RU2546960C2 - Method of conducting controlled nuclear fusion reaction and apparatus therefor - Google Patents

Method of conducting controlled nuclear fusion reaction and apparatus therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2546960C2
RU2546960C2 RU2013140789/07A RU2013140789A RU2546960C2 RU 2546960 C2 RU2546960 C2 RU 2546960C2 RU 2013140789/07 A RU2013140789/07 A RU 2013140789/07A RU 2013140789 A RU2013140789 A RU 2013140789A RU 2546960 C2 RU2546960 C2 RU 2546960C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
ions
wall
beams
potential
Prior art date
Application number
RU2013140789/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013140789A (en
Inventor
Мурадин Абубекирович Кумахов
Original Assignee
Мурадин Абубекирович Кумахов
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 Мурадин Абубекирович Кумахов filed Critical Мурадин Абубекирович Кумахов
Priority to RU2013140789/07A priority Critical patent/RU2546960C2/en
Publication of RU2013140789A publication Critical patent/RU2013140789A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2546960C2 publication Critical patent/RU2546960C2/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
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method includes injecting accelerated ions of light elements into an evacuated ring channel (1) with a wall (2) made of a material capable of static-charge accumulation, having a longitudinal axis (3) in the form of a curved smooth line. Injectors (4a) and (4b) form two ion beams moving in the channel in the same or opposite directions, and transport ions of said beams with repeated passage of said ions through the channel in the direction of its longitudinal axial line. The particle beams are transported using a channel (1), which is provided with an electroconductive shell adjacent to its external surface or an electroconductive coating (5) deposited on said surface, on which a potential which induces a positive charge on the internal surface of the wall of the channel 1 is applied to obtain a potential barrier greater than the highest energy of the ions injected therein. A grid (6), on which a potential is also applied, is placed near the internal surface of the wall of the channel.
EFFECT: high probability of conducting nuclear reactions without the need to generate high-temperature plasma and use complex equipment to generate magnetic fields with a special configuration.
8 cl, 2 dwg

Description

Изобретения относятся к области ядерной физики, более конкретно - к управляемому ядерному синтезу, а именно к способу проведения реакции управляемого ядерного синтеза и устройству для его осуществления.The invention relates to the field of nuclear physics, and more specifically to controlled nuclear fusion, and in particular to a method for conducting a controlled nuclear fusion reaction and a device for its implementation.

Как известно, решение проблемы управляемого ядерного синтеза происходит по нескольким направлениям. Эти направления различаются путями преодоления кулоновского барьера и поддержания условий, при которых становится возможным сближение ядер, в течение времени, достаточно продолжительного для осуществления взаимодействия и слияния многих пар ядер с выделением энергии, превосходящей затраченную. Наибольшее развитие получили два из них. Первое направление характеризуется тем, что магнитными полями специальной формы удерживают в зоне реакции перегретую и сверхплотную плазму из тяжелых изотопов водорода. Вторым направлением является так называемый инерционный термоядерный синтез, при котором оказывают реализуемое в виде взрыва сверхсильное давление на частицы ядерного топлива, заполненные тяжелыми изотопами водорода, с помощью системы инициирования - мощного лазера, источника рентгеновского излучения, мощного импульсного электрического разряда или пучков тяжелых ионов (Е.П. Велихов, С.В. Путвинский. Термоядерная энергетика. Статус и роль в долгосрочной перспективе. Доклад, сделанный 22.10.1999 в Energy Center of the World Federation of Scientists [1], http://thermonuclear.narod.ru/rev.htm#vp).As you know, the solution to the problem of controlled nuclear fusion occurs in several directions. These directions differ in ways of overcoming the Coulomb barrier and maintaining the conditions under which it becomes possible to approach the nuclei for a time long enough for the interaction and fusion of many pairs of nuclei with the release of energy exceeding the expended. The most developed were two of them. The first direction is characterized by the fact that magnetic fields of a special shape hold in the reaction zone superheated and superdense plasma from heavy hydrogen isotopes. The second direction is the so-called inertial thermonuclear fusion, in which super-strong pressure is realized in the form of an explosion on nuclear fuel particles filled with heavy hydrogen isotopes using an initiation system - a powerful laser, an x-ray source, a powerful pulsed electric discharge or heavy ion beams (E .P. Velikhov, S.V. Putvinsky, Thermonuclear Energy. Status and Role in the Long-Term Perspective, Report made on 10/22/1999 at the Energy Center of the World Federation of Scientists [1], http: //thermonuclear.narod .ru / rev.htm # vp).

Установки, предназначенные для осуществления термоядерного синтеза в рамках первого направления, в частности типа "токамак", чрезвычайно сложны, в том числе вследствие наличия ряда факторов, порождающих неустойчивость плазмы, и необходимости борьбы с ними (см.: М. Хеглер, М. Кристиансен. Введение в управляемый термоядерный синтез. Москва, изд. "МИР", 1980, 232 с. [2]).Installations intended for thermonuclear fusion within the framework of the first area, in particular, the tokamak type, are extremely complex, including due to the presence of a number of factors that cause plasma instability and the need to combat them (see: M. Hegler, M. Christiansen Introduction to Controlled Thermonuclear Fusion (Moscow, MIR Publishing House, 1980, 232 pp. [2]).

Не менее сложна реализация ядерного синтеза и по второму направлению (см.: Ядерный синтез с инерционным удержанием. Современное состояние и перспективы для энергетики. Под ред. Б.Ю. Шаркова. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2005, 264 с. [3]). Основная физическая задача в этом направлении управляемого термоядерного синтеза заключается в снижении полной энергии упомянутого взрыва до уровня, который позволит сделать практический термоядерный реактор.Implementation of nuclear fusion in the second direction is no less difficult (see: Nuclear fusion with inertial confinement. Current status and prospects for energy. Edited by B. Yu. Sharkov. Moscow, FIZMATLIT, 2005, 264 pp. [3]). The main physical task in this direction of controlled thermonuclear fusion is to reduce the total energy of the aforementioned explosion to a level that will make it possible to make a practical thermonuclear reactor.

Ни одно из этих направлений не привело пока к созданию практически эксплуатируемых систем. Как указано в [1], работы в обоих направлениях подошли лишь к созданию экспериментальных машин с положительным выходом энергии, в которых будут проверены основные элементы будущих термоядерных реакторов.None of these areas has yet led to the creation of practically operational systems. As indicated in [1], work in both directions only approached the creation of experimental machines with a positive energy output, in which the basic elements of future thermonuclear reactors will be tested.

Авторами работы [2] (с.16) отмечается существование еще одного направления. Таким направлением является термоядерный синтез в сталкивающихся пучках частиц (ионов).The authors of [2] (p.16) note the existence of another direction. Such a direction is thermonuclear fusion in colliding beams of particles (ions).

