Термоядерний анігіляційний реактор

Реферат: UA 71581 U UA 71581 U 5 Запропонована корисна модель належить до термоядерних анігіляційних реакторів, які переробляють енергію взаємодії антиводню 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 2 D 3 e  n  3,27e 1 1 2 , (1) 2D 2 D 3   p  4,03e 1 1 1 , (2) 2D 3   n  17,5e 1 1 ,. (3) 10 15 20 25 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 та, що намічена 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 часток, 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 частки почнуть просуватись по пульсуючій або бігаючій синусоїдах, які просуваються одна назустріч другій, що підвищує вірогідність зустрічі часток і виникнення 6 Li 30 35 40 45 реакції їх синтезу. Робоча зона камери реакції покрита прошарком легкого ізотопу літію 3 . Використовуються для реакції дейтерій і тритій. Відомий також лазерний термоядерний реактор "Каскад" США [6], який складається з пристрою вводу мішеней, з лазерних (іонних) пучків, пристрою вводу гранул (ВеО і LiAlO2), обертаючої камери реактора, пилового бланкета і термоядерного мікровибуху. Для покращення характеристик реактора і збільшення потужності термоядерного реактора і виходу кількості теплової енергії можна застосувати антиречовину. Що може збільшити вихід енергії в 100-1000 раз. В основу корисної моделі поставлено задачу збільшити кількість енергії за рахунок застосування антиводню. Поставлена задача вирішується наступним чином. Анігіляційний реактор складається з лазерних прискорювачів часток, камери реакцій, яка має сферичну форму, а також шихти LiAlO2, з внутрішньої вольфрамової стінки і зовнішньої стальної з включенням кристалів кобальту. Між внутрішньою і зовнішньою стінками корпусу циркулює теплоносій Li (літій). Пристрій пояснюється кресленням. За найближчий аналог прийнято термоядерний реактор згідно з деклараційним патентом на винахід (патент UA 53063 А7 G21B1/100) від 15. 01. 2003 року) і лазерний термоядерний реактор "Каскад" США [6]. Відома анігіляційна реакція [3] p  d  ¿  n , (4) Амплітуда цієї взаємодії визначається формулою 0    dps   Gu , (5) 50 1 UA 71581 U Тут   ps  - хвильова функція дейтрона; ps - імпульс нейтрона-спектратора; G(u) - амплітуда ¿ анігіляції p  p   при енергії u, тобто формфактор. Величина u: u 2 2 k  ps 2  ps  d    ps  d 4m m m (6) , 5 2 відповідно u  q  2  m , тобто повна енергія системи е (k - імпульс налітаючого протона)  10 15 20 25 30 35 40 45 50 k  ps 2 4m +¿ -¿ е за мінусом двох нуклонних мас (7) ,  - кінетична енергія в системі центра мас вільних p і p ,  d - енергія зв'язку дейтрона, Тоді із (4) ясно, що   0 , a G(  ) росте при наближенні до порогу p  p і при  = 0 досягає свого найбільшого значення (це відповідає u =   d ), функція G має пік при u =   d . Область значень енергії u нижче порогу p  p і доволі широка - до 10 МеВ. Пристрій пояснюється кресленням. Анігіляційний реактор складається: 1 - насос для подачі рідкого літію; 2 - лазерні прискорювачі (2 шт.), які прискорюють дейтерій; 3 - зона реакції  і d; 4 - теплоносій (рідкий літій); 5 - внутрішній теплоносій шихта LiAlO2; 6 - канал витоку рідкої нагрітої шихти LiAlO2; 7 - канал витоку рідкого нагрітого Li (літій); 8 - лазерні прискорювачі (2 шт.), які прискорюють антиводень; 9 - насос для перекачки літію; 10 - теплообміник; 11 - насос для перекачки гранул нагрітої шихти LiAlO2; 12 - вхід вторинної перегрітої пари; 13 - вхід води; 14 - вихід вторинної підігрітої пари; 15 - вихід первинної пари; 16 - зовнішній корпус з сталі і кобальту; 17 - внутрішній вольфрамовий корпус з включенням кристалів кобальту; 18 - канали подачі шихти під