Пристрій для перетворення енергії швидкої ланцюгової ядерної реакції у корисні види енергії за о.о.нахабою

Пристрій для перетворення енергії швидкої ланцюгової ядерної реакції у корисні види енергії, що містить електромагнітний плазмовий контейнер (25) для плазми, у якому ініціюється швидка ланцюгова ядерна реакція, продукти якої у вигляді плазмового згустка сферичної форми утримуються у центрі реакторного відсіку, який відрізняється тим, що камера (1) плазмового контейнера (25) складається із великої кількості (наприклад 350) конічних обмоток (4) та (5), у які у центральні ка C2 2 (19) 1 3 87050 4 2, 3]. Третім найбільш близьким аналогом запроцюгова ядерна реакція, продукти якої у вигляді понованого пристрою є пристрій для утримання плазмового згустку сферичної форми утримуються високотемпературної плазми у згустку сферичної у центрі реакторного відсіку, при цьому камера 1 форми та її керованої емісії у строго детерміновапершого плазмового контейнера складається із ному напрямі, [патент України на корисну модель великої кількості (350 у даному патенті) конічних №17149 від 15.09.2006 (заявка №2006 02858)]. обмоток 4 та 5 у котрих замість сердечників у Недоліком першого аналогу є занадто низька центральні канали 10 введені 350 джерел випрокомпактність пристрою та великі втрати енергії при мінення 15 (у даному патенті 350 стрижнів із суміроботі парової турбіни, неповне використання ші урану-235 та урану-238), одночасно опромінюядерного палива, та велика кількість радіоактивючих центральний плазмовий згусток урану-235 них відходів. потоками повільних нейтронів, уповільнених граНедоліком другого аналогу є низька щільність фітовими стрижнями 14, які знаходяться у центраствореної ним плазми, та її недостатня стабільльних каналах обмоток 4 та 5 між урановими ність, що не дозволяє довгочасно утримувати вистрижнями 15 та центральним плазмовим згустком сокотемпературну плазму та ефективно її викори9, центральні канали обмоток 6 даного плазмового стовувати. Другим недоліком є занадто великі контейнера 25 з'єднанні із центральними каналами розміри обмоток токамаку для відносно невеликообмоток 4 двох сусідніх плазмових контейнерів 26 го магнітного потоку, створеного ними, що не довеликої ємності, де у кожному 0,5 грамів урану-235 зволяє створити магнітне поле достатньої щільнопри температурі біля мільйону кельвінів змішуєтьсті для довготривалого утримання щільної ся із 1 кілограмом води, що створює у великих високотемпературної плазми. У конструкції третьоплазмових контейнерах 26 по 1 кілограму іонізоваго аналога вже присутній принцип утримання сфеної води 29 при температурі у кілька тисяч кельвіричного згустку високотемпературної плазми у нів і ця охолоджена плазма поступово використонадщільному постійному магнітному полі, яке вується для отримання електроенергії [див. патент створюється надпровідними обмотками конічної України на корисну модель №22116 (заявка форми із можливістю подальшої керованої емісії №u200613325) 10.04.2007 Бюл. №4, 2007p.], плазми у строго детермінованому напрямку крізь отримання сили тяги [див. патент України на корицентральні канали обмоток, що розташовані по сну модель №23743 (заявка №u200613327) полюсах реакторної камери. Але у цьому винаході 11.06.2007 Бюл. №8, 2007p.], формування захисбули недостатньо розроблена конструкція компоного іонного екрану [див. патент України на кориснентів для ініціації швидкої ланцюгової ядерної ну модель №23394 (заявка №u200613330) реакції, та недостатньо конкретизовані алгоритми 25.05.2007 Бюл. №7, 2007p.], або для інших корисефективного утримання та використання плазмоних потреб. вого згустку при температурі у кілька мільйонів Перелік фігур креслень та інших ілюстративкельвінів. них матеріалів: В основу винаходу поставлена задача розробФіг.1 - пристрій для ініціації