RU2152081C1

RU2152081C1 - Magnetic thermonuclear reactor

Info

Publication number: RU2152081C1
Application number: RU96108171/06A
Authority: RU
Inventors: А.А. Леонтьев
Original assignee: Леонтьев Алексей Алексеевич
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 2000-06-27

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. A magnetic thermonuclear reactor belongs to the field of applied physics, namely to the design of a tokamak-type thermonuclear reactor, in particular to its winding and power supply for holding the plasma field in thermal insulation.

Известны конструкции магнитных термоядерных реакторов /см. Лукьянов С.Ю. "Горячая плазма и управляемый ядерный синтез". М.: Наука, - 1976 г., стр. 280, 292, рис. 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. Known designs of magnetic thermonuclear reactors / cm Lukyanov S.Yu. "Hot plasma and controlled nuclear fusion." M.: Science, - 1976, p. 280, 292, Fig. 31.1 / containing a toroidal-shaped vacuum chamber filled with nuclear fuel, for example a deuterium-tritium mixture, a copper casing, a solenoid winding and an iron core of the transformer passing through the central through hole of the chamber.

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. невозможность отделения плазмы вакуумным пространством от стенки камеры. The most important fundamental drawback of the design of the known tokamak reactor with a closed magnetic trap in a toroidal chamber is the impossibility of physical formation of an electric charge carrier stream inside its chamber in the form of a plasma coil held on an axial circle in thermal insulation, i.e. the impossibility of separation of the plasma by the vacuum space from the 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 idea embedded in the tokamak reactor device consists in "winding" Larmor currents of plasma particles randomly moving along the chamber with thermal speeds, helical trajectories to 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. Plasma particles randomly move throughout the chamber and near the wall, and being reflected from it, there is no such physical factor that could prevent the "winding" of Larmor currents on the longitudinal magnetic field lines passing not only in the middle part of the chamber, but also passing in the immediate vicinity of its 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 "язык" 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. Thus, the entire volume of the tokamak reactor chamber is inevitably filled with helical trajectories of Larmor currents, and if you look at them along the longitudinal lines of the magnetic field, they will be represented by circles along which the point charges of the plasma rotate in one direction, but the directions of the currents are at the locations of adjacent between themselves such circles will always be oncoming, and therefore the circles of Larmor currents repel each other, creating favorable conditions for the development of instabilities like "language "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 Tokamak, which showed a hundred times or more a little time of existence of 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 independent currents introduced into the tokamak reactor, one of which feeds the traditional solenoid winding, and the other, induced by the transformer, heats the nuclear fuel to a plasma state, form different magnetic fields in the chamber, superimposed on each other and complicating 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. В.И. Пустинович, Г.Е. Шаталов. "Термоядерный реактор на основе токамак". Итоги науки и техники, сер. 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. 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. The radius of the circles of the Larmor trajectories of plasma particles contains a technical contradiction, namely that its length is directly proportional to the particle velocity and inversely proportional to the magnetic field strength, and therefore the tendency to increase the power of both currents, providing a magnetic field in the tokamak chamber to 6 T and plasma heating to threshold thermonuclear values up to 10 KeV / cm. IN AND. Pustinovich, G.E. Shatalov. "Tokamak-based fusion reactor." Results of science and technology, ser. plasma physics, Moscow: VINITI, 1981, pp. 139, 140, 169 /, are not able to improve the qualitatively physical picture of the interaction of particles of a heated plasma with the lines of force of increased magnetic field strength, because with a simultaneous increase in the pulse power of both independent currents, the radius of Larmor circles remains the same as before the increase in currents, but the increased kinetic energy of the current of Larmor coils ultimately leads to their transient scattering on the wall of the chamber with the danger of its destruction.

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 сформированный плазменный виток длительное время в теплоизоляции на осевой окружности камеры. It should be noted that in the known sources of information on tokamak reactors there are no scientific justifications for the qualitative picture of the physical feasibility of the initial stage of transformation of the chaotic thermal motion of ionized plasma particles into an ordered flow along the axial circumference of the chamber during transformer current pulses and the state of the plasma in the spaces between them, and there is also no scientific justification of the means of implementing the necessary configuration of a magnetic field capable of physically holding 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. Размещение в отверстии камеры нескольких слоев витков обмотки и железного сердечника трансформатора требует увеличения в значительных размерах диаметра центрального сквозного отверстия и габаритов реактора. Further, the main drawback of the tokamak circuit is its traditional type of solenoid winding, which unevenly wraps around the chamber surface with its coils laying in several layers along the edges of the central through hole, creating a high magnetic field gradient near the inner wall of the chamber with a sharp decrease in the direction of the outer wall. Placing several layers of turns of the winding and the iron core of the transformer in the chamber opening requires an increase in the diameter of the central through hole and the dimensions of the reactor in significant dimensions.

