Пристрій для отримання, утримання та використання антипротонної плазми за о.о.нахабою

Пристрій для отримання, утримання та використання антипротонної плазми, що являє собою вакуумну камеру для протікання реакцій, у ході котрих виділяються антипротони, який відрізняється тим, що по екватору даної камери (14) розташовані джерела постійного електричного та магнітного поля, силові лінії котрих розташовані під кутом 90°, під дією котрих відбувається розділення продуктів реакції на негативно заряджені іони (18) (серед котрих антипротони та електрони), що під 3 35724 логією отримання штучного гравітаційного поля, було би можливе утримання антиматерії у стані молекул та атомів при кімнатній температурі у вакуумному сферичному гравітаційному контейнері, де усі джерела гравітаційного поля направлені до центру контейнеру. Але оскільки такі технології сьогодні ще поки не відкриті, єдині доступні для нас сьогодні засоби для утримання античасток - це електричне та магнітне поле. Але для е фективного утримання античасток у електричному та магнітному полі необхідно, щоби утримувана антиматерія була у стані плазми. На сьогоднішній день тільки магнітне поле може ефективно ізолювати високотемпературну плазму від зовнішнього середовища. Тому виникла необхідність створення електромагнітних пристроїв, котрі були би здатними утримувати плазму та керувати нею. Але сучасні технології дозволяють утримувати ядерну плазму лише на долі секунди та не дозволяють повноцінно керувати нею, тому поки ще не мають практичного значення. Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення є ядерний реактор, у котрому енергія повільної ланцюгової ядерної реакції трансформується крізь теплоносій та парову турбіну у електроенергію. Другим аналогом запропонованого пристрою є токамак, що також представляє собою камеру, що складається з надпровідних обмоток, але у цьому токамаці, на відміну від запропонованого пристрою, плазма створюється та утримується у вигляді плазмового шнура тороідної форми [1, 2, 3]. Третім найбільш близьким аналогом запропонованого пристрою є запропонований мною раніше пристрій для утримання високотемпературної плазми у згустку сферичної форми та її керованої емісії у строго детермінованому напрямі, на котрий отриманий [патент України на корисну модель №17149 від 15.09.2006 (заявка №200602858)]. Недоліком першого аналогу є занадто низька компактність пристрою та великі втрати енергії при роботі парової турбіни, неповне використання ядерного палива, та велика кількість радіоактивних відходів. Недоліком другого аналогу є низька щільність створеної ним плазми, та її недостатня стабільність, що не дозволяє довгочасно утримувати високотемпературну плазму та ефективно її використовувати. Др угим недоліком є занадто великі розміри обмоток токамаку для відносно невеликого магнітного потоку, створеного ними, що не дозволяє створити магнітне поле достатньої щільності для довготривалого утримання щільної високотемпературної плазми. У конструкції третього аналога вже присутній принцип утримання сферичного згустку високотемпературної плазми у надщільному постійному магнітному полі, котре створюється надпровідними обмотками конічної форми із можливістю подальшої керованої емісії плазми у строго детермінованому напрямі крізь центральні канали обмоток, що розташовані по полюсам реакторної камери, але у цьому винаході були недостатньо розроблена конструкція компонентів для отримання, накопичення та використання антипротонної плазми, як універсального 4 засобу для ініціації ядерної реакції у любих речовинах, із котрими вона взаємодіє. В основу корисної моделі поставлена задача розробки пристрою для отримання, утримання та використання антипротонної плазми та ефективного перетворення енергії високотемпературної плазми, отриманої при взаємодії антипротонної плазми із звичайною баластною речовиною у корисні види енергії, в якому за рахунок оригінального конструктивного рішення забезпечується накопичення та утримання антипротонів у центрі плазмового відсіку 3 першого плазмового контейнеру 27 у стані плазмового згустку сферичної форми при температурі у кілька тисяч кельвінів, а також максимальне зближення бокових поверхонь обмоток 4, 5 та 6 камери 1, що створює більш герметичне магнітне поле, а за рахунок зменшення розмірів камери до 10-15 сантиметрів при збереженні високої сили струму у надпровідних високоіндуктивних обмотках значно підвищується щільність магнітного потоку і створюються умови для ефективного тривалого утримання нехай і невеликої кількості (кілька см 3) антипротонної плазми. Поставлена задача вирішується тим, що, згідно з корисною моделлю, пристрій для отримання, утримання та використання антипротонної плазми являє собою вакуумну камеру для протікання реакцій, у ході котрих виділяються антипротони, по екватору даної камери 