швидкої ланцюгоки пристрою для ініціації швидкої ланцюгової ядевої ядерної реакції у плазмовому згустку урану-235 рної реакції у малій кількості ядерного палива (у сферичної форми, вертикальний поздовжній роздесятки тисяч разів меншій за критичну масу - натин; приклад у 1 грамі урану-235 замість "класичних" 13 Фіг.2 - схема розташування окремих конічних кілограмів урану-235) та ефективного перетворенобмоток у сферичній камері 1 пристрою для переня енергії високотемпературної плазми (Т = біля 1 творення енергії швидкої ланцюгової ядерної реамільйона кельвінів) у корисні види енергії, в якому кції у корисні види енергії, вертикальний поздовжза рахунок оригінального конструктивного рішення ній розтин; забезпечується концентрація випромінювання від Фіг.3 - схема розташування окремих плазмобагатьох (близько 350) джерел у центрі реакторнових контейнерів пристрою для перетворення енерго відсіку, де знаходиться плазмовий згусток ядергії швидкої ланцюгової ядерної реакції у корисні ного палива (у даному патенті урану-235), при види енергії, вертикальний поздовжній розтин; цьому для більш ефективного (у 500 разів) опроФіг.4 - фотографія екваторіальної частини (чамінення при використанні нейтронів, використовустини що складається із 120 екваторіальних конічється технологія уповільнення нейтронів графітоних обмоток 4) камери 1 пристрою для ініціації вими стрижнями; максимальне зближення бокових швидкої ланцюгової ядерної реакції у плазмовому поверхонь обмоток 4, 5 та 6 камери 1, що створює згустку урану-235 сферичної форми; більш герметичне магнітне поле, а за рахунок Фіг.5 - фотографія камери 1 пристрою для інізменшення розмірів камери до кількох сантиметрів ціації швидкої ланцюгової ядерної реакції у плазпри збереженні високої сили струму у надпровідмовому згустку урану-235 сферичної форми, що них високоіндуктивних обмотках значно підвищувиконана з боку полярної обмотки 6; ється щільність магнітного потоку і створюються Фіг.6 - фотографія камери 1 пристрою для ініумови для ефективного тривалого утримання неціації швидкої ланцюгової ядерної реакції у плазхай і невеликої кількості (кілька мм3) ядерної пламовому згустку урану-235 сферичної форми, що зми. виконана з боку півкульних обмоток 5; Поставлена задача вирішується тим, що, згідФіг.7 - фотографія камери 1 пристрою для ініно винаходу, пристрій для перетворення енергії ціації швидкої ланцюгової ядерної реакції у плазшвидкої ланцюгової ядерної реакції у корисні види мовому згустку урану-235 сферичної форми, що енергії, що являє собою електромагнітний контейвиконана з боку отвору, що веде до реакторного нер для плазми, у якому ініціюється швидка лан 5 87050 6 відсіку камери 1 пристрою крізь центральний ка24 - уранові стрижні, заховані у контейнери нал полярної обмотки 6; для джерел випромінювання нейтронів, що зробФіг.8 - фотографія конічної мініобмотки камери лені із суміші бору та кадмію (поглиначі повільних 1 пристрою для ініціації швидкої ланцюгової ядернейтронів) (режим мінімального випромінювання ної реакції у плазмовому згустку урану-235 сферинейтронів та захисту стрижнів від нейтронного чної форми, на 1500 витків, виконана із лакероваопромінення під час протікання швидкої ланцюгоного мідного дроту 0,03мм у діаметрі; вої реакції у реакторному відсіку). Фіг.9 - фотографія камери 1 пристрою для ініНа Фіг.2 представлена схема розташування ціації швидкої ланцюгової ядерної реакції у плазокремих конічних обмоток у сферичній камері 1 мовому згустку урану-235 сферичної форми, зіпристрою для перетворення енергії швидкої ланбрана з 24 конічних мініобмоток (на 1500 витків цюгової ядерної реакції у корисні види енергії, векожна обмотка). ртикальний поздовжній розтин, де: На Фіг.1 схематично представлений пристрій 1 - камера сферична; для ініціації швидкої ланцюгової ядерної реакції