Известны технические решения в данном направлении. Так, в патенте Российской Федерации на изобретение №2237297 [4], опубл. 28.08.2002, предлагается осуществлять реакцию синтеза во встречных пучках, вводимых в межплоскостные промежутки кристалла, используя явление каналирования частиц в кристалле (М.А. Кумахов. Излучение каналированных частиц в кристаллах. Москва. Энергоатомиздат, 1986, 161 с. [5]). В патенте Российской Федерации на полезную модель №46211 [6], опубл. 10.06.2005, реакцию термоядерного синтеза предлагается осуществлять в прямолинейном цилиндрическом коллайдере, выполненном из диэлектрического материала. В обоих технических решениях по патентам [4], [6] используемые для каналирования пучков средства способствуют уменьшению рассеяния частиц, которое для данного направления в работе [3] рассматривается как причина существенных энергетических потерь, приводящая к невозможности компенсировать затраты на ускорение ионов и получить положительный выход энергии. Однако при присущей этим техническим решениям геометрии частицы, образующие прямолинейный пучок, лишь однократно имеют возможность столкнуться с частицей встречного пучка. Плотность энергии, производимой в таких реакторах, слишком мала, вследствие чего к ним применим скептический вывод авторов работы [2] относительно перспективности данного направления.Known technical solutions in this direction. So, in the patent of the Russian Federation for the invention No. 2237297 [4], publ. August 28, 2002, it is proposed to carry out the synthesis reaction in colliding beams introduced into the interplanar spaces of the crystal using the channeling of particles in the crystal (MA Kumakhov. Radiation of channeled particles in crystals. Moscow. Energoatomizdat, 1986, 161 p. [5]) . In the patent of the Russian Federation for utility model No. 46111 [6], publ. 06/10/2005, the fusion reaction is proposed to be carried out in a rectilinear cylindrical collider made of a dielectric material. In both technical solutions for patents [4], [6], the means used for channeling beams reduce particle scattering, which for this direction in [3] is considered as a cause of significant energy losses, which makes it impossible to compensate for the ion acceleration costs and obtain a positive energy output. However, with the geometry inherent to these technical solutions, the particles forming a rectilinear beam only once have the opportunity to collide with a particle of the oncoming beam. The density of energy produced in such reactors is too low, as a result of which we can apply the skeptic conclusion of the authors of [2] regarding the prospects of this direction.

Вместе с тем в работе [2] (с.16) отмечается возможность исключения из такого вывода. Этим исключением является мигматрон. Последнему посвящен ряд патентов, в частности патент Канады №987035 [7], опубл. 06.06.1976, и патент Великобритании №1422545 [8], опубл. 28.01.1976, а также патент США №4788024 [9], опубл. 29.11.1988, в котором описано усовершенствование технических решений по патентам [7], [8]. Особенностью мигматрона является то, что в нем имеет место накопление частиц, осуществляющих периодическое движение, благодаря чему они участвуют в "попытках" столкновения многократно. Это достигается за счет весьма сложной конфигурации магнитного поля, создаваемого в рабочем объеме, в который инжектируются частицы. Частицы движутся по близким к круговым траекториям, смещенным к периферии указанного объема, одновременно прецессируя таким образом, что центры описываемых ими окружностей сами движутся по окружностям большего радиуса. Траектории частиц проходят через центр упомянутого объема, благодаря чему в центральной области для каждой частицы всегда найдется другая движущаяся навстречу ей по своей круговой траектории частица. Строго говоря, в мигматроне, в отличие от технических решений по патентам [4] и [5], нет сталкивающихся пучков как таковых. Вместе с тем, в отличие от решений, предусматривающих использование высокотемпературной плазмы, в которой частицы движутся хаотически, в мигматроне используются частицы, принадлежащие одному и тому же исходному пучку, движущиеся по упорядоченным траекториям, что и позволяет отнести мигматрон к той же группе, что и решения по патентам [4] и [5]. В патенте США №5034183 [10], опубл. 23.07.1991, описано техническое решение, реализующее сходный принцип. За счет усложнения магнитной системы, управляющей формированием траекторий частиц, последние похожи на восьмерки с точкой пересечения в центре рабочего объема: они имеют вид дуг окружностей в периферийной части рабочего объема, сопряженных с прямыми линиями, сходящимися в центре рабочего объема. Достигнув центра, частица далее движется по радиусу в периферийном направлении, затем описывает дугу окружности и снова возвращается по радиусу к центру. Благодаря этому достигается более высокая концентрация частиц в центральной зоне рабочего объема.However, in [2] (p.16), the possibility of exclusion from such a conclusion is noted. This exception is the migmatron. The latter is devoted to a number of patents, in particular Canadian patent No. 987035 [7], publ. 06/06/1976, and UK patent No. 1422545 [8], publ. 01/28/1976, as well as US patent No. 4788024 [9], publ. 11.29.1988, which describes the improvement of technical solutions for patents [7], [8]. A feature of the migmatron is that it has an accumulation of particles that carry out periodic motion, due to which they participate in the "attempts" of the collision many times. This is achieved due to the very complex configuration of the magnetic field created in the working volume into which the particles are injected. Particles move along close to circular paths displaced to the periphery of the indicated volume, at the same time precessing in such a way that the centers of the circles described by them themselves move along circles of a larger radius. Particle trajectories pass through the center of the volume, so that in the central region for each particle there is always another particle moving towards it along its circular path. Strictly speaking, in a migmatron, unlike technical solutions for patents [4] and [5], there are no colliding beams as such. At the same time, in contrast to solutions involving the use of a high-temperature plasma in which particles move randomly, the migmatron uses particles belonging to the same initial beam moving along ordered trajectories, which allows the migmatron to be assigned to the same group as patent decisions [4] and [5]. In US patent No. 5034183 [10], publ. 07/23/1991, described a technical solution that implements a similar principle. Due to the complexity of the magnetic system that controls the formation of particle trajectories, the latter are similar to eights with an intersection point in the center of the working volume: they have the form of circular arcs in the peripheral part of the working volume, conjugated with straight lines converging in the center of the working volume. Having reached the center, the particle further moves along the radius in the peripheral direction, then describes the arc of a circle and again returns along the radius to the center. Due to this, a higher concentration of particles in the central zone of the working volume is achieved.

В качестве общей особенности различных вариантов ([7]-[10]) конструкции мигматрона и реализуемых с их помощью способов следует отметить то, что в них не используется плазма. Благодаря этому они свободны от всех проблем, связанных с нею, в том числе от необходимости обеспечивать ее сверхвысокую температуру. В этом смысле соответствующие реакторы можно было бы не называть термоядерными (что и отмечают авторы изобретений по указанным патентам), однако участвующие в реакциях синтеза частицы все же имеют весьма высокие скорости и, следовательно, в зоне их высокой концентрации имеет место высокая температура. Вместе с отмеченной общей особенностью имеет место и другая, обусловленная необходимостью формирования магнитных полей весьма сложной конфигурации и высокой напряженности (так, согласно патенту [9], необходимо создание полей с индукцией до 6 тесла; кроме того, согласно этому патенту дополнительно требуется электростатическое управление). Тем не менее отмеченные факторы не сравнимы с проблемой магнитного удержания плазмы в "токамаках".As a common feature of the various options ([7] - [10]) of the design of the migmatron and the methods implemented with their help, it should be noted that they do not use plasma. Thanks to this, they are free from all problems associated with it, including the need to provide its ultra-high temperature. In this sense, the corresponding reactors could not be called thermonuclear (as noted by the inventors of the indicated patents), however, the particles participating in the synthesis reactions still have very high speeds and, therefore, a high temperature takes place in the zone of their high concentration. Along with the noted general feature, there is another, due to the need to form magnetic fields of a very complex configuration and high tension (so, according to the patent [9], it is necessary to create fields with induction up to 6 Tesla; in addition, according to this patent, electrostatic control is additionally required) . Nevertheless, the noted factors are not comparable with the problem of magnetic plasma confinement in “tokamaks”.

