способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии
Классы МПК: | G21B1/00 Термоядерные реакторы |
Автор(ы): | Золотухин В.А. |
Патентообладатель(и): | Золотухин Владимир Антонович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-07-31 публикация патента:
20.01.1999 |
Изобретение относится к термоядерной энергетике. Способ включает генерацию сферической кавитационной полости при воздействии ультразвуком на электропроводящую жидкость, в качестве которой используется D2O + KOD. Под воздействием мощной сферически сходящейся волны происходит коллапсирование с последующим преобразованием энергии микровзрыва посредством Виллари-преобразования и МГД-генерации. Изобретение направлено на осуществление управляемой термоядерной реакции с последующей эффективной утилизацией энергии. Способ реализуется в компактном устройстве. 11 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11
Формула изобретения
Способ осуществления термоядерных реакций, включающий генерацию сферической кавитационной полости при воздействии ультразвуком на электропроводящую жидкость и коллапсирование под воздействием мощной сферически сходящейся волны с последующим преобразованием энергии микровзрыва, отличающийся тем, что в качестве электропроводящей жидкости используется D2O + KOD, а преобразование энергии микровзрыва осуществляется посредством Виллари-преобразования и МГД-генерации.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к инерционным системам управляемого термоядерного синтеза и предназначено для получения энергии. Известны экспериментальные реакторы инерционного типа (Басов Н. Г. "Состояние, перспективы и проблемы Л.Т.С. в энергетике будущего", Природа, 1978 г. , N 6). В этих реакторах термоядерный синтез происходит в небольшом характерном объеме (100 мкм), при плотности 1025 ядер реагента в 1 см3. Реакция протекает за время 10-10 с. В результате происходит микротермоядерный взрыв с энерговыделением порядка 108 Дж. Энергию микротермоядерного взрыва можно преобразовать в электрическую. В реакторах инерционного типа имеется камера, в центр которой помещается мишень. Мишень представляет собой многослойную сферу диаметром 0,5 - 1,5 см, центральная часть которой дейтерий - тритиевый (D+T) реагент. На мишень сферически симметрично подается импульс с энергией 106 Дж и мощностью 1014 Вт. В качестве драйвера энергии применяются или лучи лазера, или пучки релятивистских электронов. К лазерным системам относится экспериментальная установка "Кальмар", к электронным - "Ангара". Недостатком упомянутых установок являются сравнительно низкие энергетические параметры (недостаточные для инициирования эффективного синтеза). Установка "Дельфин-3" имеет следующие параметры:число пучков -12;
энергия - 20 кДж;
длительность импульса - 0,1 - 10 нсек. К недостаткам установки "Дельфин - 3" следует отнести малый КПД преобразования энергии в лазерное излучение, составляющий 1-3%. Установка отличается большими геометрическими размерами, требует высокой точности монтажа и сложнейшей системы управления. Не решена до конца проблема эффективной коммутации лазерных лучей на мишень. Неудовлетворительно решается проблема выполнения режима абляции из-за предварительного прогрева реагента (вторичная передача энергии с облучаемой оболочки). Существует проблема "первой стенки". Главным недостатком установки "Дельфин -3" и ее аналогов является потребность в большом количестве мишеней, которые изготовляются с очень высокой точностью (допустимые отклонения от сферичности
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125034/8776.gif)
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125034/8776.gif)
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125005/183.gif)
сферичность полости (правильная форма),
совпадающие центра полости и фокуса ударной волны,
достаточная мощность (n
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125005/183.gif)
в фокусе после схлапывания создаются термоядерные параметры: P > 1011 ати; t0 > 108. Выполняется критерий Лоусона
n
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125005/964.gif)
n - (плотность для инерционной схемы) достигает значения .......... 1025/см3
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125005/964.gif)
а) ударной взрывной волны;
б) гидростатического давления газового пузыря;
в) нейтронного излучения. Энергия ударной взрывной волны преобразуется посредством эффекта Виллари (обратной магнитострикции) в электрическую. Газовый пузырь продуктов взрыва вытесняет электропроводящую жидкость из камеры реактора. Электропроводящая жидкость радиально истекает из камеры, пересекает силовые линии магнитного поля, происходит холловский МГД - процесс генерации тока. Нейтронное излучение частью способствует образованию газового пузыря. Остальная часть нейтронного излучения нагревает электропроводящую жидкость и конструктивные элементы реактора. Избыточное тепло от конструкций и собственно в электропроводящей жидкости "сбрасывается" в холодильнике излучателя. Предлагается схема реактора (фиг.1):
1 - камера реактора;
2 - канал удаления парогазовых продуктов микровзрыва ;
3 - генератор ударной волны;
4 - акустическая линза большой скорости звука;
5 - акустическая линза малой скорости звука;
6 - кольцевой канал дискового холловского МГД - генератора;
Сечение А-А фиг.2:
7 - силовая конструкция - демпфер;
8 - электромагнитные обмотки;
9 - гидропривод подачи охлажденной электропроводящей жидкости;
10 - гидропривод отвода нагретой электропроводящей жидкости;
11 - парогазопровод отвода продуктов микровзрыва на холодильник - конденсатор;
12 - канавки для создания вращательного момента подаваемой в камеру электропроводящей жидкости. Для достижения сферичности подающейся в камеру волны необходимы акустические линзы. Принцип действия акустической линзы основан на разной скорости звука в различных твердых материалах. В результате применения акустических линз фронт волны на выходе в жидкость имеет форму полусферы. Для создания геометрии полной сферы следует применить систему из двух излучателей, направленных навстречу друг другу, синхронизированных по времени с допустимыми отклонениями ~ 10-6 сек. Система из двух излучателей УЗВ и двух генераторов ударной волны оптимальна. Излучающая внутренняя поверхность камеры не обладает правильной сферичностью, а представляет собой линзовидную конфигурацию. Сферичность волны достигается избыточностью фокусировки по отношению к кривизне поверхности излучения. См. фиг. 3. Излучатель ультразвуковой волны основан на магнитострикционном эффекте. Магнитострикционный излучатель наиболее надежен в экстремальных условиях термоядерного реактора. Длина стержня сердечника магнитострикционного излучателя l =
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125031/955.gif)
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125031/955.gif)
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125040/916.gif)
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125038/8594.gif)
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125040/916.gif)
L0 - длина стержня первоначальная;
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125040/916.gif)
L - длина стержня в магнитном поле;
K - относительное удлинение стержня. Максимальное значение этот эффект принимает у ферромагнитных материалов, включающих некоторые лантаноиды (гигантская магнитострикция).
