RU2152081C1 - Magnetic thermonuclear reactor - Google Patents

Magnetic thermonuclear reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2152081C1
RU2152081C1 RU96108171A RU96108171A RU2152081C1 RU 2152081 C1 RU2152081 C1 RU 2152081C1 RU 96108171 A RU96108171 A RU 96108171A RU 96108171 A RU96108171 A RU 96108171A RU 2152081 C1 RU2152081 C1 RU 2152081C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
plasma
coil
reactor
magnetic
Prior art date
Application number
RU96108171A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96108171A (en
Inventor
А.А. Леонтьев
Original Assignee
Леонтьев Алексей Алексеевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Леонтьев Алексей Алексеевич filed Critical Леонтьев Алексей Алексеевич
Priority to RU96108171A priority Critical patent/RU2152081C1/en
Publication of RU96108171A publication Critical patent/RU96108171A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2152081C1 publication Critical patent/RU2152081C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Fusion reactors
    • Y02E30/12Magnetic plasma confinement [MPC]
    • Y02E30/122Tokamaks

Abstract

FIELD: applied physics; tokamaks. SUBSTANCE: reactor longitudinal spiral-shaped winding whose turns are placed on chamber surface in tangential manner over entire length is connected to output terminals of secondary coil of DC-to- constant-ripple-current induction converter. Leads of converter primary coil whose turn number is smaller than that of secondary coil are connected to DC generator; inserted between opposing ends of cores projecting from coils are variable-permeance rotors assembled of transformer iron strips and mounted on common shaft which is rotating in bearings and kinematically coupled, for example, with electromechanical drive for varying its speed; ends of coil cores and shaft bearings are secured in converter stator. New shape of winding makes it possible to organize space-saving toroidal vacuum chamber without through central bore. EFFECT: provision for holding plasma by magnetic field in heat insulation. 2 cl, 8 dwg

Description

Магнитный термоядерный реактор относится к области прикладной физики, а именно к конструкции термоядерного реактора типа токамак, в частности к его обмотке и электропитанию для удержания плазмы полем в теплоизоляции. Magnetic fusion reactor relates to the field of applied physics, namely to the design of a tokamak type nuclear fusion reactor, in particular to its winding and the power supply for plasma confinement in the field of thermal insulation.

Известны конструкции магнитных термоядерных реакторов /см. Known designs of magnetic fusion reactors / cm. Лукьянов С.Ю. Lukyanov S.Yu. "Горячая плазма и управляемый ядерный синтез". "The hot plasma and controlled fusion." М.: Наука, - 1976 г., стр. 280, 292, рис. M .: Science, -. 1976, pp 280, 292, Fig. 31.1/, содержащие тороидальной формы вакуумную камеру, наполненную ядерным топливом, например дейтериево-тритиевой смесью, медный кожух, соленоидную обмотку и железный сердечник трансформатора, проходящий через центральное сквозное отверстие камеры. 31.1 / containing toroidal form a vacuum chamber filled with nuclear fuel, such as deuterium-tritium mixture, copper casing solenoidal winding and the iron core of the transformer, passing through the central through-hole camera.

Важнейшим принципиальным недостатком конструктивной схемы известного реактора токамак с замкнутой магнитной ловушкой в тороидальной камере является невозможность физического образования внутри его камеры потока носителей электрических зарядов в виде плазменного витка, удерживаемого на осевой окружности в теплоизоляции, т.е. The major disadvantage principle constructive scheme known tokamak reactor with a closed magnetic trap in the toroidal chamber is a physical impossibility of its formation inside the chamber a flow of electric charge carriers in the form of a plasma loop retained on the axial circumference in the insulation, i.e. невозможность отделения плазмы вакуумным пространством от стенки камеры. the impossibility of separating the plasma space from the vacuum chamber wall.

Сущность технической идеи, заложенной в устройство реактора токамак, состоит в "навивании" ларморовских токов частиц плазмы, хаотически движущихся по камере с тепловыми скоростями, винтовыми траекториями на продольные силовые линии магнитного поля. The essence of the technical ideas of the Tokamak reactor apparatus is in the "winding" Larmor currents plasma particles by randomly moving chamber with thermal velocities, helical trajectories on the longitudinal magnetic field lines.

Частицы плазмы хаотически движутся по всему объему камеры и вблизи стенки, и отражаясь от нее, и нет такого физического фактора, который мог бы воспрепятствовать "навиванию" ларморовских токов на продольные силовые линии магнитного поля, проходящие не только в средней части камеры, но и проходящие в непосредственной близости у ее стенки. The plasma particles randomly move across the chamber volume and near the wall, and being reflected from it, and there is no physical factor which would prevent "winding" Larmor currents on the longitudinal magnetic field lines extending not only in the center of the camera, but pass in close proximity to her wall.

Таким образом, полностью весь объем камеры реактора токамак неизбежно заполнен винтовыми траекториями ларморовских токов, и если смотреть на них вдоль продольных линий магнитного поля, то они будут представляться окружностями, по которым в одном направлении вращаются точечные заряды плазмы, но направления токов в местах расположения соседствующих между собой таких окружностей всегда будут встречными, а поэтому окружности ларморовских токов отталкиваются друг от друга, создавая благоприятные условия развитию неустойчивости типа "язы Thus, totally the entire volume of a tokamak reactor chamber inevitably filled helical trajectories Larmor currents and, when viewed along the longitudinal lines of the magnetic field, they will be represented by the circles on which the rotating point of the plasma charge in a single direction, but the directions of the currents in the locations adjacent between these circles are always oppositely and circumferentially so Larmor currents repel each other, creating favorable conditions for the development of the instability of "Yazi " с выбросом в радиальных направлениях плазмы на стенку камеры, что экспериментально неоднократно подтверждено при испытаниях целого поколения установок токамак, показавших в сто и более раз меньшее время существования плазмы по сравнению с теоретически ожидаемым. "With the release in the radial direction of the plasma on the wall of the chamber, which has repeatedly confirmed experimentally when testing a whole generation of installations tokamak, showing a hundred times or more in less time existence of the plasma compared with the theoretically expected.