К данному направлению примыкает техническое решение по патенту Российской Федерации №2462009 [11], опубл. 20.09.2012. Одно из изобретений этого патента относится к конструкции коллайдера, предназначенного в том числе для осуществления взаимодействия пучков заряженных частиц с целью проведения термоядерной реакции.Adjacent to this direction is the technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2462009 [11], publ. 09/20/2012. One of the inventions of this patent relates to the design of a collider, which is intended, inter alia, for the interaction of charged particle beams in order to conduct a thermonuclear reaction.

Описание использования и работы этого коллайдера раскрывает способ проведения такой реакции, предусматривающий инжектирование ускоренных ионов тяжелых изотопов водорода в вакуумированный кольцевой канал в одном и том же или встречных направлениях. Введенные в канал ионы транспортируют по каналу с совершением ими множества оборотов в процессе перемещения в направлении продольной осевой линии канала. Указанный канал должен быть выполнен из материала, способного к электризации, причем должно быть соблюдено соотношение в виде неравенстваA description of the use and operation of this collider discloses a method for carrying out such a reaction, which involves injecting accelerated ions of heavy hydrogen isotopes into the evacuated annular channel in the same or opposite directions. The ions introduced into the channel are transported along the channel with the fulfillment of many revolutions during the movement in the direction of the longitudinal axial line of the channel. The specified channel must be made of material capable of electrification, and the ratio in the form of inequality

E / Q < R d U п р / h , ( )

Figure 00000001
E / Q < R d U P R / h , ( )
Figure 00000001

связывающего следующие параметры:linking the following parameters:

- наименьший радиус R кривизны продольной осевой линии указанного канала, которая должна быть выпуклой гладкой кривой (в частном случае, когда эта линия является окружностью, - радиус этой окружности);- the smallest radius R of curvature of the longitudinal axial line of the specified channel, which should be a convex smooth curve (in the particular case when this line is a circle, the radius of this circle);

- наибольшая энергия Е, которую могут иметь заряженные частицы при транспортировании их по каналу;- the largest energy E that charged particles can have when transporting them along the channel;

- заряд Q частиц, для работы с которыми предназначен коллайдер;- charge Q of particles for which the collider is intended;

- наименьшая толщина d стенки канала (при постоянной толщине стенки - просто эта толщина);- the smallest thickness d of the channel wall (with a constant wall thickness - just this thickness);

- электрическая прочность Uпр материала стенки канала;- dielectric strength U pr material of the channel wall;

- наибольшее расстояние h между двумя точками внутренней поверхности канала, расположенными в поперечном сечении канала на одной и той же нормали к указанной поверхности (при круглой форме поперечного сечения канала - то же самое, что его внутренний диаметр, т.е. диаметр просвета).- the greatest distance h between two points of the inner surface of the channel located in the cross section of the channel on the same normal to the indicated surface (with a round cross-sectional shape of the channel, it is the same as its inner diameter, i.e. the diameter of the lumen).

Способ и коллайдер по патенту [11] наиболее близки к предлагаемым изобретениям.The method and collider according to the patent [11] are closest to the proposed inventions.

При указанном характере движения ионов их взаимодействие со слиянием ядер происходят равновероятно в любом месте внутреннего пространства канала в пределах общей для обоих пучков ионов части объема этого пространства.With the indicated nature of the motion of ions, their interaction with the fusion of nuclei occurs equally likely anywhere in the internal space of the channel within the common part of the volume of this space for both ion beams.

Конструкция известного коллайдера, наиболее близкого к предлагаемому устройству, как видно из приведенного выше описания, весьма проста. При соблюдении приведенного соотношения обеспечивается движение заряженных частиц (упомянутых ионов) в канале без контакта с его стенками благодаря электризации последних самими инжектируемыми частицами. При этом частицы каждого из пучков, осуществляя описанное многооборотное движение в канале, имеют возможность столкновения с частицами другого пучка (встречного при противоположных направлениях движения пучков или "догоняющего" при одинаковом направлении движения) на протяжении всего времени движения и во всем объеме внутреннего пространства канала, занимаемого пучками. В описании патента [11] показана принципиальная возможность осуществления реакций типа дейтрон-дейтрон или дейтрон-тритон с положительным выходом энергии.The design of the known collider closest to the proposed device, as can be seen from the above description, is very simple. Subject to the above ratio, the movement of charged particles (the aforementioned ions) in the channel without contact with its walls is ensured due to the electrification of the latter by the injected particles themselves. In this case, the particles of each of the beams, carrying out the described multi-turn movement in the channel, have the possibility of collision with the particles of another beam (counterpropagating in the opposite directions of the movement of the beams or “catching up” with the same direction of movement) throughout the entire time of movement and in the entire volume of the internal space of the channel occupied by beams. The patent description [11] shows the fundamental possibility of carrying out deuteron-deuteron or deuteron-triton reactions with a positive energy yield.

Вместе с тем соблюдение приведенного выше соотношения (*) не гарантирует сохранения в движущихся пучках ионов, участвовавших во взаимодействии, которое не привело к слиянию ядер и способно вызвать рассеяние частиц с отклонением их от первоначального направления движения, вплоть до попадания на стенку канала. Кроме того, соблюдение этого соотношения может оказаться невозможным, в частности, при большой энергии частиц (например, при использовании ионов более тяжелых элементов, чем изотопы водорода) или большом диаметре канала.At the same time, observance of the above relation (*) does not guarantee the preservation of ions in moving beams that participated in the interaction, which did not lead to nuclear fusion and can cause scattering of particles with their deviation from the original direction of motion, up to hit the channel wall. In addition, the observance of this ratio may not be possible, in particular, with a high energy of particles (for example, when using ions of heavier elements than isotopes of hydrogen) or a large diameter of the channel.