тиском; 19 - канал подачі дейтериду літію в зону анігіляційної реакції; 20 - електромагніти, які утримують шихту біля внутрішньої стінки реактора. Реактор працює таким чином. З лазерного прискорювача часток (2) вилітають ядра атомів дейтерію (далі часток), розігнані до енергії 3,2 МеВ і більше, а з лазерного прискорювача (8) вилітають ядра атомів антиводню, розігнані до енергії 3,2 МеВ і більше. У камері реакції 3 відбувається анігіляційна реакція p  d    n . Вихід енергії в анігіляційній камері в 100  1000 раз більший ніж в термоядерному реакторі. Частки, які не прореагували в зоні реакції (3) попадають на стінки реактора, який побудований з вольфраму з включенням кобальту і покритий шаром шихти LiAlO2 і взаємодіють з шихтою LiAlO2. При цьому на стінках реактора проходять наступні процеси. Завдяки сильній взаємодії рівні антипротоних атомів будуть зсунутими і розширеними в порівнянні з своїми незбуреними (кулоновськими) значеннями. В свою чергу, зсув і ширина рівнів антипротонного атома (як і в іншому другому адронному атомі) виражаються через парціальні амплітуди розсіювання при нульовій енергії, тобто через відповідні довжини розсіювання антипротона на ядрі. У випадку антипротонних атомів кисню виміряний рентгенівський спектр (переходи 4f-3d) дає можливість визначити зсув 3d-рівнів. Відповідно до експериментальних даних: 16 Е32=124±36 еВ для О данні [3]. 2 UA 71581 U При прискоренні в лазерних прискорювачах антиводню і дейтерію відбувається прискорення -¿ +¿ електронів e позитронів e , які в зоні анігіляції (3) взаємодіють між собою і виділяють 2-а гамма-кванти з енергією 0,5 МеВ -¿ 5 +¿ e -¿  e ¿  2   ¿ e +e При анігіляційній реакції p  d=   n , де p - антипротон, d - дейтрон,  - гамма-кванти, n - нейтрони, виділяються гамма-кванти і нейтрони. При взаємодії швидких нейтронів з бластером відбувається реакція: 1 n 7 Li 4 e 3  1 n  2,5e 0 3 2 1 0 , 10 а для повільних нейтронів 1 n 6 Li 4 e 3   4,8e 0 3 2 1 . За рахунок протонів і дейтерію підуть реакції p  6 Li  4 e  3   4e 3 2 1 2   6 Li  4 e  4 e  22,4e 1 3 2 2 . 15 20 При взаємодії гамма-квантів з атомами алюмінію, які знаходяться в шихті, утворюються пари електрон-позитрон з перерізом 0,05 барн при енергії гамма-кванта, більшій від 8 МеВ. Ці пари анігілюють і збільшують потужність реактора. Для підтримки термоядерної реакції в анігіляційну зону реактора подається дейтерид літію 6 2 через канал (19). Дейтерид літію 3Li 1D взаємодіє з нейтронами і розпадається на дейтерій і тритій n 6 Li2D 2 D 3   4 e  Q 3 1 1 1 2 . Дейтерій і тритій при високому стиску і високій температурі вступають в реакцію синтезу в анігіляційній зоні (3) 2 D  3   4 e  n  17,6e, 1 1 2 2 D  6 Li  2 4 e  22,3e, 1 3 2 2 D  2 D  4 e  n  3,25e 1 1 2 2 D  2 D 3   p  4,0e 1 1 1 . Через канали [18] подається шихта LiAlO2 під тиском для того, щоб під дією магнітного поля 25 30 (під дією магнітної сили F  q      ) рівномірно покрити анігіляційний реактор шихтою. Шихта LiAlO2 утримується на внутрішніх стінках реактора за допомогою сильного магнітного поля. Зовнішня стінка реактора будується з сталі з домішками кобальту для кращої магнітної проникності. Магнітна проникність сталі з домішками кобальту складає більше  > 4000. З підвищенням температури Τ при заданому зовнішньому магнітному полі збільшується дезорієнтація частинок і магнітна сприятливість речовини зменшується. І тому для температурної залежності  n вираховування цієї взаємодії приводить до закону Кюрі-Вейса n  C   0 , де С - стала Кюрі, Т0 - характерна температура для кожної речовини. Температура Кюрі для 35 7 заліза - 1042 K, кобальту - 1394 Κ, 0  4    