Патент ссср 333890

Патент ссср 333890

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

!

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ

Завиои|мое от а вт. свидетельства №вЂ”

М,Кл. H 05h 1/18

G 21b 1/00

Заявлено 22.VIII.1969 (№ 1347761/26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 08.1.1973. Бюллетень ¹ 6

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 537.523.74:621.039.6 (088.8) Дата опублнкованпя описания 27.VI.1973

Лвтор изобретения

П. Л. Капица

Институт физических проблем АН СССР

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

ПЛАЗМЫ

Изобретение относится к устройствам для пол учен ия и уп|равления плазмой с помощью ее опран иче ния и напрева внешним и высокоiHBlCTi(XI1HbIMlH ЭЛЕКПРОМЗПНИПНЬВМИ IIOJIHMIH, Напр и|мер для ядерного аи нтеза, т. е. к термоядерным реакторам. Одна1ко нрименение устройств, выпол невньтх в соответспвии с настояш им изобретением, не опраиичи1вается термоядерньпм и реакторами. Он|и могут широко исатользаваться для получения вьпсо котемпара pgIpной плазмы, в ча стноспи, при физических и сследованиях ее авойст1в и характеристик.

Известны устройства для получения плазмы, с целью изучен ия и осуществления термоядерной реакциями, в которых резонатор, заполненныйй соо пветствующей средой, н а пр имер смесью дейтерия с тритием, возбуждается выоокоча стотной элекпрoiMaipHHTIHQH энергией; Ipaоочая cipepa находится пад низким давлением.

Для таиих усПройспв хара|ктерны недостатки, авязан ные с п роблемой удержаиия плазмы и необходимостью под авлвиия разного рода неустойчивостей. Это не позволяет получать стац ио нарную,вьпсокотемперату1р ную плазму.

Из веспны та кже устройспва, например плазменные ырелки, в которых для получения плазмы используется газ под вьвооиим давлением, .вращающийся дланя ста бил изации дугового раз ряда. Од на ко в эпих y cTpoHicTiBiax разряд не ло кaJIiHaoaaiH, вследствие чего»е удаеп ся до2 стичь высоких температур, необходимых для .исследования и тем более для получеиия термояде рных реакций.

Цель изобретения — устранить .неустойч и5 воспи извеспных тер моядерных установок IH получить стационарную BbIcolKQTeAIIIepaту рную плазму.

Это доспи гаепся использованием вьпсокочастотного объем ного резанатора, отлич итель10 ной особенностью которого является локал|изация обл àc TIH м BKclHiM алыного электричеокогo

IIIo;IH в цен BpaJIbнoй часпи резонатора, и одню,временным иопользова н ием средств, обеспечи(вающих вращательную ни риуляц ию рабочей

15 среды — газа, занимающего объем резо натура и находящегося под да влен ием, достаточным для вяз костного течения газа.

Для уп рощения и зготавлен ия и на стройии устройства резонатор имеет круговое попереч20 нюе сечение.

С целью уменьше н ия торцовых потерь энергии резонатор выполнен в виде тороида.

KipoMe того, ус7ройспво содернеит средства для создания в резонаторе поспоян ного маг25 нипного поля TIHIIIB мaPHIHTHQH ло вушки для плазмы. Это улучшает термаизолянию плазмы, оообен1но ее ион ной ко м поненты.

Д опол н ительный на грев плазмы, особенно ее ионной компоненты, обеспечивается тем, что

30 устройство снабжено аредспва|мп для создаипя

333890 внутр!и резонатора нестационар!ного магнитного поля, возбуждающего,в плазме .маг!нитоа кус ппч еак и е кол еб пи я.

Для уМЕ!!1! !1!Е1!1111 -1!1(р т lill li ОК!!! Х !Отвр!Ч особеин!! прll fcip÷oÿäîlfffoì в!!!! !1зе, устройство имеет средства, обвспс 1!!!и!!!о1ц1!е в pe;lorraторе да!влвн!ие рабочей среды, достаточное для н1оглощения энергии, уносимой из плазмы нейт1рон а!ми.

В oocTBIB рабочей среды могут вход!ить дейтерий, смесь дейтвр ия с тр!итивм, пары ли"пия и д!рупие вещвст!ва, способные к об!разован!ию част!ично или IIioJIlBQGTbIo ион|изнрова!н!ной плаз.мы в ис!пользувмом диапазоне температур.