Предлагаемые изобретения направлены на достижение технического результата, заключающегося в предотвращении подобных ситуаций, т.е. рассеяния ионов, испытавших сближение, не приведшее к слиянию ядер, и обеспечении продолжения движения частиц в пучке с сохранением условий для их участия в дальнейших актах взаимодействия, в том числе при невозможности соблюдения соотношения (*). В конечном счете это позволит повысить вероятность взаимодействий с получением нейтронов и положительным выходом энергии. При этом сохраняются способствующие такому результату факторы: возможность одновременного участия в актах взаимодействия всех находящихся в канале частиц в течение всего времени их движения при совершении ими многих миллионов оборотов в кольцевом канале и во всем объеме его внутреннего пространства, занимаемого пучками частиц. Достигаемый технический результат заключается также в том, что энергия Е ионов может быть увеличена по сравнению с той, которая при заданных свойствах материала стенки и геометрии канала определяется правой частью неравенства (*), а при заданной энергии Е ионов радиус R кривизны канала может быть выбран меньше, а диаметр h просвета канала - больше, чем это определяется левой частью неравенства (*), ограничивающей снизу отношение R/h.The proposed invention is aimed at achieving a technical result, which consists in preventing such situations, i.e. scattering of ions that have experienced approaching, which did not lead to nuclear fusion, and ensuring the continued motion of particles in the beam while maintaining the conditions for their participation in further interaction events, including the impossibility of observing relation (*). Ultimately, this will increase the likelihood of interactions with the production of neutrons and a positive energy output. At the same time, factors contributing to this result remain: the possibility of simultaneous participation in the interaction acts of all particles in the channel during the entire time of their movement when they make many millions of revolutions in the annular channel and in the entire volume of its internal space occupied by particle beams. The technical result achieved also lies in the fact that the energy of E ions can be increased compared to that which, for given properties of the wall material and channel geometry, is determined by the right-hand side of the inequality (*), and for a given energy of E ions, the radius of curvature of the channel can be selected is smaller, and the diameter h of the channel clearance is larger than that determined by the left-hand side of inequality (*), which limits the R / h ratio from below.

Ниже при дальнейшем раскрытии изобретений могут быть названы и другие виды достигаемого технического результата.Below, with further disclosure of inventions, other types of technical result achieved can be mentioned.

В предлагаемом способе проведения реакции управляемого ядерного синтеза, как и в наиболее близком к нему известном способе, реализуемом при использовании коллайдера по патенту [11], осуществляют инжектирование ускоренных ионов легких элементов в вакуумированный кольцевой канал со стенкой, выполненной из материала, способного к электризации, имеющий продольную ось в виде выпуклой гладкой линии, создавая два пучка указанных ионов, движущихся в одном и том же или встречных направлениях, и транспортируют ионы указанных пучков с многократным прохождением ими указанного канала в направлении его продольной осевой линии, обеспечивая этим возможность взаимодействия ионов со слиянием ядер в любом месте общей для обоих указанных пучков части внутреннего пространства указанного канала.In the proposed method for conducting a controlled nuclear fusion reaction, as well as in the closest known method implemented using the collider according to the patent [11], accelerated ions of light elements are injected into a vacuum annular channel with a wall made of material capable of electrification, having a longitudinal axis in the form of a convex smooth line, creating two beams of these ions moving in the same or opposite directions, and transporting the ions of these beams with multiple passage of said channel in the direction of its longitudinal center line, thereby providing a possibility of the interaction of ions with the fusion of the nuclei anywhere common to both of the beams of the inner space of said channel.

Для достижения указанного технического результата, в отличие от наиболее близкого известного способа по патенту [11], в предлагаемом способе используют указанный канал, дополнительно снабженный прилегающей к внешней поверхности его стенки электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием. На указанные оболочку или покрытие подают потенциал, индуцирующий на внутренней поверхности стенки указанного канала положительный заряд с получением в этом канале потенциального барьера, превышающего наибольшую энергию инжектируемых в него ионов.To achieve the specified technical result, in contrast to the closest known method according to the patent [11], the proposed method uses the specified channel, additionally equipped with an electrically conductive shell adjacent to the outer surface of its wall or deposited with an electrically conductive coating. A potential is applied to said shell or coating, which induces a positive charge on the inner surface of the wall of said channel to produce a potential barrier in this channel that exceeds the highest energy of the ions injected into it.

В различных частных случаях осуществления предлагаемого способа при инжектировании ускоренных ионов легких элементов в указанный канал могут быть использованы:In various special cases, the implementation of the proposed method for the injection of accelerated ions of light elements into the specified channel can be used:

- ионы изотопа водорода дейтерия D для создания обоих указанных пучков,- ions of the hydrogen isotope deuterium D to create both of these beams,

- ионы изотопа водорода дейтерия D для создания одного из указанных двух пучков и ионы изотопа водорода трития Т - для создания другого пучка,- ions of the hydrogen isotope deuterium D to create one of these two beams and ions of the hydrogen isotope of tritium T - to create another beam,

- ионы изотопа водорода дейтерия D для создания одного из указанных двух пучков и ионы изотопа гелия He3 - для создания другого пучка,- ions of the hydrogen isotope deuterium D to create one of these two beams and ions of the helium isotope He 3 to create another beam,

- ионы водорода Н (протоны) для создания одного из указанных двух пучков и ионы изотопа лития Li6 - для создания другого пучка.- hydrogen ions H (protons) to create one of these two beams and ions of lithium isotope Li 6 - to create another beam.

Предлагаемое устройство для проведения реакции управляемого ядерного синтеза, как и наиболее близкое к нему известное устройство (коллайдер по патенту [11]), содержит вакуумированный кольцевой канал со стенкой, выполненной из материала, способного к электризации, имеющий продольную ось в виде выпуклой гладкой линии, и два инжектора ускоренных ионов легких элементов, установленных с возможностью введения в указанный канал этих ионов в одном и том же или встречных направлениях.The proposed device for conducting a controlled nuclear fusion reaction, as well as the closest known device (collider according to the patent [11]), contains a vacuum annular channel with a wall made of material capable of electrification, having a longitudinal axis in the form of a convex smooth line, and two injectors of accelerated ions of light elements mounted with the possibility of introducing into the specified channel these ions in the same or opposite directions.

Для достижения указанного технического результата, в отличие от наиболее близкого известного устройства по патенту [11], в предлагаемом устройстве указанный канал снабжен прилегающей к внешней поверхности его стенки электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием. Указанные оболочка или покрытие являются электродом для подключения к внешнему источнику напряжения.To achieve the specified technical result, in contrast to the closest known device according to the patent [11], in the proposed device the specified channel is equipped with an electrically conductive shell adjacent to the outer surface of its wall or an electrically conductive coating deposited on this surface. Said sheath or coating is an electrode for connection to an external voltage source.