Известен также реактор типа токамак /см. Физику атомного ядра и плазмы, из серии "Над чем думают физики", из-во. Наука. - М., - 1974 г., стр. 138/, содержащий тороидальную вакуумную камеру, катушку азимутального магнитного поля и соленоидную катушку магнитного поля, уложенные вокруг камеры. 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. A tokamak / cm type reactor is also known. The physics of the atomic nucleus and plasma, from the series “What Physicists Think About,” because of. The science. - M., - 1974, p. 138 /, containing a toroidal vacuum chamber, an azimuthal magnetic field coil and a magnetic field solenoidal coil arranged around the chamber. Instead of a transformer with an iron core, this azimuthal magnetic field coil was used in this reactor, inducing electric field pulses in the chamber to generate and warm up nuclear fuel, which allows to slightly reduce the diameter of the central through hole in the reactor chamber and thereby change the shape and increase the volume of the chamber, giving its cross section an 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 the significant non-uniformity of the magnetic field strength with a decreasing gradient towards the outer wall of the chamber, which even more compared to the circular cross-section of the chamber worsens the plasma confinement condition, 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. The use of chambers non-circular in the cross section in the design of tokamaks, such as: elliptical, D-shaped, doublet, increasing their volume, did not justify themselves in tests that showed a very short plasma lifetime.

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 токамак, не может быть осуществима. Thus, the traditional solenoidal treatment of the tokamak reactor, creating the traditional magnetic field configuration in the chamber with lines of force concentric with its axial circumference, and the magnetic field imposed on it, formed by the induced current of the transformer, is a physical factor that destabilizes the tokamak, which is not able to provide long-term existence of plasma, creating explosive emissions of it on the wall of the chamber, and, consequently, the technical idea embedded in the design of the reactor 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. The difficulty in technical solution of the problem related to the design of a thermonuclear reactor with a closed magnetic trap in a toroidal vacuum chamber consists in the formation of a plasma coil along the axial circumference of the chamber with its vacuum space separated from the wall and its reliable equilibrium and thermal insulation for a long time while maintaining the corresponding kinetic energy of the plasma, sufficient for a thermonuclear reaction.

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, превращающего 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. The essence of the proposed technical solution to the problem lies in the fact that, in contrast to the known solutions of tokomak-type reactor devices, which use at least two electromagnetic windings with separate power supply, the proposed reactor uses one winding made of spiral-longitudinal parallel stacked on the surface of a toroidal shape cameras tangentially adjacent along the entire length between each other and connected to the output terminals of the secondary coil of the induction converter, converting o direct current of the power source connected to the primary coil of the converter into a pulsating current of a constant direction, while between the opposite ends of the cores protruding from the coils are rotors of variable magnetic conductivity, mounted on a common axis, rotationally mounted in the bearings and kinematically connected, for example, to an electromechanical drive with the possibility of changing its speed.

Индукционный преобразователь оформлен немагнитопроводящим статором из алюминия, в котором закреплены концы сердечников катушек и подшипники оси роторов. 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. The induction converter is decorated with a non-magnetic conductive stator made of aluminum, in which the ends of the cores of the coils and bearings of the axis of the rotors are fixed. The design feature of the winding with spiral-longitudinal turns used in the proposed reactor design allows you to perform a toroidal shape of the vacuum chamber without a central through hole in it, which ensures compactness, increased energy intensity and increased reactor efficiency.

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 продолжительности пульсаций обеспечивает постоянный нагрев ядерного топлива, до полной ее ионизации, высокоэнергетические частицы которой начинают вступать в термоядерные реакции, поддерживая саморазогревание плазмы. A pulsating current flows in one constant direction through one winding in the proposed reactor, the minimum value of which constantly, for a long time, provides the magnetic surface of the poloidal configuration in the chamber with a voltage gradient decreasing from the chamber wall to its axial circumference, passing into a magnetic well on it, in which the plasma coil formed by the magnetic surface is kept in equilibrium and thermal insulation, and the required current value is different in value and continue 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 coils of the spiral-longitudinal winding and the plasma coil of the reactor together represent the primary and secondary windings of the iron-free transformer, which are inductively interconnected, transmitting ripple current energy of a constant direction.