Два независимых между собой тока, вводимых в реактор токамак, из которых один питает традиционную соленоидную обмотку, а другой, индуцируемый трансформатором, разогревает ядерное топливо до плазменного состояния, образуют в камере различные по кофигурации магнитные поля, накладываемые друг на друга и осложнющие их физическую картину. Two mutually independent current input to the Tokamak reactor, one of which feeds the conventional solenoidal winding, and the other inducible transformer heats the nuclear fuel to a plasma state to form in the chamber a variety of kofiguratsii magnetic field superimposed on each other and oslozhnyuschie their physical picture .

Радиус окружностей ларморовских траекторий частиц плазмы содержит в себе техническое противоречие, заключающееся в том, что его длина прямо пропорциональна скорости частицы и обратно пропорциональна напряженности магнитного поля, а поэтому стремление к увеличению мощности обоих токов, обеспечивающих в камере токамака величину магнитного поля до 6 Тл и нагрев плазмы до пороговых термоядерных значений до 10 КэВ /см. The radius of the circles Larmor trajectories of plasma particles contains technical contradiction, consisting in the fact that its length is directly proportional to particle velocity and inversely proportional to the magnetic field intensity, and therefore desire to increase both the current power, providing a tokamak the magnetic field in the chamber up to 6 T and plasma heating to fusion threshold values ​​to 10 keV / cm. В.И. IN AND. Пустинович, Г.Е. Pustinovich, GE Шаталов. Shatalov. "Термоядерный реактор на основе токамак". "Thermonuclear reactor based on the tokamak." Итоги науки и техники, сер. Results of Science and Technology, Ser. физика плазмы, М.: ВИНИТИ, - 1981 г., стр. 139, 140, 169/, не в состоянии улучшить качественно физическую картину взаимодействия частиц разогретой плазмы с силовыми линиями увеличенной напряженности магнитного поля, т.к. plasma physics, M .: VINITI, -. 1981, p 139, 140, 169 /, unable to improve the picture quality physical interaction of the particles with the heated plasma enhanced field lines of the magnetic field, as при одновременном увеличении мощности импульсов обоих независимых токов радиус ларморовских окружностей остается таким же, что и до увеличения токов, но увеличенная кинетическая энергия тока ларморовских витков в итоге приводит к скоротечному интенсивному их разбрасыванию на стенку камеры с опасностью ее разрушения. while simultaneously increasing both the power pulses independent currents Larmor radius circle remains the same as before the larger currents, but the increased kinetic energy of the current Larmor turns eventually leads to transiently their intensive scattering of the chamber wall with the danger of its breaking.

Необходимо отметить, что в известных источниках информации по реакторам токамак отсутствуют научные обоснования качественной картины физической осуществимости начальной стадии превращения хаотического теплового движения ионизированных частиц плазмы в упорядоченно-направленный поток по осевой окружности камеры во время импульсов тока трансформатора и состояние плазмы в промежутках между ними, а также отсутствует научное обоснование средств осуществления необходимой конфигурации магнитного поля, способного физически удерживать It should be noted that in the known information sources on the Tokamak reactor no scientific rationale qualitative picture of physical realizability initial step of converting the random thermal motion of ionized plasma particles in an orderly-directed flow along the axial circumference of the chamber during transformer current pulses and a plasma state in the interstices between them, and also means no scientific rationale of the required magnetic field configuration capable of physically hold формированный плазменный виток длительное время в теплоизоляции на осевой окружности камеры. Shaped plasma ring for a long time in the insulation on the axial circumference of the chamber.

Далее, основным недостатком схемы токамака является его традиционного типа соленоидная обмотка, обвивающая неравномерно поверхность камеры с наложением ее витков в несколько слоев по краям центрального сквозного отверстия, создающая у внутренней стенки камеры высокий градиент напряженности магнитного поля с резким убыванием его в сторону наружней стенки. Next, the main drawback is its circuit tokamak traditional type solenoid winding entwine uneven surface chamber superimposed turns it in several layers around the edges of the central through hole, creating at the inner wall of the chamber a magnetic field with a high gradient strength abrupt decrease towards its outer wall. Размещение в отверстии камеры нескольких слоев витков обмотки и железного сердечника трансформатора требует увеличения в значительных размерах диаметра центрального сквозного отверстия и габаритов реактора. Accommodation chamber in the bore a plurality of layers of turns of the winding and an iron core transformer requires an increase in significant size diameter of the central through-hole and the reactor dimensions.