На ф!иг. 1 дано уcTfpoHст!во с ц!ил!и!нд!р!1!чески!м резонато1ром, продольный раз рез; фнг. 2 — то же, с TopoHigIBJIbfHbIIM резонатором; ф!иг. 3 — уст1ройство с цил1пндричесиим резонато!ром, снабженное соленои!дом, создающим постоя!нное магнитное поле; ф!иг. 4 — уст!ройство с тороид ал ьн ым р езо н а то!ром, оН абие!н11ое сол енои до!м, постоянное магнитное п!оле которо!го улучшает те!р!ъ1аизоляц!ию плазмы; ф!иг. 5— у1ст!рой!ст!во, аналопичное нзображецно!му на ф!иг. 3, с катушками дополнительного нагрева плазмы; фиг. 6 — успройство, а!налопичное изображенному на фиг, 4, с катушками донол-! н!итель!ного нагрева плазмы.

В резонаторе 1 ц!ил!инар!11ческой формы возбуждают колебания типа Ер! или оолее высоких мод, в тароидальном резонаторе — колеба!н!ия электрического типа. При этом в цент-! ральной ча!сти резонатора образуется свободно па!рящий разряд 2. В цилинд!р!ичвс!ком резонаторе разряд имеет пре!имущественно элипсоfHffIaJlbfHyro форму, переходящую в шну!ровую с хор ошо оч Врч ени ы ми гр ан!ица!м и, а в тороидаль!ном он имеет вид заминутого кольцевого шнура, находящегося в центре резонато!ра, что уст!раняет торцовые потери энврги!и. Мощность подводит!ся по высокочастопному тракту 8, например по коаксиальной линии. Бсплывание разряда, обусловле!11!ное действием а!рхнмедовых сил, првдотв!ращается вращательной ци!ркуляц!ией газа, возникающей при подаче его по сопла!м 4 в резонатор. Вращение газа вокруг оси разряда обеспечивается танге!нциальной ориентацией сопел. Поток газа выход!ит через отводы 5. Постоянное маг1итпое поле в!ну!пр!и резонатора создается соле!ноидами б.

Изменяющуюся составляющую поля создает катушка 7.

В раз1рядах благодаря тому, что он!и ñîiâсем не касаются стенок резонатора, получает!ся

I1oJIlll9cTbIo ион!изированиая плазма. Даже прн малых разме!рах разряда температура достаточно высока, чтобы в смеси газа про!исход!ил синтез, например, в смеси кислорода !и азота и, IH водо!рода и азота получалась окись азота ил!и а!мм!иак. При увел!иченHIH размеров резонатора н шну!рового раз ряда температура плазмы повышается до величи!ны, достаточной для топо, чтобы в дейтерий или смеси дейтерия с т!р1ит1ивм илн друг!1!м!и газами про!изошла те!р.моядер!пая реакция н возникло нейтронное пзff f fl)f !1олез!НО1! мorrIHfoC lfa

55 бО

25 зо

4

;!учение. При повыше!н!ии температуры и да!вле,и!ия газа .и!нтвнс11!вность твр моядер!и ой реаиц!и!и возрастает, и псхч!уче!11пое нейтронное !излу ченн» может быть использовано для ге!нвр!и!роваД!1ль1!с11!!!ее ffoiafllrfeafrre r efMrrepaTyfpbr плазмы в разряде достигается помещением его в постоянное !маги!11тное п оле соленоидов б, та!к ка к это уменьшает теплонроводность плазмы и у!вел!ич!ивает эффективность ее нагрева высокочастот!ным полем.

В случае, когд!а требуется дальнейшее по-! вышение температуры, допол!н!ительный напрев! плазмы может, быть создан либо мапннто3!куст!ичвокими колеба!н!иямн, л!ибо пе!риод!ическим а д!11абат!ичес!ьзим сжатием. Это достигает ся твм, что на постоян!ное мапн!ихное !поле в том же напра!влвн!и!и !на!кладывается составляющая поля, кото!рая пвр11одичвски изменяется Ilo силе. Toräa на поверхности плазмы возя!!кают изменения в да!влвн!и!и, п!ропорциональные вел!ич!ине постоянного поля и вел!ичнне его изменения. Если по катушке 7, создающей переменную составляющую поля, течет переменный ток соответствующей частоты, в ,раз!ряде образуются магнитоакустичвсиие волны. Есл!и же,в катушку поступают с!ильные импульсы, то про!и!сход!ит адиабатичвакое сжат!ие шнура.