Конструктивная схема предложенного магнитного термоядерного реактора изображена на чертежах:
фиг. 1 - вид на реактор сбоку с частичным его поперечным разрезом;
фиг. 2 - поперечный разрез реактора по А-А на фиг. 1 с изображением магнитных силовых линий;
фиг. 3 - схема спирально-продольной обмотки реактора, ее верхней и нижней половин в развернутом на плоскости виде;
фиг. 4 - изображение некоторых траекторий движения заряженных частиц плазмы в полоидальной магнитной поверхности, на продольном разрезе участка камеры;
фиг. 5 - поперечный разрез варианта реактора с тороидальной формой камеры без центрального в ней сквозного отверстия;
фиг. 6 - график кривой зависимости значений пульсаций тока, питающего обмотку реактора, от времени их протекания;
фиг. 7 - конструктивная схема индуцированного преобразователя, питающего обмотку реактора, пульсирующим током постоянного направления, вид сбоку;
фиг. 8 - вид на преобразователь со стороны его торца, по стр. "Б" на фиг. 7.The structural diagram of the proposed magnetic thermonuclear reactor is shown in the drawings:
FIG. 1 is a side view of the reactor with a partial cross section thereof;
FIG. 2 is a cross-sectional view of the reactor along AA in FIG. 1 depicting magnetic field lines;
FIG. 3 is a diagram of a spiral-longitudinal winding of the reactor, its upper and lower halves in the form expanded on a plane;
FIG. 4 is an image of some trajectories of motion of charged plasma particles in a poloidal magnetic surface, in a longitudinal section of a portion of the chamber;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a reactor variant with a toroidal chamber shape without a central through hole therein;
FIG. 6 is a graph of the dependence of the ripple values of the current supplying the reactor winding on the time they flow;
FIG. 7 is a structural diagram of an induced converter supplying a reactor winding with a pulsating direct current, side view;
FIG. 8 is a view of the converter from its end, according to page "B" in FIG. 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. 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. 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. 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. 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. фиг. 7/ с двумя в них, например, сегментной формы отверстиями, параллельно смещенными в противоположные стороны /см. фиг. 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. A magnetic thermonuclear reactor contains a toroidal vacuum chamber / 1 / filled with nuclear fuel, for example a deuterium-tritium mixture, a spiral-longitudinal winding / 2 / laid on the surface of the chamber, and magnetic field lines / 3 / arising around each coil of the winding / 2 / , a magnetic surface / 4 / of a poloidal configuration formed inside the chamber by force lines / 3 /, a plasma coil / 5 /, and force lines of its own magnetic field / 6 / arising around it. The ends of the reactor winding, indicated by the letters "H" and "K" in the drawings, are connected to the output terminals / 7 / of the inductive DC-to-DC pulsating current converter shown in FIG. 7 and 8 with a power source - a direct current generator, schematically indicated by the letter "G" and connected to the ends of the primary coil / 8 / mounted on the core of the magnetic circuit / 9 / composed of transformer iron plates. The secondary coil / 10 /, with a larger number of turns than the primary coil, the output terminals of which are connected to the ends of the winding / 2 / of the reactor, is mounted on the core of the magnetic circuit / 11 /, also made up of transformer iron plates. Between opposite ends of the cores / 9 / and / 11 / protruding from the coils are rotors / 12 / and / 13 / of variable magnetic conductivity made of plate transformer iron disks / cm. FIG. 7 / with two holes in them, for example, of a segmented shape, parallelly displaced in opposite directions / cm. FIG. 8 / and mounted on a common axis / 14 / rotationally mounted in bearings / 15 / and kinematically connected, for example, to an electromechanical drive / not shown / with the possibility of changing its rotation frequency.

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. 7 и 8/ индукционного преобразователя. The ends of the cores / 9 / and / 11 / protruding from the coils / 8 / and / 10, as well as the bearings / 15 / axes / 14 / are fixed in a non-magnetic stator / not shown in FIG. 7 and 8 / induction converter.

Направления магнитных силовых линий и магнитной поверхности на чертежах обозначены круговыми стрелками. Направление тока, текущего по обмотке /2/, обозначено стрелкой /Р/, а текущего по плазменному витку обозначено стрелкой /П/. 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". Траектории движения электронов на фиг. 4 обозначены буквой "Э", а траектории движения положительных ионов /протонов/ обозначены буквой "И". The directions of the magnetic lines of force and the magnetic surface in the drawings are indicated by circular arrows. The direction of the current flowing through the winding / 2 / is indicated by the arrow / P /, and the current along the plasma turn is indicated by the arrow / P /. The radius of the axial circle of the toroidal shape of the chamber / 1 / of the reactor is indicated by the letter "R", the radius of the circumference of the cross section of the chamber is indicated by the letter "r", and the radius of the circumference of the cross section of the plasma coil / 5 / is indicated by the letter "a". The electron trajectories in FIG. 4 are indicated by the letter "E", and the trajectories of the movement of positive ions / protons / are indicated by the letter "And."