Известен также реактор типа токамак /см. Also known is the Tokamak-type reactor / cm. Физику атомного ядра и плазмы, из серии "Над чем думают физики", из-во. Nuclear physics and plasma, from the series "What are thinking of physics", because in. Наука. The science. - М., - 1974 г., стр. 138/, содержащий тороидальную вакуумную камеру, катушку азимутального магнитного поля и соленоидную катушку магнитного поля, уложенные вокруг камеры. - M, - 1974, pages 138 /, comprising a toroidal vacuum chamber, the azimuthal magnetic field coil and the solenoid coil of the magnetic field, arranged around the camera.. В этом реакторе взамен трансформатора с железным сердечником, применены катушки азимутального магнитного поля, индуцирующие в камере импульсы электрического поля для генерации и разогревания ядерного топлива, что позволяет несколько уменьшить диаметр центрального сквозного отверстия в камере реактора и за счет этого изменить форму и увеличить объем камеры, придав поперечному ее сечению удлиненную овальную форму, обращенную заостренным концом овала к центру реактора. In this reactor to replace the transformer with an iron core, applied coil azimuthal magnetic field inducing chamber pulses of electric fields for generating and reheating nuclear fuel, allowing somewhat reduced diameter of the central through hole in the reactor chamber and thereby change the shape and to increase the volume of the chamber, giving its cross-section elongated oval shape facing the pointed end of the oval to the center of the reactor.

Недостатком такого реактора является значительная неравномерность напряженности магнитного поля с убывающим ее градиентом в направлении к внешней стенке камеры, что еще в большей степени по сравнению с круглой формой поперечного сечения камеры, ухудшает условие удержания плазмы, которое подтверждено результатами его испытания. The disadvantage of this reactor is considerable unevenness of the magnetic field with a decreasing its gradient towards the outer wall of the chamber, that an even greater degree compared with the round cross sectional shape of the chamber, the plasma confinement condition worsens, which is confirmed by the results of its testing.

Использование в конструкции токамаков некруглых в поперечном сечении камер, таких как: эллиптическое, Д-образное, дублет, увеличивающие их объем, не оправдали себя при испытаниях, показавших очень малое время существования плазмы. Use in tokamak designs noncircular in cross-section chambers, such as elliptical, D-shaped, doublet, increasing their volume, not proven themselves in the tests, which showed a very short time existence of plasma.

Таким образом, традиционная соленоидная обработка реактора токамак, создающая традиционную конфигурацию магнитного поля в камере с силовыми линиями, расположенными концентрично ее осевой окружности, и налагаемое на нее магнитное поле, образованное индуцированнным током трансформатора, является физическим фактором, дистабилизирующим работу токамака, который не способен обеспечить длительное существование плазмы, создавая взрывоопасные выбросы ее на стенку камеры, а следовательно, техническая идея, заложенная в конструкцию реактора Thus, conventional solenoid processing Tokamak reactor, creating a conventional configuration of the magnetic field in the chamber with power lines disposed concentrically with an axial circumference and imposed on it a magnetic field formed by the transformer indutsirovannnym current, a physical factor distabiliziruyuschim work tokamak, which is not able to provide long plasma exist, creating explosive releases it to the chamber wall, and therefore, the technical idea behind the design of the reactor токамак, не может быть осуществима. tokamak, may not be feasible.

Трудность технического решения задачи, относящейся к устройству термоядерного реактора с замкнутой магнитной ловушкой в тороидальной вакуумной камере, состоит в формировании плазменного витка по осевой окружности камеры с отделением его вакуумным пространством от стенки и надежным его удержанием в равновесии и тепловой изоляции в течение длительного времени при сохранении соответствующей кинетической энергии плазмы, достаточной для термоядерной реакции. Difficulty technical solutions of the problem relating to the apparatus fusion reactor with a closed magnetic trap in a toroidal vacuum chamber consists in shaping the plasma loop centerline circumferential chamber with its separating the vacuum space from the wall and secure its retention in equilibrium and thermal insulation over a long time while maintaining corresponding plasma kinetic energy sufficient for fusion reactions.

Сущность предложенного технического решения задачи состоит в том, что в отличии от известных решений устройств реактора типа токомак, в которых используются по крайней мере две электромагнитные обмотки с раздельным электропитанием, в предложенном реакторе используется одна обмотка, выполненная спирально-продольными параллельно уложенными по поверхности тороидальной формы камеры касательно прилегающими по всей длине между собой витками и подключенная к выходным зажимам вторичной катушки индукционного преобразователя, превращающег The essence of the proposed technical solutions of the problem lies in the fact that, unlike the known reactor device type solutions Tokomak that use at least two electromagnetic windings with separate power supply, in the proposed reactor is used one winding, made spiral longitudinal parallel stacked on the surface of the toroidal form camera regarding surrounding the entire length of interconnected coils and connected to the output terminals of the secondary coil inductive transducer prevraschayuscheg о постоянный ток источника электропитания, подключенного к первичной катушке преобразователя, в пульсирующий ток постоянного направления, при этом между противолежащими относительно друг друга концами сердечников, выступающими из катушек, расположены роторы переменной магнитопроводности, закрепленные на общей оси, вращательно установленной в подшипниках и кинематически присоединенной, например, к электромеханическому приводу с возможностью изменения ее частоты вращения. a constant current power source connected to the primary transmitter coil into a pulsating current constant direction, wherein the opposed relative to each other the ends of the cores projecting from the coils are arranged rotors variable flux, mounted on a common axle rotatably mounted in bearings and is kinematically connected, for example, an electromechanical actuator with the possibility of changing its rotational speed.