у 2 - отвори; плазмовому згустку урану-235 сферичної форми, 3 - відсік реакторний; вертикальний поздовжній розтин, де: 4 - обмотка конічна екваторіальна з вузьким 1 - камера сферична; центральним каналом; 2 - отвори; 5 - обмотка конічна півкульна з вузьким 3 - відсік реакторний; центральним каналом; 4 - обмотка конічна екваторіальна з вузьким 6 - обмотка конічна полярна з широким центральним каналом; центральним каналом; 10 - канали центральні ко5 - обмотка конічна півкульна з вузьким нічних обмоток, для кріогенного охолодження та центральним каналом; для введення у них джерел випромінювання час6 - обмотка конічна полярна з широким ток та інших видів випромінювання. центральним каналом; На Фіг.3 представлена схема розташування 7 - магнітне поле високої щільності; окремих плазмових контейнерів пристрою для 8 - полюс північний магнітного поля обмоток; перетворення енергії швидкої ланцюгової ядерної 9 - ядерне пальне у згустку сферичної форми реакції у корисні види енергії, вертикальний по(згусток урану-235); здовжній розтин, де: 10 - канали для кріогенного охолодження об4 - екваторіальні обмотки плазмових контеймоток; нерів; 11 - гелій рідкий (схематично показано жовтим 5 - півкульні обмотки плазмових контейнерів; кольором); 6 - полярні обмотки плазмових контейнерів; 12 - корпус герметичний; 20 - потоки іонів ядерної плазми при темпера13 - бар'єр водяний; турі біля мільйону кельвінів (напрямок руху пока14 - стрижні, що сповільнюють потоки швидких зано червоними стрілками); часток (у даному патенті стрижні із графіту, що 25 - плазмовий контейнер для ініціації швидкої сповільнюють швидкі нейтрони до швидкості тепланцюгової ядерної реакції у плазмовому згустку лового руху - 2x103м/с); ядерного палива (урану-235); 15 - джерела потоків часток, або інших видів 26 - плазмові контейнери для змішування невипромінювання (у даному патенті стрижні із сумівеликої кількості високотемпературної плазми (при ші урану-235 та урану-238, що випромінюють швитемпературі біля мільйону кельвінів) із великою дкі нейтрони); кількістю баластної речовини (води) для отриман16 - контейнери для джерел випромінювання ня великої кількості плазми при температурі 3000нейтронів, що зроблені із суміші бору та кадмію 6000К; поглиначі повільних нейтронів; 27 - канали, що з'єднують реакторні відсіки 17 - захисні затвори, що також зроблені із суплазмових контейнерів; міші бору та кадмію - поглиначі повільних нейтро28 - плазмовий згусток із 1г урану-235 при тенів; мпературі біля мільйону кельвінів (К); 18 - напрямки руху швидких нейтронів (пока29 - плазмові згустки із 1кг води при темперазано червоними стрілками із пунктиром); турі у кілька тисяч К; 19 - напрямки руху повільних нейтронів (пока30 - потоки іонів охолодженої плазми при темзано зеленими стрілками із пунктиром); пературі у кілька тисяч кельвінів (напрямок руху 20 - плазма при температурі біля мільйону кепоказано фіолетовими стрілками). львінів, що виділяється із реакторного відсіку крізь На Фіг.4, Фіг.5, Фіг.6, Фіг.7, Фіг.8, та Фіг.9 предцентральні канали полярних обмоток 6 камери 1; ставлені фотографії експериментальних макетів 21 - напрямок руху високотемпературної плапристрою для ініціації швидкої ланцюгової ядерної зми; реакції у плазмовому згустку урану-235 сферичної 22 - уранові стрижні, введені у центральні каформи, що виготовлені автором, та на котрих винали обмоток, у максимально відкритому стані вчалась геометрія пристрою та технологія вигото(режим максимального випромінювання нейтровлення камери 1 пристрою із окремих конічних нів); обмоток при мінімальному оснащенні та устатку23 - уранові стрижні, частково введені у ванні. центральні канали обмоток, у частково відкритому Пристрій складається із одного плазмового стані (режим часткового випромінювання нейтроконтейнера 25 для невеликої