Работа предложенного магнитного термоядерного реактора протекает следующим образом. 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/. Зависимость значений величины пульсаций тока от времени их протекания изображено кривыми /16/ и /17/ на графике фиг. 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 теплоизоляции на осевой окружности радиуса "R". The operation of the proposed magnetic thermonuclear reactor proceeds as follows. Through the turns of the winding / 2 / of the reactor, a pulsating current flows from the induction DC / DC converter through its terminals / 7 / continuously in the direction of the arrow marked with the letter / P /. The dependence of the values of the current ripple on the time of their flow is shown by the curves / 16 / and / 17 / in the graph of FIG. 6. From the graph it follows that several primary ripples of the current, shown by the curves / 16 / of the graph, the flow time of which is about half a second, are necessary to simultaneously ensure in the chamber: a magnetic surface / 4 / of the poloidal configuration, heating and ionization of nuclear fuel, the formation of plasma from it turn / 5 /, and subsequent current ripples, according to the curves / 17 / of the graph, flowing, for example, for three seconds each, for a long time provide a pulsating mode of the plasma turn, constantly located in the thermal insulation and on the axial circle of radius "R".

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. 7 и 8 индукционного преобразователя. The magnitude of the current values and the duration of its ripple in the winding / 2 / of the reactor is provided by changing the frequency of rotation of the axis / 14 /, kinematically connected, for example, with an electromechanical drive, not shown in the drawings of FIG. 7 and 8 of the induction converter.

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/ реактора, в камере которого протекает плазменный процесс управляемого термоядерного синтеза. 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. За короткие промежутки нескольких пульсаций тока /кривые /16/ на фиг. 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, формируются 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. Вокруг плазменного витка /5/, при этом, возникает вакуумное пространство толщиной, равной разности радиусов /r - a/, являющееся тепловой изоляцией его от стенки камеры. Время пульсаций тока в обмотке /2/ более чем достаточно для процесса формирования плазменного витка /5/ из частиц плазмы за весьма малые доли секунды. Together with the axis / 14 /, two rotors / 12 / and / 13 / of variable magnetic conductivity fixed on it rotate, through which the constant magnetic flux coming from the ends of the core / 9 / of the primary coil / 8 / passes through it, which is further converted by the rotating rotors into gradually increasing and sharply falling pulsations of the magnetic flux, which, passing along the core of the magnetic circuit / 11 / in the turns of the secondary coil / 10 /, excites the induced ripple current of high voltage and constant direction, which feeds through the terminals / 7 / winding / 2 / rea ctor, in the chamber of which the plasma process of controlled thermonuclear fusion takes place. Around each turn of the winding / 2 / there are magnetic lines of force / 3 /, which / their direction according to the rule of the drill / /, summing up on the periphery of the inner surface of the chamber / 1 /, form a magnetic surface / 4 / of a poloidal configuration, the tension gradient of which decreases to a minimum in radial, along the camera’s cross-section, directions from the wall to its axial circle of radius “R”, forming an annular magnetic pit on it. For short intervals of several ripple current / curves / 16 / in Fig. 6 / the nuclear fuel in the chamber / 1 / is heated by an induced electric field until its atoms are completely ionized, as a result of which the carriers of electric charges forming a plasma moving randomly with thermal speeds through the chamber intersect the lines of force of the poloidal configuration of the magnetic surface / 4 / and instantly, under the influence of Lorentzian forces, they bend the trajectory of their motion, heading into a magnetic well located along the axial circumference of the radius "R" of the camera, and when moving along each other, approaching each other, form into the plasma coil / 5 /, in which the plasma current flowing in the direction of the arrow / П / forms, with its own lines of force, its magnetic field / 6 /, compressing the flux / 5 / in cross section, decreasing its radius "a" with heating plasma seal. Around the plasma coil / 5 /, in this case, a vacuum space with a thickness equal to the radius difference / r - a / arises, which is its thermal insulation from the chamber wall. The ripple time of the current in the winding / 2 / is more than enough for the process of forming a plasma coil / 5 / from plasma particles in very small fractions 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. Для пояснения этого на плоскости продольного разреза участки камеры /см. фиг. 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 движущиеся с тепловыми скоростями частицы плазмы направляются в магнитную яму, формируясь при попутном движении между собой в плазменный виток /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/. Since in the winding / 2 / and in the plasma coil / 5 / the currents of the opposite direction, indicated in the drawings by the letters / P / and / P /, and their magnetic field lines / 4 / and / 6 / of one-sided direction, such currents repel each other away from each other, as a result of which the plasma coil / 5 /, being surrounded by the turns of the winding / 2 /, experiences, in radial directions along the section of the chamber, mutual repulsive forces that constantly and keep it in stable equilibrium in a magnetic well on an axial circle of radius "R "cameras. To explain this, on the plane of the longitudinal section, camera sections / cm. FIG. 4 / shows some trajectories of the movement of electrons and positive ions / protons /, respectively denoted by the letters "E" and "I", showing a qualitative physical picture of the initial process of forming a plasma coil, on which are shown semicircles of field lines of a poloidal magnetic surface / 4 /, perpendicular to to the plane of the drawing, exit from it at the inner wall and enveloping the axial circle of radius "R", enter the plane of the drawing at its outer wall, with which as a result of interaction plasma particles that are traveling at thermal velocities are sent to a magnetic well, being formed during a passing motion between themselves into a plasma coil / 5 /. It should be noted that the direction of the current in the plasma coil / 5 /, indicated by the arrow / П /, does not depend on the initial direction of movement of the plasma particles and is determined only by the direction of the lines of force of the poloidal magnetic surface / 4 /.