Индукционный преобразователь оформлен немагнитопроводящим статором из алюминия, в котором закреплены концы сердечников катушек и подшипники оси роторов. Induction decorated nemagnitoprovodyaschim converter stator made of aluminum, in which are fixed the ends of the reel hubs and bearings rotor axis. Конструктивная особенность обмотки со спирально-продольными витками, используемой в предложенной конструкции реактора, позволяет выполнять тороидальной формы вакуумную камеру без центрального сквозного в ней отверстия, что обеспечивает компактность, увеличение энергоемкости и повышение эффективности реактора. Quality feature winding with longitudinal spiral windings used in the proposed reactor design allows toroidal shape without a central vacuum chamber through holes in it, which ensures compactness, an increase in power consumption and increasing the efficiency of the reactor.

Через одну обмотку в предложенном реакторе протекает пульсирующий ток в одном постоянном направлении, минимальная величина которого постоянно, в течение длительного времени, обеспечивает в камере магнитную поверхность полоидальной конфигурации с убывающим от стенки камеры к ее осевой окружности градиентом напряженности, переходящим на ней в магнитную яму, в которой сформированный магнитной поверхностью плазменный виток удерживается в равновесии и тепловой изоляции, а необходимая величина тока его различных по значению и продолжите Through one coil the proposed reactor flows pulsating current in a constant direction, the minimum value of which is constant, for a long time, ensures the chamber a magnetic surface of a poloidal configuration with a decreasing of the chamber wall in an axial circumference gradient strength, passing therein into the magnetic hole, wherein the generated magnetic surface plasma ring is held in equilibrium and thermal insulation and the necessary amount of current it meaningfully different and continue ьности пульсаций обеспечивает постоянный нагрев ядерного топлива, до полной ее ионизации, высокоэнергетические частицы которой начинают вступать в термоядерные реакции, поддерживая саморазогревание плазмы. nosti pulsations provides constant heating fuel, until its complete ionization, high-energy particles which start to come into fusion reaction, maintaining the plasma self-heating.

Витки спирально-продольной обмотки и плазменный виток реактора совместно представляют собой первичную и вторичную обмотки безжелезного трансформатора, находящиеся между собой в индуктивной взаимосвязи, передавая энергию пульсаций тока постоянного направления. The turns spirally winding the longitudinal and plasma loop reactor together constitute a primary and secondary winding ironless transformer located between an inductive relationship in transferring energy constant direction of current pulsations.

Конструктивная схема предложенного магнитного термоядерного реактора изображена на чертежах: The structural diagram of the magnetic fusion reactor shown in the drawings:
фиг. FIG. 1 - вид на реактор сбоку с частичным его поперечным разрезом; 1 - a side view of the reactor with its partial cross-section;
фиг. FIG. 2 - поперечный разрез реактора по А-А на фиг. 2 - cross section through the reactor along A-A in FIG. 1 с изображением магнитных силовых линий; 1 depicting the magnetic field lines;
фиг. FIG. 3 - схема спирально-продольной обмотки реактора, ее верхней и нижней половин в развернутом на плоскости виде; 3 - scheme spirally winding longitudinal reactor, the upper and lower halves in the plane unfolded form;
фиг. FIG. 4 - изображение некоторых траекторий движения заряженных частиц плазмы в полоидальной магнитной поверхности, на продольном разрезе участка камеры; 4 - view of some movement trajectories of charged particles in the plasma poloidal magnetic surface in longitudinal section chamber portion;
фиг. FIG. 5 - поперечный разрез варианта реактора с тороидальной формой камеры без центрального в ней сквозного отверстия; 5 - cross section of an embodiment of the reactor chamber with a toroidal shape without a central through-hole therein;
фиг. FIG. 6 - график кривой зависимости значений пульсаций тока, питающего обмотку реактора, от времени их протекания; 6 - the graph curve of values ​​of current pulsations supplying the reactor coil on the time of their occurrence;
фиг. FIG. 7 - конструктивная схема индуцированного преобразователя, питающего обмотку реактора, пульсирующим током постоянного направления, вид сбоку; 7 - induced structural diagram of converter feed reactor winding pulsating current constant direction, side view;
фиг. FIG. 8 - вид на преобразователь со стороны его торца, по стр. "Б" на фиг. 8 - view of the transducer from its end face, on page "B" in FIG.. 7. 7.