Они предназначены для подачи на них при работе устройства потенциала, индуцирующего на внутренней поверхности стенки указанного канала заряд, обеспечивающий получение в этом канале возле внутренней поверхности его стенки потенциального барьера, превышающего наибольшую энергию инжектируемых в канал ионов. Индуцированный положительный заряд может существенно превосходить заряд, создаваемый при осуществлении наиболее близкого известного способа на стенке канала в наиболее близком известном устройстве ионами самих движущихся в канале пучков, и практически может быть сделан любым, позволяющим обеспечить создание потенциального барьера, непреодолимого для ионов пучков. Данная мера позволяет обеспечить достижение и сохранение всех названных выше видов технического результата. Следует также особо отметить, что благодаря этой мере предлагаемые способ и устройство по-прежнему свободны от необходимости создания высокотемпературной плазмы и одновременно от всех сопутствующих этому проблем, в частности использования сложнейших средств для создания магнитных полей особой конфигурации. Благодаря отмеченной выше возможности более широкого варьирования энергии ионов и геометрических параметров канала обеспечиваются как большая свобода выбора при проектировании, в зависимости от тех или иных предпочтений, так и возможность использовать одно и то же устройство при изменении энергий инжектируемых ионов.They are designed to supply a potential device to them during operation, inducing a charge on the inner surface of the wall of the specified channel that provides a potential barrier in this channel near the inner surface of its wall that exceeds the highest energy of ions injected into the channel. The induced positive charge can significantly exceed the charge created by the closest known method on the channel wall in the closest known device by the ions of the beams moving in the channel themselves, and can practically be done by any one that allows creating a potential barrier insurmountable for the beam ions. This measure allows you to ensure the achievement and preservation of all of the above types of technical result. It should also be noted that due to this measure, the proposed method and device are still free from the need to create a high-temperature plasma and at the same time from all the problems associated with this, in particular the use of sophisticated means to create magnetic fields of a special configuration. Due to the aforementioned possibility of a wider variation of the ion energy and the geometric parameters of the channel, both greater freedom of choice during design, depending on particular preferences, and the ability to use the same device when changing the energies of the injected ions are ensured.

В частном случае реализации предлагаемого способа в нем дополнительно осуществляют улавливание ионов, могущих выделяться из материала стенки указанного канала, в частности в результате вторичной эмиссии под действием попадающих на эту стенку инжектированных в указанный канал и движущихся в нем ионов. Другой, более существенной причиной такой эмиссии являются попадающие на стенку канала ионы и нейтроны, являющиеся продуктами осуществляемой реакции термоядерного синтеза. Упомянутое улавливание производят с помощью электропроводящей сетки, размещенной в указанном канале вблизи внутренней поверхности его стенки без контакта с нею. Для этого на указанную сетку подают потенциал, вызывающий локальное изменение распределения потенциала в просвете канала с образованием провала в промежутке указанная сетка - внутренняя поверхность стенки. Такая мера предотвращает попадание упомянутых вторичных ионов в рабочую зону канала, которое могло бы привести к снижению вероятности термоядерных процессов.In the particular case of the implementation of the proposed method, it additionally traps ions that can be released from the material of the wall of the specified channel, in particular as a result of secondary emission under the influence of the ions injected into the specified channel and moving in it and entering the specified channel. Another, more significant reason for such emission is ions and neutrons falling on the channel wall, which are the products of the ongoing fusion reaction. Mentioned capture is carried out using an electrically conductive mesh placed in the specified channel near the inner surface of its wall without contact with it. To do this, a potential is applied to the specified grid, causing a local change in the potential distribution in the channel lumen with the formation of a gap in the gap between the specified grid and the inner surface of the wall. Such a measure prevents the mentioned secondary ions from entering the working zone of the channel, which could lead to a decrease in the probability of thermonuclear processes.

Соответственно, предлагаемое устройство может дополнительно содержать электропроводящую сетку, установленную в указанном канале вблизи внутренней поверхности его стенки без касания с нею. Эта сетка является дополнительным электродом для подключения к внешнему источнику напряжения.Accordingly, the proposed device may further comprise an electrically conductive grid installed in the specified channel near the inner surface of its wall without touching it. This grid is an additional electrode for connecting to an external voltage source.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых показаны:The invention is illustrated by drawings, which show:

- на фиг.1 - предлагаемое устройство для осуществления способа по предлагаемому изобретению в случае использования встречных пучков;- figure 1 - the proposed device for implementing the method according to the invention in the case of using oncoming beams;

- на фиг.2 - распределение потенциала в просвете канала предлагаемого устройства при отсутствии и при наличии сетки, установленной вблизи внутренней поверхности стенки канала.- figure 2 - potential distribution in the lumen of the channel of the proposed device in the absence and presence of a mesh installed near the inner surface of the channel wall.

Предлагаемое устройство содержит (фиг.1) вакуумированный кольцевой канал 1 со стенкой 2, выполненной из материала, способного к электризации, например стекла, керамики с хорошими электроизоляционными свойствами, высокой электрической прочностью и термостойкостью. Канал 1 имеет продольную ось 3 в виде выпуклой гладкой (не имеющей скачков производной) линии (на чертеже показана только часть этой линии, являющейся в данном частном случае окружностью радиуса R с центром О). В правой части фиг.1 в увеличенном виде показано поперечное сечение канала 1 в частном случае, когда оно является круглым; h - диаметр просвета канала, d - толщина его стенки. Круглая форма поперечного сечения канала является предпочтительной, но не обязательной. Возможна, например, эллиптическая или овальная форма. Устройство содержит также два инжектора, схематически представленных позициями 4a и 4b, предназначенных для введения в указанный канал ускоренных ионов легких элементов.The proposed device contains (Fig. 1) a vacuum annular channel 1 with a wall 2 made of a material capable of electrification, such as glass, ceramics with good electrical insulation properties, high electrical strength and heat resistance. Channel 1 has a longitudinal axis 3 in the form of a convex smooth (jump-free derivative) line (the drawing shows only part of this line, which in this particular case is a circle of radius R with center O). On the right side of FIG. 1, an enlarged view shows the cross section of channel 1 in the particular case when it is round; h is the diameter of the lumen of the channel, d is the thickness of its wall. A circular channel cross-sectional shape is preferred, but not required. For example, an elliptical or oval shape is possible. The device also contains two injectors, schematically represented by positions 4a and 4b, for introducing accelerated ions of light elements into said channel.

В представленном на фиг.1 случае инжекторы 4a и 4b установлены таким образом, что пучки ионов после введения их в канал 1 направлены навстречу друг другу, как показано стрелками A и B. Для обеспечения движения пучков в одном и том же направлении (случай "догоняющих пучков") оба инжектора должны быть ориентированы относительно кольцевого канала одинаковым образом. Кроме того, согласно фиг.1 инжекторы 4a и 4b установлены со стороны кольцевого канала 1, обращенной к центру кольца. Такое размещение не является обязательным, инжекторы могут быть установлены и с другой стороны.In the case shown in FIG. 1, the injectors 4a and 4b are installed in such a way that the ion beams, after introducing them into the channel 1, are directed towards each other, as shown by arrows A and B. To ensure the beams move in the same direction (the case of “catching up” beams "), both injectors shall be oriented with respect to the annular channel in the same way. In addition, according to figure 1, the injectors 4a and 4b are installed on the side of the annular channel 1, facing the center of the ring. Such placement is optional, injectors can be installed on the other hand.

Канал 1 снабжен прилегающей к внешней поверхности его стенки 2 электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием. Указанные оболочка или покрытие показаны позицией 5 только на правой части фиг.1, поскольку масштаб левой части не позволяет сделать это.Channel 1 is equipped with an electrically conductive shell adjacent to the outer surface of its wall 2 or an electrically conductive coating deposited on this surface. The specified shell or coating is shown at 5 only on the right side of FIG. 1, since the scale of the left side does not allow this.