14 розташовані джерела постійного електричного та магнітного поля, силові лінії котрих, розташовані під 90°, під дією котрих відбувається розділення продуктів реакції на негативно заряджені іони 18 (серед котрих антипротони та електрони), що під дією сили Лоренца прискорюються та потрапляють до одного плазмового контейнера 27, там накопичуються та утримуються у плазмовому згустку 9 сферичної форми при температурі у кілька тисяч кельвінів; та позитивно заряджені іони 17, що потрапляють до іншого аналогічного плазмового контейнера 28; також у складі пристрою є два плазмових контейнерів 29, де відбувається змішування невеликої кількості антипротонної плазми 9 із великою кількістю баластної речовини (води), що розігріває баластну речовину до температури необхідної для її максимально можливої іонізації (3000-6000К) і ця звичайна плазма 31 поступово використовується для отримання електроенергії, отримання сили тяги, або інших корисних нужд. На Фіг.1 схематично представлений пристрій для отримання та утримання антипротонної плазми, вертикальний поздовжній розтин, де: 1 - камера сферична; 2 - отвори; 3 - відсік плазмовий; 4 - обмотка конічна екваторіальна з вузьким центральним каналом; 5 - обмотка конічна півкульна з вузьким центральним каналом; 6 - обмотка конічна полярна з широким центральним каналом; 7 - магнітне поле високої щільності; 8 - полюс північний магнітного поля обмоток; 9 - антипротонна плазма у суміші із електронами; 5 35724 10 - канали для кріогенного охолодження обмоток; 11 - гелій рідкий; 12 - корпус герметичний; 13 - бар'єр водяний; 14 - вакуумна камера у котрій протікають реакції, у ході котрих виділяються антипротони; 15 - негативно заряджена металева пластина; 16 - позитивно заряджена пластина; 17 - позитивно заряджені іони; 18 - негативно заряджені іони; 19 - напрямок дії сили Кулону (F k) для позитивно заряджених іонів; 20 - напрямок дії сили Кулону (F k) для негативно заряджених іонів; 21 - напрямок дії сили Лоренца (FЛ) для позитивно заряджених іонів; 22 - напрямок дії сили Лоренца (FЛ) для негативно заряджених іонів; 23 - напрямок силових ліній магнітного поля (показано х - хрестиками), що перпендикулярно площині малюнка (північний полюс великого постійного електромагніту розташований над малюнком, а південний полюс великого постійного електромагніту розташований під малюнком); 24 - траєкторія руху негативно заряджених іонів (у тому числі і антипротонів) - показано пунктирною стрілкою; 25 - траєкторія руху позитивно заряджених іонів - показано пунктирною стрілкою; 26 - позитивно заряджені іони (у тому числі і протони) у плазмовому згустку сферичної форми); 27 - накопичувальний плазмовий контейнер для негативно заряджених іонів, а саме для антипротонної плазми; 28 - накопичувальний плазмовий контейнер для позитивно заряджених іонів. На Фіг.2 представлена схема розташування окремих конічних обмоток у сферичних камерах 1 плазмових контейнерів пристрою для отримання, утримання та використання антипротонної плазми, вертикальний поздовжній розтин та макети камери 1, де: 1 - камера сферична; 2 - отвори; 3 - обмотки конічні (вершини конусів направлені до центру плазмового відсіку); 4 - обмотка конічна екваторіальна з вузьким центральним каналом; 5 - обмотка конічна півкульна з вузьким центральним каналом; 6 - обмотка конічна полярна з широким центральним каналом; 7 - канали центральні конічних обмоток, для їх кріогенного охолодження. На Фіг.3 представлена схема розташування окремих плазмових контейнерів пристрою для отримання, утримання та використання антипротонної плазми, вертикальний поздовжній розтин, де: 1 - плазмовий контейнер, у котрому у вакуумі у магнітному полі утримується антипротонна плазма у згустку сферичної форми при температурі 30006000 кельвінів; 2 - плазмові контейнери для змішування неве 6 ликої кількості антипротонної плазми (при температурі у кілька тисяч кельвінів) із великою кількістю баластної речовини (води) для отримання великої кількості плазми при температурі 3000-6000К; 3 - канали, що з'єднують реакторні відсіки плазмових контейнерів; 4 - екваторіальні обмотки плазмових контейнерів; 5 - півкульні обмотки плазмових контейнерів; 6 - полярні обмотки плазмових контейнерів; 7 - згусток антипротонної плазми при температурі у кілька тисяч кельвінів; 8 - плазмові згустки при температурі у кілька тисяч кельвінів отриманні при взаємодії 1 г антипротонної плазми із 1 кг води; 9 - потоки іонів антипротонної плазми при температурі у кілька тисяч кельвінів (напрямок руху показано червоними стрілками); 10 - потоки іонів плазми, отриманої при взаємодії 1г антипротонної плазми із 1кг води при температурі у кілька тисяч кельвінів (напрямок руху показано фіолетовими стрілками). Пристрій складається із вакуумної камери 14, що містить у собі негативно заряджену пластину 15 та позитивно