10 Гн/м (генрі на метр) - магнітна стала. На мікрочастинки LiAlO2 діє магнітне поле:   F  q     . Раніше було встановлено, що на елемент провідника зі струмом у магнітному полі діє сила Лоренца     d F  I  de   , або d F  j    dV , (8) 40 3 UA 71581 U Струм в мікрочастинці виникає за рахунок самоіндукції. Φs=L·Ι - індуктивність контура,     2  S  L 0  0    n2  V, n  e e - кількість витків на одиниці довжини, V=S  l - об'єм де соленоїда. В мікрочастинці виникає електрорушійна сила самоіндукції 5 ші    I  L  , t t де μ - магнітна сприйнятність 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 (1), одержимо 10 dF=e  n    dV - сила Лоренца. J   , і (9) Як показують досліди, для багатьох ізотропних магнетиків (парамагнетиків) залежність  в слабких зовнішніх магнітних полях має магнітний характер 15 j j від (10)  де - безрозмірний коефіцієнт, який характеризує здатність речовини намагнічуватись у зовнішньому магнітному полі, його називають магнітна сприйнятність речовини. З урахуванням (10) можна записати   0  1    , 20 25 де μ - відносна магнітна проникність речовини. Внутрішню стінку анігіляційного реактора будуємо з вольфраму з домішками кристалів кобальту. Для підвищення відносної магнітної проникності вольфраму (μ =176) і підвищення температури Кюрі, яка в кобальту становить Τк = 1394 K. Тому внутрішня магнітна напруженість буде становити      0 1 1 4 , де μ1 - відносна магнітна проникність сталі з кобальтом, μ4 - відносна магнітна проникність шихти LiAlO2. Шихта LiAlO2 плавиться при температурі 1100-1200 градусів по Цельсію і стікає в 4 He 30 35 40 45 3H теплообмінник (10), при цьому в рідкій шихті утворюється 2 і 1 (тритій), який потім використовується для термоядерних реакторів. Запропонований термоядерний анігіляційний реактор буде в 100-1000 раз [5] потужніший, 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.-4.2. Ядерная физика. - Μ.: Наука, 1989. - 416 с. 2. Яворский Б.Μ., Детлаф А.А. Курс физики. Т. 3. Изд. 2-е. Учебник. - М.: Высшая школа, 1972, 536 с. 3. Далькаров О.Д., Карманов В.А. Взаимодействие антипротонов низких энергий с ядрами // ЭЧАЯ, 1987, т. 18, выпуск 6, С. 1399-1439; 4. Poth Η., Backenstoss G., Bergstrom Т. e.a. // Nucl. Phys…A. 1978, Vol. 294, P. 435-449. 5. Грэхем Коллинз Получение холодного антивещества //В мире науки, 2005, № 9. 6. Басов Н.Г., Лебо И.Г., Розанов В.Б. Физика лазерного термоядерного синтеза. - М.: Знание, 1988, 172 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Термоядерний анігіляційний реактор, який складається з насоса для подачі рідкого літію, прискорювачів дейтерію і тритію, зони реакції, теплоносія (рідкого літію), внутрішнього 4 UA 71581 U 5 теплоносія шихти LiAlO2, каналу витоку рідкого літію, електромагнітів змінного струму з пульсуючим або бігаючим електромагнітним полем, це призводить до того, що частки почнуть просуватись по пульсуючій або бігаючій синусоїдах, які просуваються одне назустріч другій, що підвищує вірогідність зустрічі часток і виникнення реакції їх синтезу, робоча зона камери реакції 6 покрита прошарком легкого ізотопу літію 3 Li , який відрізняється тим, що в ньому 10 використовуються для термоядерної реакції антиводень і дейтерій, лазерними прискорювачами прискоренні до енергії 3,2 МеВ, зовнішні електромагніти, які утримують на внутрішній стороні теплоносій шихту LiAlO2, фокусуючі пристрої на лазерних прискорювачах для стиску і керування напрямом польоту часток Ρ (антипротонів) і d (дейтерію) в анігіляційному реакторі, а також системи керування подачі шихти в термоядерний анігіляційний реактор. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 5