Термоядерный реактор

Термоядерный реактор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области энергетических установок типа токомак и может быть использовано при создании и проектировании магнитных термоядерных установок с активной зоной в виде тора. Изобретение решает скорее не научную проблему, а направлено на оптимизацию инженерной компоновки ее отдельных узлов.

В качестве аналога можно рассмотреть патент РФ [1] на квантовый ядерный реактор. Как утверждается в описании, это устройство помимо получения классической энергии в виде тепла способно вырабатывать и когерентное излучение (подобно лазерному), а также синтезировать новые элементы.

В качестве аналога можно рассмотреть конструкцию термоядерного реактора [2], заполненную под давлением 40 атмосфер газом, например водородом. Две боковые стенки реактора являются зеркалами, между которыми в центре камеры фокусируется энергия волн СВЧ-диапазона. Такая система является объемным резонатором радиоволн.

Однако эти проекты не относятся в полной степени к самому переспективному типу термоядерного реактора магнитного типа с активной зоной в виде тора (так называемого токамака).

В качестве прототипа выбран строящийся проект термоядерного реактора ИТЭР [3], содержащий активную зону в виде тора, систему охлаждения, систему магнитных ловушек плазмы и систему управления. Однако из-за того, что активная зона выполнена в виде обычного тора, возникает масса проблем - не создаются оптимальные условия для устойчивости плазмы, нет технологического пространства для гармоничного монтажа систем магнитных ловушек вокруг активной зоны. Ограниченная площадь теплосъема с активной зоны, имеющей форму обычного тора, создает неразрешимые инженерные теплофизические проблемы, особенно при переходе на строительство термоядерных реакторов энергетического назначения.

Предлагаемый энергетический реактор содержит активную зону в виде тора, систему охлаждения, систему магнитных ловушек плазмы и систему управления.

Особенность предлагаемого ректора заключается в том, что активная зона выполнена в виде вихревого тора, система охлаждения выполнена в виде проточно-испарительного теплообменника, имеющего также форму вихревого тора, эквидистантно расположенного относительно активной зоны, а часть магнитных ловушек размещена между витками вихревого тора.

К особенностям можно отнести и то, что активная зона снабжена двумя типами магнитных ловушек 3а и 3б, согласованных в работе между собой, причем один тип магнитных катушек равномерно распределен по поверхности вихревого тора, а вторая установлена по его оси.

На фиг.1 схематично изображена только активная зона строящегося термоядерного реактора ИТЭР, у которого активная зона выполнена в виде простого тора.

На фиг.2-7 показаны модификации активной зоны с нарастающим приближением к форме вихревого тора. На фиг.2 простой тор сделал первый шаг в формировании более сложного вихревого тора. Оба рисунка фиг.2 - это один и тот же рисунок активной зоны реактора с разных позиций (сверху и сбоку). Аналогично, с разных позиций, но попарно объединенных, показаны усложнения вида активной зоны термоядерного реактора с тремя витками (рис.3), четырьмя (рис.4), пятью, (рис.5), шестью (рис.6) и семью (рис.7) На фиг.8 представлена активная зона с большим числом витков.

На фиг 9 и 10 представлен термоядерный реактор, содержащий активную зону 1в виде тора, систему охлаждения 2, систему магнитных ловушек плазмы 3 и систему управления 4, отличающийся тем, что активная зона выполнена в виде вихревого тора 1, система охлаждения 2 выполнена в виде проточно-испарительного теплообменника, имеющего также форму вихревого тора, эквидистантно расположенного относительно активной зоны, а часть магнитных ловушек 3 размещена между витками вихревого тора 1.

Активная зона 1 снабжена двумя типами магнитных ловушек 3, согласованных в работе между собой, причем один тип магнитных ловушек 3 равномерно распределен по поверхности вихревого тора, а второй тип магнитных ловушек 3 установлен по его оси. Все типы магнитных ловушек 3 однотипны, поскольку кривизна на всех участках цилиндрического тора 1 одинакова. Магнитная ловушка 3, согласованно работающая с магнитными ловушками 3 по оси, обеспечивает условия для зажигания и поддержания устойчивости плазмы вдоль всей активной зоны.

Работает предлагаемый термоядерный реактор следующим образом. Как и в токомаке активная зона выполнена в виде тора, но тора не простого, а вихревого. Перед запуском реактора вихревой тор вакуумируется, обезгаживается и заполняется термоядерным газообразным топливом (например, смесью трития и дейтерия, или на основе гелия). Затем с помощью магнитных ловушек 3 создается тородоидальное магнитное поле, повторяющее форму спирального тора активной зоны 1. Возникающее электрическое поле вызывает протекание тока через термоядерное топливо и зажигание в активной зоне 1 высокотемпературной плазмы. В результате выбора формы активной зоны 1 в виде вихревого тора обеспечиваются более стабильные условия для стабилизации плазмы и предотвращения касания плазмы бесконечно, но многократно выше, чем у реактора с активной зоной 1 в виде простого тора. Для дополнительного разогрева плазмы можно использовать как микроволновое излучение на резонансных частотах, так и инжекцию в плазму предварительно ускоренных нейтральных атомов дейтерия или лития.

Помимо снятия ряда проблем по устойчивости плазмы, выбор активной зоны в виде вихревого тора позволят существенно увеличить объем активной зоны и увеличить площадь теплообмена, что снимает ряд технологических ограничений по организации теплоотвода от активной зоны 1 и других элементов инженерного назначения, которые трудно вписываются в активную зону с простым тором.

Литература, принятая во внимание

1. Патент РФ №2087951 «Квантовый ядерный реактор».

2. Патент РФ №2076358 «Термоядерный реактор».

3. Федеральная целевая программа РФ «Международный термоядерный реактор ИТЭР» на 2002 - 2005 годы. www.programs-gov.rn/ext/113/content.htm - 3k -.

1. Термоядерный реактор, содержащий активную зону в виде тора, систему охлаждения, систему магнитных ловушек плазмы и систему управления, отличающийся тем, что активная зона выполнена в виде вихревого тора, система охлаждения выполнена в виде проточно-испарительного теплообменника, имеющего также форму вихревого тора, эквидистантно расположенного относительно активной зоны, а часть магнитных ловушек размещена между витками вихревого тора.

2. Термоядерный реактор по п.1, отличающийся тем, что активная зона снабжена двумя типами магнитных ловушек, согласованных в работе между собой, причем один тип магнитных ловушек равномерно распределен по поверхности вихревого тора, а второй установлен по его оси.