Термоядерний реактор з лазерними прискорювачами

Реферат: UA 72759 U UA 72759 U 5 Корисна модель належить до термоядерних реакторів з лазерними прискорювачами, які переробляють енергію взаємодії дейтерію з тритієм (або протонів з дейтерієм) у теплову енергію і може застосовуватись в ядерній енергетиці, військовій техніці, виробництві і застосуванні ізотопів і т.п. Відомі пристрої - тороїдальна камера з магнітними котушками - токамак, у якій повинні були виконуватись наступні реакції по одній із формул [1, С. 288-300] 2D2D3 He  n  3,27 MeB 1 1 2 2 2 D 1D3 T  p  4,03 MeB 1 1 2 D 3 T 4 He  n  17,5 MeB . 1 1 2 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (1) (3) (2) Ці реакції протікають тоді, коли енергія ядра атома досягає 0,1 МеВ [2, С. 475], але дослідження з токамаками, що були виконані, не дали позитивних результатів, а ті, що намічені до виконання у майбутньому, ще не будуть економічно вигідними, але вони повинні довести можливість одержання і використання в промисловості термоядерної енергії синтезу легких елементів [1, С. 303]. Відомий термоядерний реактор, згідно з деклараційним патентом на винахід № 53063 від 15.01.2003 року, який складається з прискорювача частинок, наприклад, циклотрона, з'єднувальних і поворотних камер і камери реакції, яка має прямолінійну форму. В якому потоки прискорених частинок входять зустрічно, і котла, з теплоносієм, частиною якого є стики камери реагування. Для підвищення вірогідності зустрічі часток реактор доповнений камерами розвороту частинок, які з'єднані між собою з'єднувальною камерою. Своїм кінцем камера реакції з'єднується з однією з камер розвороту. Крім того, камера реакції розташована у магнітному полі електромагнітів змінного струму з пульсуючим або бігаючим електромагнітним полем. Це призводить до того, що частинки почнуть просуватись по пульсуючій або бігаючій синусоїдах, які просуваються одна назустріч другій, що підвищує вірогідність зустрічі частинок і виникнення реакції їх синтезу. Робоча зона камери реакції покрита шаром легкого ізотопу літію 6 Li . 3 Використовуються для реакції дейтерій і тритій. Відомий також лазерний термоядерний реактор "Тигр" СРСР [3], який складається з 1) пристрою вводу мішеней, 2) з обертаючою верхньою частиною камери; 3) з пристрою вводу рідкого літію; 4) з захисного шару літію; 5) світловодів і вікон для вводу в камеру лазерного випромінювання; 6) термоядерного мікровибуху; 7) бланкету з урану; 8) біологічного захисту. Для збільшення потужності термоядерного реактора і виходу кількості теплової енергії можна застосувати лазерні прискорювачі. В основу корисної моделі поставлена задача збільшити вихід кількості енергії за рахунок застосування лазерних прискорювачів і зміни конструктивних особливостей реактора. Поставлена задача виконується наступним чином. Термоядерний реактор складається з лазерних прискорювачів частинок, камери реакцій, яка має прямокутну форму, а також шихти LiAlO2, з внутрішньої вольфрамової стінки і зовнішньої стальної стінки з включенням кристалів кобальту, а також електромагнітів, які утримують шихту. За прототип береться термоядерний лазерний реактор "Тигр" СРСР [3]. Пристрій пояснюється кресленням. Термоядерний реактор складається: 1 - лазерні прискорювачі, які прискорюють дейтерій до енергії 3,2 МеВ - 2шт.; 2 - зона реакції 2 D і 3 T 1 1 3 - теплоносій - шихта LіАlO2; 4 - канал витоку високотемпературної нагрітої шихти LіАlO2; 5 - лазерні прискорювачі, які прискорюють тритій до енергії 3,2 МеВ - 2шт.; 6 - зовнішній корпус з сталі і кобальту; 7 - теплообмінник; 8 - внутрішній вольфрамовий корпус з включенням кристалів кобальту; 9 - канали подачі шихти під тиском; 10 - насос для перекачки шихти LiAlO2; 11 - канал подачі дейтеріду літію в зону термоядерної реакції. 12 - електромагніти для утримання біля стінок реактора шихти; 13 - клапан перекриття подачі гарячих гранул шихти; 14 - система подачі теплоносію гелію Не; 1 UA 72759 U 5 10 15 - фокусуючі пристрої на лазерних прискорювачах для стиску і керування напрямом польоту ядер дейтерію і тритію в зону реакції; 16 - насос для перекачки високотемпературної шихти LіАlO2. Реактор працює таким чином. З лазерного прискорювача частинок (1) вилітають ядра атомів : дейтерію (далі частинок) розігнані до енергії 3,2 МеВ і більше, а з лазерного прискорювача (5) вилітають ядра атомів тритію розігнані до енергії 3,2 МеВ і більше. У камері термоядерної 2 D 3 T4 He  n  17,5 MeB 2 реакції (2) відбувається реакція 1 1 . Частинки, які не прореагували в зоні реакції (2) попадають на стінки реактора, який побудований з бінарного металу сталі і вольфраму з включенням кобальту і покритий шаром LiAlO2, і взаємодіють з шихтою LiAlO2. При взаємодії швидких нейтронів з бластером відбувається реакція 1 1 n 7 Li4 He  3 H 0 n  2,5 MeB , 0 3 2 1 а для повільних нейтронів відбувається реакція 1 n 6 Li 4 He  3 H  4,8MeB . 0 3 2 1 За рахунок протонів і дейтерію підуть реакції 15 p 6 Li4 He  3 H  4 MeB ; 3 2 1 2 H 6 Li4 He  4 H  22,4 MeB . 