Термоядерный реактор
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
<>496889
Ф
/ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 05Д173 (21) 1967899/26-25 с присоединением заявки Но (23) Приоритет
Опубликовано 15.06,80. Бюллетень йо 22
Дата опубликования описания 180680 (51)M. клР
Н 05 Н 1/00
F H 1/00
Государственный комитет
СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК533.9.07 (088.8) (72) Автор изобретения
О.A. Лаврентьев (71) Заявитель (54) ТЕРМОЯДЕРНЫЧ РЕАКТОР
Изобретение относится к проблеме управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при разработке конструкции термоядерных реакторов.
Известен термоядерный реактор, содержащий магнитную ловушку, поглотитель из лития-6 или литийсодержащего вещества LiF, в котором нейтроны из плазмы взаимодействуют с литием по схеме б i п — + Т + Не + 4,8 мэВ
Это позволяет воспроизводить газообразный тритий для последующего его 15 использования в цикле термоядерного реактора. .Непроизводительные потери нейтро-, нов (10%) компенсируются применением размножителей, например бериллия, вольфрама, молибдена, которые под действием быстрых термоядерных нейтронов испускают добавочные нейтроны в результате реакции (n, 2п).
Недостатком этого устройства яв- 2с ляется сравнительно малая эффективность замедления нейтронов в Li или
Это приводит к необходимости увеличивать толщину слоя поглотителя ,до 1-1,5 м, чтобы уловить весь поток З0 термоядерных нейтронов. Кроме того, воспроизводится лишь одна компонента термоядерного топлива-тритий, в то время как оптимальный состав термоядерного горючего включает 50% трития и 50Ъ дейтерия. Недостающий газообразный дейтерий должен храниться в отдельных баллонах и с помощью специального смесителя подмешиваться в нужной пропорции к воспроизводимому тритию. Все это определяет большие габариты и сложность конструкции реактора.
Эти недостатки оказываются особенно существенными при применении электромагнитных ловушек с теплоизоляцией высокотемпературной плазмы слоем комбинированных электрических и магнитных полей, имеющих целый ряд преимуществ по сравнению с ловушками с магнитной теплоизоляцией, главное иэ которых — снижение критических размеров термоядерного реактора.
Цель изобретения — уПрощение конструкции и уменьшение габаритов реактора.
Для этого в предлагаемом устройстве поглотитель выполнен в виде двух групп контейнеров с мелкодисперсным
496889 или расплавленным дейтеридом лития, имеющих стенки, обращенные внутрь ловушки, выполненные из вещества, размножающего нейтроны, например из молибдена-100 или урана-238, причем контейнеры одной группы охватывают соленоиды ловушки, а контейнеры другой группы расположены таким образом, что запирающие электроды находятся между контейнерами и рабочим объемом ловушки.
Для Мою число нейтронов вторичного потока определяется следующим уравнением:
N и (2 - exp ®no L)l, где N — первичный поток термоядерных нейтронов с энергией 14,1 МэВ, 6=4 ° 10 см — сечение реакции Мо
3 (n> 2п). и =6 10 см — число атомов Мо в 1 см, о
L — толщина слоя размножи- 20 теля, см.
Отсюда следует, что для толщины слоя L = 1 см первичный поток нейтронов увеличивается на 21%, для
2 см — на 38%, для L = 5 см — д на 70%.
Дл, 0258 и йо 4,45 — 3,45 ехр (по т) > где о =1 13 ° 10 см — сечение реакции деления О нейтронами с энергией 14,1 МэВ.
nð 4,8 ° 10 см
1 см, N = 1,17 N„
L 2 см, и = 1,35 No
L 5см, й= 181 й,, В результате дополнительного замедления быстрых нейтронов на атомах дейтерия в дейтериде лития средняя длина замедления до тепловых энергий, а следовательно, толщина слоя погло- 40 тителя сокращается до 10-30 см. Одновременно с воспроизводством трития освобождается химически связанный с атомами лития дейтерий и газообразная смесь 50% Т, 50% О может быть выведена из мелкодисперсного (или находящегося в расплавленном состоянии)
Li6 0. Состав газообразной смеси является оптимальным для использования в термоядерном реакторе синтеза.
На чертеже изображена часть ограничивающей плазму поверхности термоядерного реактора.
На чертеже показаны стенки 1 термоядерного реактора, соленоиды 2 электромагнитной ловушки, создающие остроугольную конфигурацию магнитного поля, магнитные поверхности 3, отделяющие плазму от вакуумного магнитного поля, электроды 4, запирающие магнитные щели электромагнитной g) ловушки, плазма 5, оболочка 6 контейнеров, слой размножителя 7 нейтронов, дейтерид лития-6 8, кожух 9 тепловой защиты соленоидов, каналы
10, соединяющие контейнеры с внеш- у5 ними системами подачи теплоносителя и Регенерации топлива.
Устройство работает следующим образом.
С помощью источников заряженных частиц, установленных на запирающих электродах 4, через магнитные щели внутрь объема, ограниченного магнитными поверхностями 3, инжектируются потоки высокоэнергетичных электронов и ионов. Заряженные частицы накапливаются в объеме между магнитными поверхностями, образуя высокотемпературную плазму 5. Теплоизоляция плазмы от,стенок камеры осуществляется с помощью собственного электрического поля плазмы, образованного объемным зарядом электронов (образуется внутри объема потенциальная яма для ионов), и комбинированных внешних электрических и магнитных полей, которые удерживают электронную компоненту плазмы.
Первичный поток нейтронов из плазмы с энергиями 14,1 МэВ (реакция ДТ) попадает в слой размножителя 7 и увеличивается на 20-80% в зависимости от толщины слоя. Вторичный поток нейтронов из слоя размножителя замедляется и поглощается в дейтериде лития-б, воспроизводя тритий и освобождая дейтерий, химически связанный с литием.
Контейнеры с воспроизводящей средой связаны с внешними теплообменниками и регенераторами горючего (на чертеже не показаны) с помощью каналов 10. Через эти каналы производится прокачка теплоносителя, которым может также являться и дейтерид лития-6 в расплавленном состоянии. С потоком теплоносителя захватываются и выносятся дейтерий и тритий. В регенераторах происхоцит их выделение из расплава и очистка от примесей. Очищенная газообраэная смесь 50% Т, 50% Д поступает в плазму термоядерного реактора, где ионизируется, нагревается и снова поступает в реакцию (ДТ).
Формула изобретения
Термоядерный реактор, содержащий электромагнитную ловушку с соленоидами и электродами, запирающими выход электронов через магнитные щели ловушки, и поглотитель из литийсодержащего вещества,о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью упрощения и уменьшения габаритов конструкции, поглотитель выполнен в виде двух групп контейнеров с мелкодисперсным или рас плавленным дейтеридом лития, имеющих стенки, обращенные внутрь ловушки, выполненные из вещества, размножающего нейтроны, например из молибдена-100 или урана-238, причем контейнеры одной группы охватывают соленоиды ловушки, а контейнеры другрй группы расположены в зоне магнитных щелей ловушки таким образом, что запирающие электроды находятся между контейнерами и рабочим объемом ловушки.
496889
Составитель В. Ким
Редактор Е. Месропова Техред И. Петко Корректор В. Синицкая
Заказ 4282/53
Тираж 885 Подписное
ПНИИПИ Государственяого комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4