Магнитный термоядерный реактор содержит тороидальной формы вакуумную камеру /1/, заполненную ядерным топливом, например дейтериево-тритеевой смесью, спирально-продольную обмотку /2/, уложенную на поверхности камеры, силовые линии /3/ магнитного поля возникающие вокруг каждого витка обмотки /2/, магнитную поверхность /4/ полоидальной конфигурации, образованную внутри камеры силовыми линиями /3/, плазменный виток /5/ и силовые линии его собственного магнитного поля /6/, возникающие вокруг него. Magnetic fusion reactor comprises a donut-shaped vacuum chamber / 1 / filled with nuclear fuel, for instance deuterium-triteevoy mixture spiral longitudinal winding / 2 / laid on the surface of the chamber, the lines of force / 3 / of the magnetic field emerging around each coil winding / 2 / , magnetic surface / 4 / poloidal configuration formed by power lines within the chamber / 3 /, plasma loop / 5 / and its own lines of force of the magnetic field / 6 / arising around it. Концы обмотки реактора, обозначенные на чертежах буквами "Н" и "К", присоединены к выходным зажимам /7/ индукционного преобразователя постоянного тока в пульсирующий ток постоянного направления, изображенного на фиг. The ends of the reactor winding, indicated in the figures by the letters "H" and "K" are attached to the output terminals / 7 / DC inductive converter ripple current in a constant direction, FIG. 7 и 8 с источником электропитания - генератором постоянного тока, схематически обозначенного буквой "Г" и подключенного к концам первичной катушки /8/, установленной на сердечнике магнитопровода /9/, составленного из пластин трансформаторного железа. 7 and 8 to the power source - a DC generator, schematically indicated by the letter "T" and connected to the ends of the primary coil / 8 / mounted on the magnetic core / 9 /, consisting of the transformer iron plates. Вторичная катушка /10/, с большим чем у первичной катушки количеством витков, выходные зажимы которой присоединены к концам обмотки /2/ реактора, укреплена на сердечнике магнитопровода /11/, также составленного из пластин трансформаторного железа. Secondary coil / 10 /, with more than the number of turns of the primary coil, the output terminals of which are connected to the ends of the winding / 2 / reactor core is fastened to yoke / 11 /, also made up of plates of transformer iron. Между противолежащими относительно друг друга концами сердечников /9/ и /11/, выступающими из катушек, расположены роторы /12/ и /13/ переменной магнитопроводности, выполненные из дисков пластинчатого трансформаторного железа /см. Between the opposite ends relative to each other cores / 9 / and / 11 /, projecting from the coils are arranged rotors / 12 / and / 13 / variable flux made of a plate-drive transformer iron / cm. фиг. FIG. 7/ с двумя в них, например, сегментной формы отверстиями, параллельно смещенными в противоположные стороны /см. 7 / two in them, e.g., segment form openings parallel shifted in opposite directions / cm. фиг. FIG. 8/ и закрепленные на общей оси /14/, вращательно установленной в подшипниках /15/ и кинематически присоединенной, например, к электромеханическому приводу /не показанному/ с возможностью изменения частоты ее вращения. 8 / being fixed to a common axle / 14 /, mounted rotationally on bearings / 15 / and connected kinematically, for example, an electromechanical actuator / not shown / to vary the frequency of rotation.

Выступающие из катушек /8/ и /10/ концы сердечников /9/ и /11/, а также подшипники /15/ оси /14/ закреплены в немагнитопроводящем статоре /не изображенного на фиг. Speakers of the coils / 8 / and / 10 / ends of cores / 9 / and / 11 /, as well as bearings / 15 / axle / 14 / mounted in the stator nemagnitoprovodyaschem / not shown in Fig. 7 и 8/ индукционного преобразователя. 7 and 8 / inductive transducer.

Направления магнитных силовых линий и магнитной поверхности на чертежах обозначены круговыми стрелками. Directions of the magnetic lines of force and the magnetic surface in the drawings are indicated by circular arrows. Направление тока, текущего по обмотке /2/, обозначено стрелкой /Р/, а текущего по плазменному витку обозначено стрелкой /П/. The direction of current flowing through the winding / 2 /, indicated by arrow / P / and coil current in the plasma is indicated by arrow / n /. Радиус осевой окружности тороидальной формы камеры /1/ реактора обозначены буквой "R", радиус окружности поперечного сечения камеры обозначен буквой "r", а радиус окружности поперечного сечения плазменного витка /5/ обозначен буквой "a". The radius of the axial circumference of the toroidal shaped camera / 1 / reactor indicated with the letter "R", the radius of the cross-sectional circumference of the chamber is designated by the letter "r", and the radius of the circle cross section of the plasma loop / 5 / is denoted by the letter "a". Траектории движения электронов на фиг. The trajectories of electrons in FIG. 4 обозначены буквой "Э", а траектории движения положительных ионов /протонов/ обозначены буквой "И". 4 are indicated by the letter "E", and the trajectory of positive ions / protons / marked with the letter "I".

Работа предложенного магнитного термоядерного реактора протекает следующим образом. Operation of the proposed magnetic fusion reactor proceeds as follows. По виткам обмотки /2/ реактора постоянно в направлении стрелки, обозначенной буквой /Р/, протекает пульсирующий ток, поступающий от индукционного преобразователя постоянного тока через его зажимы /7/. By winding the wrap / 2 / reactor continuously in the direction of arrow indicated by / R /, flows pulsating current from the inductive DC-DC converter through its connectors / 7 /. Зависимость значений величины пульсаций тока от времени их протекания изображено кривыми /16/ и /17/ на графике фиг. The dependence of the values ​​of current ripple on the time of their occurrence curves shown / 16 / and / 17 / the graph of FIG. 6. Из графика следует, что несколько первичных пульсаций тока, изображенных кривыми /16/ графика, время протекания которых примерно полсекунды, необходимых для одновременного обеспечения в камере: магнитной поверхности /4/ полоидальной конфигурации, разогревания и ионизации ядерного топлива, формирования из него плазменного витка /5/, а последующие пульсации тока, согласно кривым /17/ графика, протекающие, например, за три секунды каждая, длительное время обеспечивают пульсирующий режим плазменного витка, постоянно находящегося в теплоизоляц 6. From the graph it follows that the multiple primary current ripple shown by curves / 16 / graphics, the flow time of approximately half a second are required for simultaneously providing in the chamber: the magnetic surface / 4 / poloidal configuration, warm-up, the ionization nuclear fuel, forming a plasma therefrom coil / 5 / and subsequent ripple current, according to curve / 17 / graphics occurring, e.g., three seconds each, for a long time providing a pulsating plasma loop mode permanently located in the insulation ии на осевой окружности радиуса "R". "R" uu on the axial circle of radius.