кількості плазми тенів); мпературою біля мільйону кельвінів, двох плазмо 7 87050 8 вих контейнерів 26 для великої кількості плазми Позитивно та негативно заряджені частки утримутемпературою у кілька тисяч кельвінів, та пристроються магнітним полем і формують високотемпеїв для перетворення енергії охолодженої плазми у ратурну плазму 9, нейтрони, пролітаючи крізь магкорисні види енергії. Плазмовий контейнер, у котнітне поле, затримуються водяним бар'єром 13, рому ініціюється швидка ланцюгова ядерна реакутворюючи при цьому молекули важкої води, а ція складається із камери 1 сферичної форми з інші високошвидкісні частки без заряду частково отворами 2, реакторного відсіку 3, надпровідних затримуються корпусом 12, а решта вилітає за електромагнітних екваторіальних обмоток конічної межі пристрою. Для захисту стрижнів 15 від нейтформи без сердечників з вузьким центральним ронного випромінювання під час протікання швидканалом 4 (розташованих по екватору камери 1), кої ядерної реакції, вони або вводяться у захисні півкульних обмоток конічної форми без сердечниконтейнери 16, що зроблені із матеріалів поглинаків з вузьким центральним каналом 5 (з котрих ючих нейтрони, або повністю видаляються із прискладаються півкулі камери 1) та двох полярних строю та знаходяться на безпечній відстані від обмоток конічної форми без сердечників із широреакторного відсіку 3. Далі, зменшуючи силу струким центральним каналом 6 (розташованих по му одночасно тільки у екваторіальних обмотках 4, полюсах камери 1), в усіх цих обмотках створющо перпендикулярні полярним обмоткам з широється постійне магнітне поле високої щільності 7 ким центральним каналом 6, починається емісія (північні полюси 8 котрого направлені у центр реависокотемпературної плазми крізь центральні какторного відсіку, де утримується високотемператунали двох полярних обмоток 6 до двох сусідніх рна плазма 9), каналів 10 для кріогенного охолоувімкнених плазмових контейнерів крізь центральдження обмоток рідким гелієм 11, та герметичного ні канали їх обмоток 4, де у кожен 1г ядерної плакорпусу 12 із водяним бар'єром 13. У центральні зми при температурі біля мільйону кельвінів зміканали усіх обмоток (окрім полярних) вводять шується із 1кг баластної речовини (у даному джерела потоків часток, або інших видів випроміпатенті 1кг води), що призводе до створення у венювання (у даному патенті стрижні 15 із суміші ликих плазмових контейнерах по 1 кілограму іоніурану-235 та урану-238, що випромінюють швидкі зованої води при температурі у кілька тисяч кельнейтрони, котрі уповільнюються графітовими вінів і ця охолоджена плазма поступово стрижнями 14, що сповільнюють швидкі нейтрони використовується для отримання електроенергії до швидкості теплового руху - 2x103м/с). Для захи[див. патент України на корисну модель №22116 сту уранових стрижнів 15 від нейтронного випро(заявка №u200613325) 10.04.2007 Бюл. №4, мінювання, під час протікання швидкої ланцюгової 2007p.], отримання сили тяги [див. патент України ядерної реакції, використовують контейнери 16 на корисну модель №23743 (заявка №u200613327) для джерел випромінювання нейтронів та захисні 11.06.2007 Бюл. №8, 2007p.], формування захисзатвори 17, що зроблені із суміші бору та кадмію ного іонного екрану [див. патент України на кориспоглиначі повільних нейтронів. ну модель №23394 (заявка №u200613330) Пристрій реалізується наступним чином. Усі 25.05.2007 Бюл. №7, 2007p.], або для інших корисобмотки 4, 5 та 6 підключають до джерела постійних нужд. Після повної евакуації високотемпераного струму таким чином, що північні полюси ствотурної плазми із реакторного відсіку центрального реного у обмотках магнітного поля направлені до плазмового контейнера, його обмотки вимикають. центру реакторного відсіку, а південні полюси Пристрій функціонує наступним чином - ствонаправлені назовні. У центр реакторного відсіку 3 рюється герметичне надщільне постійне магнітне вводиться ядерне паливо (у даному патенті електполе у котрому за допомогою дугового розряду род із урану-235, крізь котрий пропускають велиіонізується 1г урану-235 та у центрі реакторного кий струм, що призводе до формування електричвідсіку 3 створюється плазмовий згусток урану-235 ної дуги та формування у центрі реакторного при температурі у кілька тисяч кельвінів, котрий відсіку плазмової хмари, що складається із іонів там утримується під дією сили Лоренца. Далі у урану-235 при температурі у кілька тисяч кельвінів, центральні канали обмоток 4 та 5 пристрою (а їх та утримується у надщільному постійному магнітбіля 350) вводять джерела для випромінювання (у ному полі у згустку сферичної форми. Коли 1г ураданому патенті стрижні із суміші урану-235 та урану-235 із введеного стрижня іонізується та перехону-238 що випромінюють швидкі нейтрони одночадить у стан плазмової хмарки, урановий стрижень сно із 350 стрижнів), далі ці нейтрони уповільнювидаляють із реакторного відсіку. Далі силу струму ються графітовими стрижнями до швидкості у електромагнітних обмотках 4, 5 та 6 .збільшують, теплового руху - 2x103м/с, та бомбардують та у центральні канали обмоток 4 та 5 вводять центральний плазмовий згусток урану-235 із більджерела випромінювання 15 (у даному патенті шою ефективністю. Відомо, що ядра урану-235 стрижні із суміші урану-235 та урану-238, що випоглинають повільні нейтрони у 500 разів більше, промінюють швидкі нейтрони), далі швидкі нейтніж швидкі нейтрони, таким чином використовуючи рони проходячи крізь графітові стрижні 14 уповіль350 потоків уповільнених нейтронів одночасно, ми нюються до швидкості теплового руху - 2x103м/с, збільшуємо ефективність бомбардування ядер бомбардують плазмовий згусток урану-235, та центрального плазмового згустку урану у ініціюють у центрі реакторного відсіку 3 швидку 350x500=175000 разів, та у стільки же разів зменланцюгову ядерну реакцію ділення ядер уранушуємо критичну масу для початку при таких умо235, що розігріває плазмовий згусток 9 до темпевах швидкої ланцюгової реакції ділення ядер ураратури біля мільйону кельвінів. У ході цієї реакції ну-235. Таким чином, при таких умовах класична утворюються позитивно заряджені частки, негатидля урану-235 критична маса у 13кг зменшується у вно заряджені частки, нейтрони та гама-кванти. 175000 разів і становить 0,0742г, що дозволяє без 9 87050 10 труднощів ініціювати швидку ланцюгову ядерну можна змінювати температуру охолодженої плазреакцію у згустку урану-235 масою 1г, що розігріми у діапазоні 6000-1000000 кельвінів, що має ває плазмовий згусток 9 до температури біля мізначення при використанні даного пристрою для льйону кельвінів. У ході цієї реакції утворюються отримання сили тяги у плазмовому двигуні - для позитивно заряджені частки, негативно заряджені регулювання максимальної швидкості до котрої частки, нейтрони та гама-кванти. Позитивно та такий двигун може розігнати транспортний засіб. В негативно заряджені частки утримуються магнітпорівнянні з прототипом, запропонований пристрій ним полем і формують високотемпературну плазмає ряд переваг: му 9, нейтрони, пролітаючи крізь магнітне поле, - за рахунок створення та утримання плазми у затримуються водяним бар'єром 13, утворюючи згустку сферичної форми значно підвищується при цьому молекули важкої води, а інші високостабільність плазми, що створює умови для більш швидкісні частки без заряду частково затримуютьтривалого утримання більш щільної високотемпеся корпусом 12, а решта вилітає за межі пристрою. ратурної плазми; Але використовуючи електромагнітне поле, легше - за рахунок екваторіальних конічних обмоток утримувати 2кг плазми при температурі у кілька 4 із змінюваною силою струму є можливість