заряджену пластину 16, між котрими створюється високовольтне електричне поле, перпендикулярно силовим лініям котрого за допомогою електромагнітів створюється постійне магнітне поле 23. У даній камері протікають реакції, у ході котрих виділяються антипротони, котрі потрапляють до одного плазмового контейнера 27 та зберігаються там у стані плазми при температурі 3000-6000 кельвінів; а позитивно заряджені частки попадають до другого плазмового контейнера 28. Для отримання корисних видів енергії плазмовий контейнер 27 із антипротонною плазмою від'єднують та під'єднують до двох інших, у котрих відбувається змішування невеликої кількості антипротонної плазми із великою кількістю баластної речовини (води), що призводить до отримання великої кількості іонізованої баластної речовини у дво х сусідніх контейнерах, котра поступово використовується для отримання корисних видів енергії. Плазмовий контейнер, у котрому утримується антипротонна плазма складається із камери 1 сферичної форми із отворами 2, плазмового відсіку 3, надпровідних електромагнітних екваторіальних обмоток конічної форми без сердечників з вузьким центральним каналом 4 (розташованих по екватору камери 1), півкульних обмоток конічної форми без сердечників з вузьким центральним каналом 5 (з котрих складаються півкулі камери 1) та двох полярних обмоток конічної форми без сердечників із широким центральним каналом 6 (розташованих по полюсам камери 1), в усі х цих обмотках створюється постійне магнітне поле високої щільності 7 (північні полюси 8 котрого направлені у центр реакторного відсіку, де утримується високотемпературна плазма 9), каналів 10 для кріогенного охолодження обмоток рідким гелієм 11, та герметичного корпусу 12 із водяним бар'єром 13. Пристрій реалізується наступним чином. У вакуумній камері 14 (див.Фіг.1) ініціюють реакції, у ході котрих виділяються антипротони. Між позити 7 35724 вно зарядженою пластиною 16 та негативно зарядженою пластиною 15 створюється високовольтне електричне поле, перпендикулярно силовим лініям котрого, за допомогою електромагнітів створюється постійне магнітне поле, силові лінії котрого перпендикулярні площині малюнку (позначені на Фіг.1 х-хрестиками). Під дією сили Кулона та сили Лоренца негативно заряджені іони (серед котрих і антипротони) потрапляють до одного плазмового контейнера 27 із увімкненими обмотками 4, 5 та 6, а позитивно заряджені іони потрапляють до іншого плазмового контейнеру 28 із увімкненими обмотками 4, 5 та 6. Тобто антипротони утримуються у плазмовому контейнері 27 у вакуумі у стані плазми при температурі у кілька тисяч кельвінів, при необхідності підігріваються лазерами для підтримання температури необхідної для максимально можливої іонізації антипротонів. Після накопичення достатньої кількості антипротонів, плазмовий контейнер із антипротонною плазмою від'єднують від вакуумної камери 14 та під'єднують до двох сусідніх увімкнених плазмових контейнерів (див. Фіг.3), у котрих невелика кількість антипротонної плазми взаємодіє із поступово вводимою великою кількістю баластної речовини (води), де антипротони, взаємодіючи із протонами атомних ядер баластної речовини та викликаючи реакцію анігіляції, руйнують атомні ядра баластної речовини, викликаючи реакції їх ядерного розпаду із виділенням великої кількості енергії, що використовується на іонізацію баластної речовини та створення у сусідніх плазмових контейнерах великої кількості звичайної плазми при температурі 3000-6000 кельвінів, що використовується для отримання електроенергії [див. патент України на корисну модель №22116 (заявка №u200613325) 10.04.2007 Бюл. №4, 2007р.], отримання сили тяги [див. патент України на корисну модель №23743 (заявка №u200613327) 11.06.2007 Бюл. №8, 2007р.], формування захисного іонного екрану [див. патент України на корисну модель №23394 (заявка №u200613330) 25.05.2007 Бюл. №7, 2007р.], або для інших корисних нужд. Пристрій функціонує наступним чином - під дією сили Кулона та сили Лоренца у вакуумній камері 14 відбувається розділення продуктів реакцій (у ході котрих виділяються антипротони) на негативно заряджені іони (серед них електрони і антипротони) та на позитивно заряджені іони (протони та іонізовані атомні ядра). При цьому негативно заряджені іони потрапляють крізь центральні канали полярних обмоток 6 плазмового контейнера 27 та утримуються його магнітним полем у стані плазми у центрі плазмового відсіку 3 у вакуумі. А оскільки антипротони не взаємодіють із електронами і електрони мають масу у десятки разів меншу за масу антипротонів, ми фактично маємо згусток антипротонної плазми при температурі у кілька тисяч кельвінів повністю ізольований від звичайної матерії. Для довготривалого утримання такого згустк у необхідно підтримувати у ньому температуру, необхідну для іонізації усіх часток згустку, що можна робити за допомогою лазерного опромінення згустку. Аналогічно позитивно заряджені частки потрапляють до другого плазмового контейнера 8 28. Після накопичення достатньої кількості антипротонів, плазмовий контейнер із антипротонною плазмою від'єднують від вакуумної камери 14 та під'єднують до двох сусідніх увімкнених плазмових контейнерів (див.