Величина значений тока и продолжительность его пульсаций в обмотке /2/ реактора обеспечивается изменением частоты вращения оси /14/, кинематически соединенной, например, с электромеханическим приводом, не изображенным на чертежах фиг. The magnitude of the current and the duration of its pulsations in the winding / 2 / reactor is provided by changing the rotational frequency axis / 14 / which is kinematically connected, for example by an electromechanical actuator, not shown in FIGS. 7 и 8 индукционного преобразователя. 7 and 8 inductive transducer.

Совместно с осью /14/ вращаются закрепленные на ней два ротора /12/ и /13/ переменной магнитопроводности, через которые проходит поступающий из концов сердечника /9/ первичной катушки /8/ созданный ею постоянный магнитный поток, преобразуемый далее вращающимися роторами в плавно нарастающие и резко спадающие пульсации магнитного потока, который, проходя по сердечнику магнитопровода /11/ в витках вторичной катушки /10/, возбуждает индуцированный пульсирующий ток высокого напряжения и постоянного направления, питающий через зажимы /7/ обмотку /2/ реа Together with the axis / 14 / rotate fastened to it two rotor / 12 / and / 13 / variable flux through which the incoming end of the core / 9 / primary coil / 8 / she created a permanent magnetic flux to be converted further rotating the rotors in a smoothly growing and rapidly decaying magnetic flux pulsation, which, passing through the magnetic core / 11 / in the turns of the secondary coil / 10 /, excites an induced high voltage pulsating current and a constant direction, feed through connectors / 7 / winding / 2 / ReA ктора, в камере которого протекает плазменный процесс управляемого термоядерного синтеза. Ktorov, in which the plasma process chamber flows controlled thermonuclear fusion. Вокруг каждого витка обмотки /2/ возникают магнитные силовые линии /3/, которые /направление их по правилу буравчика/, суммируясь на периферии внутренней поверхности камеры /1/, образуют магнитную поверхность /4/ полоидальной конфигурации, градиент напряженности которой убывает до минимума в радиальных, по сечению камеры, направлениях от стенки к ее осевой окружности радиуса "R", образуя на ней кольцевую магнитную яму. Around each turn of the winding / 2 / having magnetic lines of force / 3 / that / Direction their right-hand rule / summed at the periphery of the inner surface of the camera / 1 /, form a magnetic surface / 4 / poloidal configuration, which decreases to a minimum gradient tensions radial, in the camera section, the direction of the wall in an axial circle of radius "R", forming thereon an annular magnetic well. За короткие промежутки нескольких пульсаций тока /кривые /16/ на фиг. For short periods of several ripple current / curves / 16 / FIG. 6/ ядерное топливо в камере /1/ разогревается индуцированным электрическим полем до полной ионизации ее атомов, в результате которой носители электрических зарядов, образующие плазму, движущиеся хаотически с тепловыми скоростями по камере, пересекают силовые линии полоидальной конфигурации магнитной поверхности /4/ и мгновенно, под воздействием лоренцевых сил, искривляют траекторию своего движения, направляясь в магнитную яму расположенную по осевой окружности радиуса "R" камеры, и при попутном движении между собой, сближаясь, формируютс 6 / nuclear fuel chamber / 1 / is heated by an induced electric field to complete ionization of its atoms, as a result of which the carriers of electric charges forming a plasma, moving randomly with thermal velocities of the camera, intersect the lines of force poloidal configuration magnetic surface / 4 / and instantaneously, under the influence of Lorentz forces that bend its path, moving into the magnetic hole disposed on the axial circle of radius "R" camera movement and passing each other, converging, formed в плазменный виток /5/, в котором текущий по направлению стрелки /П/ плазменный ток, образует вокруг него, собственными силовыми линиями, свое магнитное поле /6/, сжимающее поток /5/ в поперечном сечении, уменьшая его радиус "a" с разогревающим уплотнением плазмы. a plasma loop / 5 /, in which the current direction of arrow S / P / plasma current forms around it own power lines, its magnetic field / 6 / compressive flow / 5 / in the cross section, decreasing its radius "a" with warming plasma seal. Вокруг плазменного витка /5/, при этом, возникает вакуумное пространство толщиной, равной разности радиусов /r - a/, являющееся тепловой изоляцией его от стенки камеры. Around the plasma loop / 5 /, thus, there is a vacuum space thickness equal to the difference of the radii / r - a /, which is thermally insulated from its chamber wall. Время пульсаций тока в обмотке /2/ более чем достаточно для процесса формирования плазменного витка /5/ из частиц плазмы за весьма малые доли секунды. Time ripple current in the winding / 2 / is more than enough for the process of forming the plasma loop / 5 / of the plasma particles in a very small fraction of a second.