регутисяч кельвінів, ніж 1г плазми при температурі біля льованої емісії плазми у строго детермінованому мільйону кельвінів. Тому далі зменшуючи силу напрямі крізь центральні канали полярних обмоток струму одночасно тільки у екваторіальних обмот6; ках 4, що перпендикулярні полярним обмоткам з - за рахунок зменшення розмірів пристрою широким центральним каналом 6, починається значно зменшується кількість енергії, необхідної емісія високотемпературної плазми крізь центрадля утримання високотемпературної плазми; льні канали двох полярних обмоток 6 до двох сусі- за рахунок зменшення розмірів-збільшення дніх увімкнених плазмових контейнерів крізь портативності пристрою; центральні канали їх обмоток 4, де у кожному 1г - за рахунок зменшення розмірів пристрою ядерної плазми при температурі біля мільйону значно (у мільйони разів у порівнянні із прототикельвінів змішується із 1кг баластної речовини (у пом) зменшуються економічні витрати на створенданому патенті 1кг води), що призводе до ствоня таких систем; рення у великих плазмових контейнерах по 1 кіло- за рахунок одночасного опромінення центраграму іонізованої води при температурі у кілька льного плазмового згустку 350 потоками уповільтисяч кельвінів і ця охолоджена плазма утримунених нейтронів у 175000 разів зменшується криється у плазмових контейнерах під дією сили Лотична маса для початку швидкої ланцюгової ренца, та поступово використовується для отриядерної реакції, що дозволяє значно зменшити мання електроенергії [див. патент України на обсяг ядерної плазми, що одночасно утримується корисну модель №22116 (заявка №u200613325) у реакторному відсіку, що у разі аварійного вибуху 10.04.2007 Бюл. №4, 2007p.], отримання сили тяги представляє меншу загрозу для навколишнього [див. патент України на корисну модель №23743 середовища і підвищує безпечність цього при(заявка №u200613327) 11.06.2007 Бюл. №8, строю; 2007p.], формування захисного іонного екрану - за рахунок використання технології охоло[див. патент України на корисну модель №23394 дження ядерної плазми баластною речовиною, (заявка №u200613330) 25.05.2007 Бюл. №7, значно легше утримати таку плазму, при викорис2007р.], або для інших корисних нужд. Після потанні електромагнітних плазмових контейнерів (бо вної евакуації високотемпературної плазми із реасумарний заряд збільшується, а кінетична енергія кторного відсіку центрального плазмового контейкожної частки зменшується); нера 25, його обмотки вимикають для економії - за рахунок використання технології охолоелектроенергії. Таким чином у даному пристрої дження ядерної плазми баластною речовиною, кінетична енергія часток іонізованого ядерного зникає необхідність використання класичних теппалива, збільшена у ході ядерної реакції у тисячі лоносіїв та парових турбін, що підвищує КПД такоразів, використовується для іонізації баластної го пристрою, тобто більша частина кінетичної енеречовини (води), що при невеликій кількості ядерргії часток, прискорених при ядерній реакції ного палива створює велику кількість охолодженої використовується одразу для іонізації баластної плазми, котра використовується для отримання речовини, та далі для отримання корисних видів електроенергії (при використанні МГДенергії; генераторів), отримання сили тяги (при викорис- універсальність даного пристрою, тобто датанні плазмового двигуна), отримання захисного ний пристрій у майбутньому стане основою для плазмового екрану, та для інших корисних потеб. створення альтернативних енергетичних устаноПри цьому, змінюючи співвідношення кількості вок, альтернативних двигунів, та високоефективядерної плазми та кількості баластної речовини, них плазмових захисних екранів. 11 87050 12 13 87050 14 15 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 87050 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601