он требует еще более высоких температур. См. работу по реакции p+B11 = 3He на LPP Fusion. То же самое можно сказать и о быстрых ядерных реакторах, поскольку они достигают высокой температурной эффективности за счет уменьшения замедления нейтронов. Реакторы-размножители особенно плохи, потому что они производят более высокоактивные отходы в качестве побочного потока. Реакторы с расплавленной солью могут быть компромиссной конструкцией.