При инжектировании в канал 1 ионов в нем возникают встречные ионные пучки или пучки, один из которых "догоняет" другой, в зависимости от того, как установлены инжекторы 4a и 4b. Эти пучки, движущиеся встречно или в одном и том же направлении, но с разными скоростями, "проходят" один сквозь другой, что создает условия для сближения ионов одного пучка с ионами другого и слияния их ядер с выделением энергии.When ions are injected into channel 1, counterpropagating ion beams or beams arise in it, one of which “catches up” with the other, depending on how the injectors 4a and 4b are installed. These beams moving in the opposite direction or in the same direction, but with different speeds, “pass” through one another, which creates the conditions for the approach of the ions of one beam with the ions of another and the fusion of their nuclei with the release of energy.

Наличие на электропроводящей оболочке (покрытии) 5 внешней поверхности стенки 2 потенциала, индуцирующего на внутренней поверхности стенки 2 положительный заряд, обеспечивает возникновение в канале возле этой поверхности потенциального барьера. Соответствующее спадающее к центру распределение потенциала U(r) в просвете канала вдоль радиуса его поперечного сечения показано на фиг.2 сплошной линией (координата r отсчитывается от центра поперечного сечения канала и поэтому имеет наибольшее значение h/2). Упомянутый потенциал подбирают так, чтобы энергия движения ионов в поперечном направлении была недостаточна для преодоления величины UB потенциального барьера.The presence on the electrically conductive shell (coating) 5 of the outer surface of the wall 2 of the potential inducing a positive charge on the inner surface of the wall 2 ensures that a potential barrier appears in the channel near this surface. The corresponding potential distribution U (r) decreasing toward the center in the channel lumen along the radius of its cross section is shown in Fig. 2 by a solid line (the coordinate r is counted from the center of the channel cross section and therefore has the highest value h / 2). The mentioned potential is selected so that the energy of ion movement in the transverse direction is insufficient to overcome the value U B of the potential barrier.

В результате ион, отклонившийся от первоначального направления движения после несостоявшегося слияния ядер этого и другого сблизившегося с ним иона, не может попасть на стенку канала и "не выходит из игры". Вместе с тем создаваемый потенциальный барьер не является непреодолимым препятствием для ионов, являющихся продуктами осуществляемой реакции термоядерного синтеза (см. ниже), поскольку их энергия существенно выше энергии ионов исходных инжектируемых пучков. Благодаря этому стенка канала, на которую попадают такие ионы, способна преобразовать их кинетическую энергию в тепловую и может служить источником тепла для дальнейших использования и преобразования, выходящих за рамки предлагаемых изобретений. Стенка 2 канала играет, таким образом, роль первой стенки термоядерного реактора, в котором могут быть использованы предлагаемые способ и устройство. Изменяя величину указанного потенциала, обеспечивающего создание потенциального барьера, можно регулировать количество способных к сближению ионов инжектируемых пучков и тем самым влиять на вероятность протекания процессов термоядерного синтеза.As a result, an ion that deviates from the original direction of motion after the failed fusion of the nuclei of this and another ion approaching it cannot reach the channel wall and "does not exit the game." At the same time, the potential barrier created is not an insurmountable obstacle for ions, which are the products of the ongoing fusion reaction (see below), since their energy is much higher than the ion energy of the initial injected beams. Due to this, the channel wall onto which such ions fall is capable of converting their kinetic energy into thermal energy and can serve as a heat source for further use and conversion, which are beyond the scope of the proposed inventions. The wall 2 of the channel thus plays the role of the first wall of a thermonuclear reactor, in which the proposed method and device can be used. By changing the value of the indicated potential, which ensures the creation of a potential barrier, it is possible to control the number of injected beams capable of converging ions and thereby affect the probability of thermonuclear fusion processes.

В процессе работы устройства упомянутый потенциальный барьер с некоторой вероятностью может все-таки быть преодолен отдельными ионами инжектируемых пучков. Такие ионы, попадая на внутреннюю поверхность стенки диэлектрического канала, способны вызвать эмиссию ионов из вещества стенки. Такое же действие оказывают ионы и нейтроны, возникающие в результате осуществления в устройстве термоядерной реакции. Появление эмитируемых ионов в канале оказывает влияние, аналогичное ухудшению вакуума, и способно уменьшить вероятность взаимодействия ионов инжектируемых пучков, приводящего к слиянию их ядер.In the process of operation of the device, the mentioned potential barrier with some probability can still be overcome by individual ions of the injected beams. Such ions, falling on the inner surface of the wall of the dielectric channel, can cause the emission of ions from the wall material. The same effect is exerted by ions and neutrons resulting from the implementation of a thermonuclear reaction in the device. The appearance of emitted ions in the channel has an effect similar to a deterioration of the vacuum, and can reduce the likelihood of interaction of ions of the injected beams, leading to the fusion of their nuclei.

Для предотвращения этого явления в частном случае выполнения предлагаемого устройства и осуществления с его помощью предлагаемого способа предусмотрено наличие сетки 6, установленной вблизи внутренней поверхности стенки 2 канала 1 без касания с нею. Сетка 6, как и оболочка или покрытие 5, показана только на правой части фиг.1.To prevent this phenomenon in the particular case of the implementation of the proposed device and the implementation of the proposed method with its help, the presence of a grid 6 is provided, which is installed near the inner surface of the wall 2 of the channel 1 without touching it. Mesh 6, like the shell or coating 5, is shown only on the right side of FIG.

На сетку 6 подают вспомогательный потенциал, вызывающий такое локальное изменение распределения потенциала в просвете канала, которое создает провал в промежутке сетка 6 - внутренняя поверхность стенки 2. Измененное распределение потенциала в просвете канала вдоль радиуса его поперечного сечения изображено на фиг.2 штриховой линией. Отрезок Δr соответствует расстоянию между сеткой 6 и внутренней поверхностью стенки 2 канала 1. В результате сетка 6 оказывается способной "улавливать" вторичные ионы, эмитируемые внутренней поверхностью стенки канала. Электроны, которые при этом тоже могут эмитироваться поверхностью стенки, не представляют опасности, так как оседают на ней, поскольку она имеет положительный заряд. Для улавливания эмитируемых стенкой 2 вторичных ионов достаточна небольшая (несколько процентов от UB) величина ΔU потенциальной ямы (провала в распределении потенциала, см. фиг.2), поскольку энергия этих ионов невелика. Выйдя из стенки 2, такие ионы находятся в указанной потенциальной яме и не могут преодолеть локальный потенциальный барьер ΔU и попасть рабочую в зону канала, в которой происходит взаимодействие инжектируемых ионных пучков. Очевидно, что при выборе вспомогательного потенциала, приводящем к слишком малой глубине провала в распределении потенциала (доли процента или менее), улавливание вторичных ионов может оказаться недостаточно эффективным. В случае же отклонения при выборе этого потенциала в противоположную сторону может произойти столь существенное искажение картины индуцирования положительных зарядов на внутренней поверхности стенки 2, что вообще станет невозможным получение требуемого потенциального барьера.An auxiliary potential is applied to the grid 6, causing such a local change in the potential distribution in the channel lumen that creates a gap in the gap between the grid 6 and the inner surface of the wall 2. The changed potential distribution in the channel lumen along its cross-section radius is shown in Fig. 2 by a dashed line. The segment Δr corresponds to the distance between the grid 6 and the inner surface of the wall 2 of the channel 1. As a result, the grid 6 is able to "pick up" secondary ions emitted by the inner surface of the channel wall. Electrons, which in this case can also be emitted by the wall surface, are not dangerous, since they settle on it, since it has a positive charge. To capture the secondary ions emitted by the wall 2, a small (a few percent of U B ) ΔU potential wells (a dip in the potential distribution, see figure 2) is sufficient, since the energy of these ions is small. Leaving wall 2, such ions are located in the indicated potential well and cannot overcome the local potential barrier ΔU and get the worker into the channel zone in which the injected ion beams interact. Obviously, when choosing an auxiliary potential that leads to a too shallow depth of the dip in the potential distribution (fractions of a percent or less), the capture of secondary ions may not be effective enough. In the case of deviation, when choosing this potential in the opposite direction, such a significant distortion of the pattern of inducing positive charges on the inner surface of wall 2 can occur that it will generally become impossible to obtain the required potential barrier.