Фіг.3), у котрих невелика кількість антипротонної плазми взаємодіє із поступово вводимою великою кількістю баластної речовини (води), де антипротони, взаємодіючи із протонами атомних ядер баластної речовини та викликаючи реакцію анігіляції, руйнують атомні ядра баластної речовини, викликаючи реакції їх ядерного розпаду із виділенням великої кількості енергії, що використовується на іонізацію баластної речовини та створення у сусідніх плазмових контейнерах великої кількості звичайної плазми при температурі 3000-6000 кельвінів і ця звичайна плазма утримується у плазмових контейнерах під дією сили Лоренца, та поступово використовується для отримання електроенергії (при використанні МГДгенераторів), отримання сили тяги (при використанні плазмового двигуна), формування захисного іонного екрану, або для інших корисних нужд. Таким чином у даному пристрої антипротони, вступаючи у реакцію анігіляції із окремими протонами ядер баластної речовини, дестабілізують ці ядра та призводять до реакцій їх ядерного розпаду із виділенням великої кількості енергії, котра використовується для іонізації баластної речовини (води). Таким чином при використанні невеликої кількості антиматерії, ми отримуємо велику кількість звичайної плазми, котра використовується для отримання електроенергії, отримання сили тяги, отримання захисного плазмового екрану, та для інших корисних нужд. При цьому, змінюючи співвідношення кількості антипротонної плазми та кількості баластної речовини, можна змінювати температуру кінцевої плазми у діапазоні 300015000000 кельвінів, що має значення при використанні даного пристрою для отримання сили тяги у плазмовому двигуні - для регулювання максимальної швидкості до котрої такий двигун може розігнати транспортний засіб. В порівнянні із прототипом, запропонований пристрій має ряд переваг: - за рахунок створення та утримання плазми у згустк у сферичної форми, значно підвищується стабільність плазми, що створює умови для більш тривалого утримання більш щільної високотемпературної плазми; - за рахунок екваторіальних конічних обмоток 4 із змінюваною силою струму є можливість регульованої емісії плазми у строго детермінованому напрямі крізь центральні канали полярних обмоток 6; - за рахунок зменшення розмірів пристрою значно зменшується кількість енергії, необхідної для утримання високотемпературної плазми; - за рахунок зменшення розмірів збільшення портативності пристрою; - за рахунок зменшення розмірів пристрою значно (у мільйони разів у порівнянні із прототипом) зменшуються економічні витрати на створення таких систем; - за рахунок використання антипротонної плазми можна ініціювати ядерні реакції практично у 9 35724 любих речовинах, що містять у своєму складі протони; - за рахунок використання технології охолодження ядерної плазми баластною речовиною, значно легше утримати таку плазму, при використанні електромагнітних плазмових контейнерів (бо сумарний заряд збільшується, а кінетична енергія кожної частки зменшується); - за рахунок використання технології охолодження ядерної плазми баластною речовиною, зникає необхідність використання класичних теплоносіїв та парових турбін, що підвищує КПД такого пристрою, тобто більша частина кінетичної енергії часток, прискорених при ядерній реакції використовується одразу для іонізації баластної речовини, та далі для отримання корисних видів енергії; - за рахунок використання антипротонної плазми ми досягаємо максимально можливої на сьогоднішній день енергетичної ємності палива, що дозволить космічним кораблям долати більші відстані без дозаправлення; 10 - універсальність даного пристрою, тобто даний пристрій у майбутньому стане основою для створення альтернативних енергетичних установок, альтернативних двигунів, та високоефективних плазмових захисних екранів. Література: 1. Бунин В.А. Аппаратура для получения, удержания и нагрева плазмы. М., 1966. 2. Бишоп, Амаса С. Проект Шервуд. Программа США по управляемому термоядерному синтезу. Под ред. ак. Л.А. Арцимовича. М., Атомиздат, 1960. 3. Киловатая Т.Г. Управление формой плазмы в токамаке. Харьковский физико-технический институт АН УССР ЦНИИ Атоминформ, 1989. 4. Космонавтика / Глав. ред. Е. Ананьева; отв. ред. В. Чеснов - М.: «Аванта плюс», 2004. 5. Ландсберг Г.С. Учебник по физике. М., «Наука», 1970. 6. Мякишев Г.А. Элементарные частицы. М., «Просвещение», 1977. 11 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 35724 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601