Поскольку в обмотке /2/ и в плазменном витке /5/ токи встречного направления, обозначенные на чертежах буквами /Р/ и /П/, а их силовые линии магнитных полей /4/ и /6/ одностороннего направления, то такие токи отталкиваются друг от друга, в результате чего плазменный виток /5/, находясь в окружении витков обмотки /2/ испытывают, в радиальных направлениях по сечению камеры, силы взаимного отталкивания, которые постоянно и удерживают его в устойчивом равновесии в магнитной яме на осевой окружности радиуса "R" камеры. Since the winding / 2 / and the plasma coil / 5 / currents of opposite direction, indicated in the drawings the letters / P / and / n /, and their force lines of magnetic fields / 4 / and / 6 / one-sided direction, such currents repel each from each other, whereby the plasma loop / 5 /, being surrounded by the turns of the winding / 2 / test, in radial directions of the chamber section, mutual repulsive force which is constant and keep it in a stable equilibrium in the magnetic pit on the axial circle of radius "R "camera. Для пояснения этого на плоскости продольного разреза участки камеры /см. To explain this in longitudinal section plane portions camera / cm. фиг. FIG. 4/ изображены некоторые траектории движения электронов и положительных ионов /протонов/, соответственно обозначенные буквами "Э" и "И", показывающие качественную физическую картину начального процесса формирования плазменного витка, на которой изображенные полуокружности силовых линий полоидальной магнитной поверхности /4/, перпендикулярно расположенные к плоскости чертежа, выходят из него у внутренней стенки и огибая осевую окружность радиуса "R", входят в плоскость чертежа у ее внешней стенки, с которыми в результате взаимодействия дви 4 / depicts certain path of movement of electrons and positive ions / protons /, respectively indicated by the letters "E" and "I", shows the qualitative physical picture of the initial formation process of the plasma loop, in which an image semicircle force lines poloidal magnetic surface / 4 / perpendicularly disposed to the plane of the drawing out of it at the inner wall and the skirting axial circle of radius "R", are included in the plane of the drawing in its outer wall with which the interaction DWI жущиеся с тепловыми скоростями частицы плазмы направляются в магнитную яму, формируясь при попутном движении между собой в плазменный виток /5/. zhuschiesya with thermal velocities plasma particles are directed into the magnetic hole being formed with a passing motion between a coil of a plasma / 5 /. Необходимо отметить, что направление тока в плазменном витке /5/, указанное стрелкой /П/, не зависит от первоначального направления движения частиц плазмы и определяется только направлением силовых линий полоидальной магнитной поверхности /4/. It should be noted that the direction of current in the coil of the plasma / 5 /, the arrow / n /, is not dependent on the initial direction of motion of plasma particles and is determined only by the direction of the poloidal field lines of the magnetic surface / 4 /.

Значение минимальной величины пульсирующего тока "I 1 " /см. The value of the minimum value of ripple current "I 1" / cm. фиг. FIG. 6/, текущего в обмотке /2/ реактора, достаточно для поддержания требуемой напряженности полоидальной конфигурации магнитной поверхности /4/, необходимой для удержания сформированного плазменного витка /5/ в равновесии по осевой окружности камеры, обеспечивающего условия теплоизоляции плазмы. 6 / flowing in the winding / 2 / reactor is sufficient to maintain the desired tension of the poloidal magnetic surface configuration / 4 /, needed to hold the generated plasma loop / 5 / in equilibrium along the axial circumference chamber providing conditions for plasma thermal insulation. Последующие пульсации тока в обмотке /2/, согласно кривым /17/ на /фиг. Subsequent ripple current in the winding / 2 / under curve / 17 / of / FIG. 6/, индуцируют электрическое поле в плазменном витке /5/, под воздействием силы которого виток может длительное время ускорять свое круговое вращение по осевой окружности камеры, постоянно накапливая кинетическую энергию. 6 / induce an electric field in the plasma coil / 5 / under the influence of forces which can turn a long time to accelerate its rotation axial circular circumference of the chamber, continuously accumulating kinetic energy.

Величина пульсаций тока питающего обмотку /2/, находится в прямой, а продолжительность их в обратной зависимости от частоты вращения оси /14/, изменение частоты которой определяет режим управления работы реактора. Ripple current supply winding / 2 /, is in a straight line, and the duration of the reverse rotation depending on the frequency axis / 14 /, the change frequency of which determines the control mode of reactor operation. При достаточной затрате электропитания пульсирующего тока высокоэнергетичные электроны и протоны из коллектива частиц полностью ионизированной плазмы при соударениях между собой вступают в начальные ядерные реакции и выделяемая энергия в условиях теплоизоляции плазменного витка /5/ способствует саморазогреванию ядерного топлива. With sufficient power expenditure pulsating current high-energy electrons and protons from the collective particles are completely ionized plasma by collisions with each other come into initial nuclear reaction and the energy released in the conditions of thermal insulation of the plasma loop / 5 / promotes self-heating fuel.

Таким образом, одна обмотка со спирально-продольными витками, питаемая через индукционный преобразователь пульсирующим током постоянного направления с изменяемой величиной и продолжительностью его пульсаций, используемая в предложенном реакторе, обеспечивает в нем управляемый режим разогревания ядерного топлива до полной ее ионизации с меньшей затратой энергии, высокоэнергетичные частицы которой из общего их числа последовательно вступают в термоядерную реакцию, поддерживая ее продолжение саморазогреванием плазменного витка в ус Thus, one coil with spiral longitudinal coils fed through an induction transducer pulsating current constant direction from the variable value and the duration of its pulsations, used in the proposed reactor provides therein controlled reheating fuel mode until its complete ionization with less energy, high-energy particles wherein the total number of successively come into fusion reaction while maintaining its self-heating continued plasma loop miter ловиях его теплоизоляции, который совместно с витками спирально-продольной обмотки составляют вторичную и первичную обмотки безжелезного трансформатора, находящиеся между собой в индуктивной взаимосвязи. loviyah its insulation which, together with the turns of the spiral-winding the longitudinal comprise secondary and primary windings of the transformer ironless which are interconnected in inductive relationship.