Значение минимальной величины пульсирующего тока "I₁" /см. фиг. 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. Последующие пульсации тока в обмотке /2/, согласно кривым /17/ на /фиг. 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.The value of the minimum value of the ripple current "I ₁ " / cm FIG. 6 /, flowing in the winding / 2 / of the reactor, is sufficient to maintain the required tension of the poloidal configuration of the magnetic surface / 4 /, necessary to keep the formed plasma coil / 5 / in equilibrium along the axial circumference of the chamber, providing the conditions for thermal insulation of the plasma. Subsequent ripple current in the winding / 2 /, according to the curves / 17 / on / Fig. 6 /, induce an electric field in the plasma coil / 5 /, under the influence of the force of which the coil can accelerate its circular rotation along the axial circumference of the chamber for a long time, constantly 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. 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. The magnitude of the ripple of the current supplying the winding / 2 / is in direct, and their duration is inversely dependent on the frequency of rotation of the axis / 14 /, the change of frequency of which determines the control mode of the reactor. With a sufficient expenditure of power supply for the pulsating current, high-energy electrons and protons from the collective of particles of fully ionized plasma, when colliding with each other, enter into initial nuclear reactions and the released energy under the conditions of thermal insulation of the plasma coil / 5 / promotes self-heating of nuclear 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 условиях его теплоизоляции, который совместно с витками спирально-продольной обмотки составляют вторичную и первичную обмотки безжелезного трансформатора, находящиеся между собой в индуктивной взаимосвязи. Thus, one winding with spiral-longitudinal turns fed through an induction converter with a pulsating current of a constant direction with a variable value and the duration of its pulsations, used in the proposed reactor, provides a controlled mode of heating the nuclear fuel to its full ionization with less energy consumption, high-energy particles of which out of the total number consistently enter into a thermonuclear reaction, supporting its continuation by self-heating of the plasma coil in The conditions of its thermal insulation, which, together with the turns of the spiral-longitudinal winding, make up the secondary and primary windings of the iron-free transformer, which are inductively interconnected.

Claims

1. Magnetic thermonuclear reactor containing a vacuum chamber of a toroidal shape, superimposed by a deuterium-tritium mixture of nuclear fuel, and a winding laid on the outer surface of the chamber helically with longitudinal coils adjacent to each other, characterized in that the toroidal chamber is made without an external opening in the center, the radius of its axial circumference is equal to the radius of the circumference of the camera’s cross section, and the winding is connected to the output terminals of the induction secondary coil of the DC-to-current converter pulsating one-sided direction, continuously periodically varying in magnitude, the primary excitation coil of which with a number of turns less than the secondary is connected to a direct current generator, both coils located on separate cores, stacked in packets, parallel to the plane running along them, from rectangular electrical plates steel, between the opposite ends of which are fixed motionless, protruding from the ends of the coils, two components of the rotor di are installed on the non-ferromagnetic axis ka, assembled in packages of round plates of electrical steel, in each of which a rim shape is formed of variable cross-section, made in them by two diametrically opposing openings of a segment shape, according to which they are rotatable with minimal gaps with the ends of the cores, kinematically connected to the electromechanical drive rotational speeds.

2. The magnetic thermonuclear reactor according to claim 1, characterized in that the housing with two side covers of the current transducer is made of aluminum, in the covers of which the ends of the cores of the coils and bearings of the axis of the rotor are strengthened.