Оболочка-покрытие и сетка не должны иметь разрывов, чтобы по всей длине канала они находились под одним и тем же потенциалом.The sheath-coating and the mesh should not have gaps so that they are under the same potential along the entire length of the channel.

В процессе инжектирования ионов в канал происходит их накопление, в результате чего ток, создаваемый каждым из пучков, может достигать больших значений. Благодаря этому, а также фокусирующему влиянию, оказываемому на ионы обоих пучков положительно заряженной внутренней поверхностью стенки канала, в канале возникает тонкий шнур с весьма высокой плотностью носителей заряда, способных к сближению, и может быть достигнута 100%-ная вероятность возникновения термоядерной реакции. Существенную роль при этом играет то обстоятельство, что ионы обоих пучков совершают круговое движение в канале, делая огромное количество оборотов и проходя огромное расстояние. Достижению указанной вероятности способствует также отмеченное выше уменьшение рассеяния ионов, предотвращение ухода из пучка ионов, отклонившихся от первоначального направления движения после несостоявшегося слияния ядер.During the injection of ions into the channel, they accumulate, as a result of which the current generated by each of the beams can reach large values. Due to this, as well as the focusing effect exerted on the ions of both beams by the positively charged inner surface of the channel wall, a thin cord appears in the channel with a very high density of charge carriers capable of approaching, and a 100% probability of a thermonuclear reaction can be achieved. An important role is played by the fact that the ions of both beams make circular motion in the channel, making a huge number of revolutions and passing a huge distance. Achieving the indicated probability is also facilitated by the aforementioned decrease in ion scattering, preventing the departure of ions from the beam that deviate from the original direction of motion after the failed nuclear fusion.

В зависимости от сочетания видов ионов, инжектируемых в канал, которые были названы выше, возможно протекание следующих реакций с выделением энергии в виде кинетической энергии заряженных частиц и нейтронов n:Depending on the combination of the types of ions injected into the channel, which were mentioned above, the following reactions can occur with the release of energy in the form of kinetic energy of charged particles and neutrons n:

D + D H e 3 + n + 3,27 М э В , ( 1 )

Figure 00000002
D + D H e 3 + n + 3.27 M uh AT , ( one )
Figure 00000002

D + D T + H + 3,27 М э В , ( 2 )

Figure 00000003
D + D T + H + 3.27 M uh AT , ( 2 )
Figure 00000003

D + T H e 4 + n + 17,58 М э В , ( 3 )

Figure 00000004
D + T H e four + n + 17.58 M uh AT , ( 3 )
Figure 00000004

D + H e 3 H e 4 + H + 18,34 М э В , ( 4 )

Figure 00000005
D + H e 3 H e four + H + 18.34 M uh AT , ( four )
Figure 00000005

H + L i 6 H e 4 + H e 3 + 4 М э В , ( 5 )

Figure 00000006
H + L i 6 H e four + H e 3 + four M uh AT , ( 5 )
Figure 00000006

(реакции (1) и (2) могут протекать одновременно).(reactions (1) and (2) can occur simultaneously).

Теоретические оценки, сделанные для реакции (3), показывают, что возможно получение суммарной мощности порядка 100 мегаватт при энергии инжектируемых ионов 100 кэВ и токе пучков порядка 30 А в предлагаемом устройстве, имеющем радиус осевой линии кольцевого канала R=4 м и диаметр просвета канала h=0,2 м (см. фиг.1); потенциальный барьер Uб при этом имеет величину 300 кэВ. При указанных параметрах расстояние, проходимое ионом до сближения с другим ионом, приводящего к слиянию ядер с вероятностью 1, составляет примерно 9·106 м, однако только около 2% ионов оказываются способными совершить такое сближение. Коэффициент преобразования энергии инжектируемых ионов в энергию, выделяемую в результате реакции, составляет примерно 33.Theoretical estimates made for reaction (3) show that it is possible to obtain a total power of the order of 100 megawatts with an injected ion energy of 100 keV and a beam current of about 30 A in the proposed device having an axial line radius of the annular channel R = 4 m and a channel clearance diameter h = 0.2 m (see figure 1); the potential barrier U b has a value of 300 keV. With these parameters, the distance traveled by the ion to the approach to another ion, leading to the fusion of nuclei with a probability of 1, is approximately 9 · 10 6 m, however, only about 2% of the ions are able to make such an approach. The conversion coefficient of the energy of the injected ions into the energy released as a result of the reaction is approximately 33.

Как и в проектируемых термоядерных реакторах (см. [2]), при проведении реакции (3) в предлагаемом устройстве соответствии с предлагаемым способом, необходимо использование отсутствующего в природе трития. Аналогично тому, как это предусматривается в проектируемых реакторах, воспроизводство трития возможно в бланкете путем облучения нейтронами изотопа лития Li6 в соответствии с реакцией:As in the designed fusion reactors (see [2]), when carrying out reaction (3) in the proposed device in accordance with the proposed method, it is necessary to use tritium that is not found in nature. Similar to that provided for in the designed reactors, the reproduction of tritium is possible in the blanket by neutron irradiation of the lithium isotope Li 6 in accordance with the reaction:

L i 6 + n H e 4 + T + 4,6 М э В , ( 6 )

Figure 00000007
L i 6 + n H e four + T + 4.6 M uh AT , ( 6 )
Figure 00000007

с получением при этом дополнительной энергии.with the receipt of additional energy.