Claims (2)

1. Магнитный термоядерный реактор, содержащий вакуумную камеру тороидальной формы, наложенную дейтериево-тритиевой смесью ядерного топлива, и обмотку, уложенную по внешней поверхности камеры спирально продольными витками, прилегающими друг к другу, отличающийся тем, что тороидальная камера выполнена без наружного в центре отверстия, радиус ее осевой окружности равен радиусу окружности поперечного сечения камеры, а обмотка подключена к выходным зажимам индукционной вторичной катушки преобразователя тока постоянного в ток пульсирующи 1. A magnetic fusion reactor comprising a vacuum chamber toroidal shape superimposed deuterium-tritium mixture of fuel and a coil laid on the outer surface of the chamber helically longitudinal coils adjacent to each other, characterized in that the toroidal chamber is formed in the center without the outer openings its radius equal to the radius axial circumferential chamber cross-sectional circumference, and the winding is connected to the output terminals of the secondary induction coil in a DC-DC converter current pulsing одностороннего направления, непрерывно периодически изменяющийся по величине, первичная катушка возбуждения которого с количеством витком меньшим, чем во вторичной, соединена с генератором постоянного тока, причем обе катушки расположены на отдельных сердечниках, набранных пакетами, параллельно плоскости, по ним пролегающей, из прямоугольных пластин электротехнической стали, между противолежащими укрепленными неподвижно концами которых, выступающими из торцов катушек, установлены на неферромагнитной оси два составляющих ротор ди one-sided direction is continuously periodically varying in magnitude, the primary coil of which the driving with the number of turns smaller than that in the secondary is connected to a DC generator, wherein the two coils are arranged on separate cores, scored package, parallel to the plane thereon which runs from rectangular plates electrical steel reinforced fixedly between opposite ends of which, protruding ends of the coils are mounted on the two components of a non-ferromagnetic axis rotor di ка, набранных пакетами из круглых пластин электротехнической стали, в каждом из которых образована переменного сечения форма обода, выполненная в них двумя диаметрально противолежащими отверстиями сегментной формы, согласно закрепленных на оси с возможностью вращения при минимальных зазорах с концами сердечников, кинематически присоединенной к электромеханическому приводу изменяемой частоты вращения. Single recruited pack of circular plates electrical steel, each of which is formed with variable cross section shape of the rim, made in them two diametrically opposite openings segment forms according mounted on axle rotatably with minimum gaps with the ends of the cores, is kinematically connected to an electromechanical actuator of variable speed.
2. Магнитный термоядерный реактор по п.1, отличающийся тем, что корпус с двумя боковыми крышками преобразователя тока выполнен из алюминия, в крышках которого укреплены концы сердечников катушек и подшипники оси ротора. 2. The magnetic fusion reactor according to claim 1, characterized in that the housing with two side covers DC converter is made of aluminum, which covers in reinforced ends of the reel hubs and bearings of the rotor axis.
RU96108171A 1996-04-25 1996-04-25 Magnetic thermonuclear reactor RU2152081C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96108171A RU2152081C1 (en) 1996-04-25 1996-04-25 Magnetic thermonuclear reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96108171A RU2152081C1 (en) 1996-04-25 1996-04-25 Magnetic thermonuclear reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96108171A RU96108171A (en) 1998-07-27
RU2152081C1 true RU2152081C1 (en) 2000-06-27

Family

ID=20179816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96108171A RU2152081C1 (en) 1996-04-25 1996-04-25 Magnetic thermonuclear reactor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2152081C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA011055B1 (en) * 2001-03-19 2008-12-30 Дзе Риджентс Оф Дзе Юниверсити Оф Калифорния Plasma electric generation system
RU2496284C2 (en) * 2006-07-28 2013-10-20 Саж Инновасьон Инк. Generation method of pulse flux of high-energy particles, and source of particles for implementation of such method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИВАНОВ-СМОЛЕНСКИЙ А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980, с.368 и 369. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA011055B1 (en) * 2001-03-19 2008-12-30 Дзе Риджентс Оф Дзе Юниверсити Оф Калифорния Plasma electric generation system
RU2496284C2 (en) * 2006-07-28 2013-10-20 Саж Инновасьон Инк. Generation method of pulse flux of high-energy particles, and source of particles for implementation of such method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3360668A (en) Armature winding for rotary electrical machines
EP0556425B1 (en) Multiple magnetic paths machine
EP1045503B1 (en) Airgap armature coil for energy storage flywheel apparatus
RU2125757C1 (en) Rotor
US4908347A (en) Dynamoelectric machine with diamagnetic flux shield
US5723928A (en) Induction motor and method of adjusting power factor of the same
KR100907675B1 (en) Energy converting method and inverse cyclotron energy converter
US5334899A (en) Polyphase brushless DC and AC synchronous machines
US7868508B2 (en) Polyphase transverse and/or commutated flux systems
EP0276123B1 (en) Magnetic field generating assembly
US3877761A (en) Electromagnetic bearing means
JP4148647B2 (en) Multipolar electric generator having an axial flux
US5650681A (en) Electric current generation apparatus
US6057655A (en) Method for sweeping charged particles out of an isochronous cyclotron, and device therefor
US6177746B1 (en) Low inductance electrical machine
JP3833254B2 (en) Self-starting brushless electric motor
US6858962B2 (en) Halbach array generator/motor having an automatically regulated output voltage and mechanical power output
US5331238A (en) Apparatus for containment and cooling of a core within a housing
US6175178B1 (en) Low inductance electrical machine for flywheel energy storage
CN1070653C (en) DC electric motor
US7375449B2 (en) Optimized modular electrical machine using permanent magnets
US20070152528A1 (en) Permanent magnet excited transverse flux motor with outer rotor
US4200831A (en) Compensated pulsed alternator
US4481438A (en) High voltage electrical generator and windings for use therein
US6750588B1 (en) High performance axial gap alternator motor