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125040/916.gif)
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125031/955.gif)
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125034/8776.gif)
3 - генератор ударной волны;
4;5 - акустические линзы;
13 - излучатель ультразвуковых волн. Формирование ударной волны выглядит следующим образом. Излучатель ультразвуковых волн подает в камеру реактора ультразвук для формирования кавитационной полости. Мощность ультразвуковых волн подобрана таким образом, чтобы в центре камеры, в фокусе ультразвукового излучения, сформировалась единичная каверна (полость). Ультразвук пересекает генератор ударных волн, в котором в долгопериодном режиме (t= 0,1 сек.) происходит перемагничивание. Hполя растет до Hmax и затем через Одо - Hmax. Процесс описывается петлей гистерезиса. В момент, когда внешнее поле соленоида (Н) приобретает отрицательное значение (-Н), в сердечнике некоторое время остается положительная намагниченность (+М). Это состояние неустойчиво и под воздействием достаточно мощного внешнего импульса (выше порогового значения) переходит в равновесие с внешним полем. В данном случае внешним импульсом будет ультразвуковой одиночный импульс (солитон). Ультразвуковой излучатель работает в двух режимах. Первый режим - создание относительно слабого ультразвука для формирования каверны (полости). Второй режим - повышенной мощности импульс для воздействия на сердечник генератора ударных волн. Импульс создает волну, которая, проходя через генератор ударной волны, многократно усиливается, затем достигает акустических линз и фокусируется на кавитационной полости. При этом длина волны остается малой (
![способ осуществления инерционного термоядерного синтеза и преобразования полученной энергии, патент № 2125303](/images/patents/346/2125034/8776.gif)
положительный - на демпферах (14);
отрицательный - на газовыпускном канале (15) (канал удаления парогазовых продуктов микровзрыва). См. фиг. 5. Проблема удаления парогазовых продуктов микровзрыва решается применением каналов удаления парогазовых продуктов микровзрыва (2). См. фиг. 1. Канал представляет собой круглую в сечении трубку, помещенную коаксиально по центральной оси реактора. Приемный конец канала расположен наиболее близко к центру камеры реактора. Газовый пузырь, увеличиваясь в размерах, в первую очередь коснется приемных концов каналов. Канал удаления парогазовых продуктов микровзрыва работает как вентиль, относительно свободно пропускающий газ, но задерживающий жидкость. См. фиг.6. Движение от А к Б:
16 - пороги гидросопротивления;
19 - контур парогаза. Поступление жидкости в канал удаления продуктов микровзрыва ограничивается количеством, необходимым для охлаждения канала, нагретого после прохождения порции парогазовых продуктов. В момент выхода парогаза из камеры реактора освободившийся объем займет электропроводящая жидкость (D2 O+KOD). В отличие от динамического потока под давлением парогазового пузыря, когда скорость движения жидкости максимальна, в момент поступления ее в камеру реактора скорость на порядок меньше и на направление движения жидкости окажут влияние направляющие канавки. См. фиг. 7, где показано:
12 - направляющие канавки;
23 - газовый пузырь. В результате появляется вращающий момент и поступающая в камеру реактора жидкость закручивается вокруг продольной оси реактора. В процессе работы реактора тепло аккумулируется теплоносителем (электропроводящая жидкость). В результате теплоноситель находится в двух агрегатных состояниях. В устройстве предусматривается сброс тепла в радиаторах, теплоноситель приводится в единое жидкое агрегатное состояние и вновь поступает в камеру реактора. Цикл показан на фиг. 8, где
1 - камера реактора;
17 - контур охлажденной электропроводящей жидкости;
18 - контур нагретой электропроводящей жидкости;
19 - контур парогаза;
20 - сепаратор;
21 - клапан выпуска газа (дивертор);
22 - насос. В цикл включена система удаления шлаков 2He4; 2He3 (2He3 - хороший термоядерный реагент, но плохо растворим в воде). Батареи радиаторов следует выполнить в виде труб звездообразного сечения. См. фиг.9 - 11. Это позволяет смягчить динамические нагрузки и избежать последствий гидравлических ударов. Радиаторы многосекционные и автоматически перекрывающиеся посекционно при разгерметизации. Для этого на входе и выходе каждой секции расположен клапан. Радиаторы реактора в процессе эксплуатации погружены в жидкую среду. Эффективность предлагаемого способа автором численно не определена. Внедрение устройства, отличающегося компактностью, высоким КПД преобразования энергии, большим ресурсом эксплуатации (отсутствует проблема "первой стенки"), стабильностью эксплуатационного режима, позволит перейти к практической реализации проблемы управляемого термоядерного синтеза. Способ реализуем на Земле и в космосе. Способ может стать базовым по перевооружению энергетики и наращиванию ее мощности без существенного негативного экологического воздействия. Перспективное применение данного способа - энергетический орган кибернетической реплицирующей субстанции на множестве унифицированных модулей.
Класс G21B1/00 Термоядерные реакторы