П!рн иопользо1вап!ии описа!н!ного уст!рой!ст!ва в тер!моядер!ном реакто!ре необход!имо отвести ,мощность, выделяемую пр!и термоядерной реакции, Для этого давлвн!ие газа повышают наcToJIbfKo, чтобы испускаемые плазмой нейтроны не покидали рабочего объема и отдавалн знаliHTeльиую часть своей эиврпин молекулам газа, окружающего разряда. Пр!и этом резонато!р необходимо поместить внутрь контей!нера из более прочного материала, напр!имер .из ау!сте-! н11т!но!! cTB;IIH, а устройст!во дапол!нить !внешним конту!ром, напр!имер, соде!ржащ!им газовую турбину и компрессор. В ту!рбине нагретый газ,;выходящий Н3 контейнера, ад!иабатичес!ки расш1иряется, а в комп!рвссоре изотерм!ичеок и сж11мается до рабочего давлвн!ия,в контейне1ре, куд3 сн снова поступает. Мощ!ность ту!рб!ины, за вычетом мощности, потребляемой компрессором, реализуется в генераторе и на!правляет

cя в элвктричвокую цепь для иопользо!ва!ния.

Повышение к. п. д. успройства мож!но достигнуть пр!именение!м для созда!н!ия постоянного маг!1!!ит!ного поля вмвсто обычного солен о!и да с в е рхп р оводящ и й.

П,р е д м е т !и з,о б р е т е v и я

1. VcTfporlc!тво для получен!ия высокотвмпературн!ой плазмы, п!редназ!начвн!ное для:изучения и осу!щвотвлен!ия термоядерных 1реакций, содержащее резонато!р, заполнен!ный рабочей средой, нап!р1имер смесью дейтврия с тритивм, l1 схему подвода к.резонатору высокочастотной элект!ромагн!ит!ной энврпии, отличающееся TefM, что, с целью по!вышвння устойчивости плазмы н увеличения ее темпе!ратуры, резонатОр и сх е333890

A-A

5 3

Ма подвода энергии выпол нсиы так, 1To возбуждаемое в резонаторе электромапнитное поле ха ра!кте!риз!ует!ся ло1кализацией в центральной ratcxri резонатора обласз1и MaKоимальног» элект!р!ичесиого поля, причем резо!иатор содержи г средства, осущеет!вляющие в1ращательнук! циркуляцию среды, находящейся под да!влением, достаточным для обеопечен ия ее вязкостноГо ПЕРЕ:МЕЩЕНИЯ.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уп!рощен!ия изготс!влен!ия я настройки уст1ройства, резонатор имеет круго!вое попе речное сечеи.ие.

3. Успрой!ство по и. 2, отлича!ощееся те!м, IT0, с целью у!ме!иьше1н !1я торцовых потерь э!иерпии, резонатОр вы!полонен в виде тороида.

4. У!ст!ройство по пп. 1 — 3, отличающееся тем, что, с целью улучшения термс1изоляц!ии б и л я 3 м ы, 0 с 0 О 0н и 0 е е и Мин 01! ко м п 01! 0и т 1>1, у стро11ст!во содержит средства для создания в резонаторе постоян!ного магн лного поля т1ип1! магнитной ловушки для плазмы. в 5. Устройство пo ии. 1 — 4, отли Ic110111eåc» тем, что, с целью дополи!ите!1ьного напрев:, плазмы, особен!но ее ионной компоненты, оно содерж ит аредства для создания внутри резо-! натора неотац!иона р ного мапнит!ного поля, 10 обеспечи!вающего возбуждение в плазме магиитоа!ку спичеок11х колебан!ий.

6. Устройство по пп. 1 — 5, отличающееся тем, что, с целью у меиьшен!ня энергепических потерь, особе!и но при реал1изац!ни термоядеряог!!

15 си!итез а, устройство снабжено ер едст1в а и!и, обес!печи!вающ!ими в резоиатс!ре давлен!ие рабочей среды, достаточное для поглощенная энергии, у!вопи мой из плазмы ней пронами, 333890

Составитель Е. Бурак

Тск1сд T. Курилко

Корректор Н. Аук

Редактор В. Диоооес

Заказ 1040 Изд. зак. 1090 Тираж 755 Подписаое

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, К-35, Раугпская паб., д. 4/5

Загорская типография