1 3 2 2 Для підтримки термоядерної реакції в зону термоядерної реакції подається дейтерид літію через канал (11). Дейтерид літію 6 Li 2 D взаємодіє з нейтронами і розпадається на дейтерій і 3 1 тритій 20 n 6 Li 2 D2 D 3 T 4 He  Q 3 1 1 1 2 Дейтерій і тритій при високому стиску і високій температурі вступають в реакцію синтезу в зоні реакції (2) 2 D 3 T 4 He  n  17,6 MeB , 1 1 2 25 2 D 6 Li  24 He  4 H  22,3 MeB , 1 3 2 2 2 D 2 D4 He  n  3,25 MeB , 1 1 2 2 2 3 D 1D 1 T  p  4,0 MeB . 1 Через канали (9) подається шихта LiAlO2 під тиском для того, щоб під дією магнітного поля (під дією магнітної сили FM  q    B ) рівномірно покрити термоядерний реактор шихтою. Шихта LiAlO2 утримується на внутрішніх стінках реактора за допомогою сильного магнітного поля. Зовнішня стінка реактора (6) будується з сталі з домішками кобальту для кращої магнітної проникності. Магнітна проникність сталі з домішками кобальту складає більше Х>4000. З підвищенням температури Т при заданому зовнішньому магнітному полі збільшується дезорієнтація частинок і магнітна сприятливість речовини зменшується. І тому для температурної залежності Хn врахування цієї взаємодії приводить до закону Кюрі - Вейса C Xn  T  T0 де C - стала Кюрі, T0 - характерна температура для кожної речовини. Температура Кюрі  30 35 для заліза - 1042 К, кобальту - 1394 К,  0  4    10 7 Гн/м (генрі на метр) - магнітна стала. На мікрочастинки LіАlO2 діє магнітне поле: FM  q    B . Раніше було встановлено, що на елемент провідника зі струмом у магнітному полі діє сила Лоренца (1) d F  I  de  B , або d F  j  B  dV Струм в мікрочастинці виникає за рахунок самоіндукції. Фs  L  I - індуктивність контуру,  40       2 UA 72759 U 5     N2  S N - кількість витків на одиниці довжини, де L  0   0    n2  V , n  V  Sl e e об'єм соленоїда. В мікрочастинці виникає електрорушійна сила самоіндукції Ф I  ші    L  , t t де  - магнітна прийнятність парамагнетиків (кисень - 1,9, алюміній - 23, вольфрам - 176, літій - 14,2). Якщо концентрація електронів у провіднику n , а їхній заряд e , то j  e  n   / . Враховуючи j і (1), одержимо   d F  e  n    B dV - сила Лоренца. (2) Як показують досліди, для багатьох ізотропних магнетиків (парамагнетиків) залежність j від 10 15 H в слабких зовнішніх магнітних полях має магнітний характер (3) J  X H , де X - безрозмірний коефіцієнт, який характеризує здатність речовини намагнічуватись у зовнішньому магнітному полі, його називають магнітна сприйнятливість речовини. З урахуванням (3) можна записати B   0  1  X  H , де  - відносна магнітна проникність речовини. Внутрішню стінку термоядерного реактора будуємо з вольфраму з домішками кристалів кобальту. Для підвищення відносної магнітної проникності вольфраму (   176 ) і підвищення температури Кюрі, яка в кобальту становить Тk=1394 К, Тому внутрішня магнітна напруженість буде становити  0  1  H1 3 де 1 - відносна магнітна проникність сталі з кобальтом,  3 - відносна магнітна проникність шихти LiAlO2. Гранули шихти LiAlO2 нагрівається до температури 1100-1200 градусів по Цельсію і B 20 25 30 35 перекачується в теплообмінник (7), при цьому в гарячій шихті утворюється 4 He і 3 H (тритій), 2 1 який потім використовується для термоядерних реакторів. Запропонований термоядерний реактор з лазерними прискорювачами буде більш ефективним і потужнішим, ніж запропоновані вище термоядерні реактори. Реактор може бути виготовлений з відомих матеріалів за відомими технологіями. Його застосування забезпечує підвищення терміну служби і потужності. Працездатність пристрою потребує експериментальної перевірки. Джерела інформації: 1. Сивухин Д. В. Атомная и ядерная физика: Учеб. пособие для вузов. В 2-х ч. - Ч.2. Ядерная физика. - М.: Наука, 1989.-416 с. 2. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Курс физики. Т. 3. Изд.2-е. Учебник. - М.: Высшая школа, 1972-536 с. 3. Басов Н. Г., Лебо И. Г., Розанов В. Б. Физика лазерного термоядерного синтезу. М.: Издательство "Знание", 1988.-172 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Термоядерний реактор з лазерними прискорювачами, який складається з прискорювачів дейтерію і тритію, зони реакції, теплоносія - гранул шихти LiАlO2, каналу витоку гарячих гранул шихти LiАlO2, робочої зони камери реакції, покритої прошарком легкого ізотопу літію 6 Li , 3 пристрою вводу мішеней, обертаючої верхньої частини камери, пристрою вводу рідкого літію, тонкого захисного шару літію, світловодів з вікнами для вводу в камеру лазерних променів, термоядерних мікровибухів, бланкету з уранової суміші, біологічного захисту, який відрізняється тим, що в ньому використовуються лазерні прискорювачі, які розганяють дейтерій і тритій до енергії 3,2 МеВ, зовнішні електромагніти, які утримують на внутрішній стороні камери реактора теплоносій LiAlO2, фокусуючі пристрої на лазерних прискорювачах для 3 UA 72759 U стиску і керування напрямом польоту ядер дейтерію і тритію в зону реакції, а також системи керування подачі шихти в термоядерний реактор. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4