Следует заметить, что приведение рассмотренного выше примера, относящегося к реакции (3), обусловлено тем, что она считается (см., например, [2]) наиболее легко осуществимой при традиционном подходе, предусматривающем создание высокотемпературной плазмы, поскольку этой реакции присуща самая низкая "температура зажигания". Однако предлагаемые способ и устройство, как уже отмечалось, полностью свободны от проблем, связанных с плазмой. Поэтому при их осуществлении нет препятствий к использованию других реакций, в том числе реакций (4) и (5), не требующих применения и воспроизводства трития и не создающих проблем с торможением и преобразованием энергии нейтронов и защитой от них.It should be noted that the above example related to reaction (3) is due to the fact that it is considered (see, for example, [2]) to be most easily implemented in the traditional approach involving the creation of a high-temperature plasma, since this reaction has the lowest "ignition temperature". However, the proposed method and device, as already noted, are completely free from problems associated with plasma. Therefore, when they are implemented, there are no obstacles to the use of other reactions, including reactions (4) and (5), which do not require the use and reproduction of tritium and do not create problems with inhibition and conversion of neutron energy and protection from them.

Энергия, выделяемая в процессе работы предлагаемого устройства в соответствии с предлагаемым способом, может быть использована в утилитарных целях известными методами, разработанными применительно к другим развиваемым путям проведения управляемой термоядерной реакции. Например, известны средства для непосредственного преобразования энергии заряженных частиц, в частности α-частиц, которыми являются ядра гелия Не4, возникающие в реакциях (3)-(5), в электрическую (см., например, патент США №7417356 [12], опубл. 26.08.2008). Несмотря на то, что для использования подобных средств необходимо решение задачи их сопряжения с предлагаемым устройством, необходимо еще раз подчеркнуть перспективность использования сочетаний инжектируемых ионов, используемых в реакциях (5) и (6). В этих реакциях не возникают нейтроны, и вместе с тем для них в условиях предлагаемых способа и устройства не является существенным недостатком более высокая "температура зажигания".The energy released during the operation of the proposed device in accordance with the proposed method can be used for utilitarian purposes by known methods developed in relation to other developed ways of conducting a controlled thermonuclear reaction. For example, there are known means for directly converting the energy of charged particles, in particular α-particles, which are He 4 helium nuclei arising in reactions (3) - (5), into electrical energy (see, for example, US Pat. No. 7,417,356 [12] published on 08.26.2008). Despite the fact that the use of such means requires the solution of the problem of their conjugation with the proposed device, it is necessary to emphasize once again the promise of using combinations of injected ions used in reactions (5) and (6). Neutrons do not arise in these reactions, and at the same time, for them, under the conditions of the proposed method and device, the higher “ignition temperature” is not a significant disadvantage.

Преимущественной сферой практического использования предлагаемых изобретений являются экспериментальные исследования в области термоядерной энергетики.An advantageous area of practical use of the proposed inventions is experimental research in the field of thermonuclear energy.

Источники информацииInformation sources

1. Е.П. Велихов, С.В. Путвинский. Термоядерная энергетика. Статус и роль в долгосрочной перспективе. Доклад от 22.10.1999, сделанный в рамках Energy Center of the World Federation of Scientists (http://thermonuclear.narod.ru/revhtm#vp).1. E.P. Velikhov, S.V. Putvinsky. Thermonuclear energy. Status and role in the long run. Report dated 10/22/1999 made within the framework of the Energy Center of the World Federation of Scientists (http://thermonuclear.narod.ru/revhtm#vp).

2. М. Хеглер, М. Критиансен. Введение в управляемый термоядерный синтез. Москва, изд. "МИР", 1980, 232 с.2. M. Hegler, M. Critiansen. Introduction to controlled thermonuclear fusion. Moscow, ed. "MIR", 1980, 232 p.

3. Ядерный синтез с инерционным удержанием. Современное состояние и перспективы для энергетики. Под ред. Б.Ю. Шаркова. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2005, 264 с.3. Nuclear fusion with inertial confinement. Current status and prospects for energy. Ed. B.Yu. Sharkova. Moscow, FIZMATLIT, 2005, 264 p.

4. Патент РФ на изобретение №2237297, опубл. 28.08.2002.4. RF patent for the invention No. 2237297, publ. 08/28/2002.

5. М.А. Кумахов. Излучение каналированных частиц в кристаллах. Москва, Энергоатомиздат, 1986, 161 с.5. M.A. Kumakhov. Radiation of channeled particles in crystals. Moscow, Energoatomizdat, 1986, 161 p.

6. Патент РФ на полезную модель №46211, опубл. 10.06.2005.6. RF patent for utility model No. 46111, publ. 06/10/2005.

7. Патент Канады №987035, опубл. 06.06.1976.7. Canadian Patent No. 987035, publ. 06/06/1976.

8. Патент Великобритании №1422545, опубл. 28.01.1976.8. UK patent No. 1422545, publ. 01/28/1976.

9. Патент США №4788024, опубл. 29.11.1988.9. US patent No. 4788024, publ. 11/29/1988.

10. Патент США №5034183, опубл. 23.07.1991.10. US Patent No. 5034183, publ. 07/23/1991.

11. Патент РФ на изобретение №2462009, опубл. 20.09.2012.11. RF patent for the invention No. 2462009, publ. 09/20/2012.

12. Патент США №7417356, опубл. 26.08.2008.12. US patent No. 7417356, publ. 08/26/2008.

Claims (8)

1. Способ проведения реакции управляемого ядерного синтеза, при котором осуществляют инжектирование ускоренных ионов легких элементов в вакуумированный кольцевой канал со стенкой, выполненной из материала, способного к электризации, имеющий продольную ось в виде выпуклой гладкой линии, создавая при этом два пучка указанных ионов, движущихся в указанном канале в одном и том же или встречных направлениях, и транспортируют ионы указанных пучков с многократным прохождением ими указанного канала в направлении его продольной осевой линии, обеспечивая этим возможность их взаимодействия со слиянием ядер в любом месте общей для обоих указанных пучков части внутреннего пространства указанного канала, отличающийся тем, что используют указанный канал, снабженный прилегающей к внешней поверхности его стенки электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием, на которые подают потенциал, индуцирующий на внутренней поверхности стенки указанного канала положительный заряд с получением потенциального барьера, превышающего наибольшую энергию инжектируемых в него ионов.1. A method for conducting a controlled nuclear fusion reaction, in which accelerated ions of light elements are injected into an evacuated annular channel with a wall made of material capable of electrification, having a longitudinal axis in the form of a convex smooth line, while creating two beams of these ions moving in the specified channel in the same or opposite directions, and transport the ions of these beams with multiple passage of the specified channel in the direction of its longitudinal axial line, o providing this possibility of their interaction with the fusion of nuclei anywhere in the common for both of these beams part of the inner space of the specified channel, characterized in that they use the specified channel, equipped with an electrically conductive shell adjacent to the outer surface of its wall or an electrically conductive coating deposited on this surface, to which potential inducing a positive charge on the inner surface of the wall of the specified channel with the receipt of a potential barrier exceeding the greatest energy Gia injected ions in it. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при инжектировании ускоренных ионов легких элементов в указанный канал используют ионы дейтерия D для создания обоих указанных пучков, либо ионы дейтерия D для создания одного из указанных двух пучков и ионы трития Т - для создания другого пучка, либо ионы дейтерия D для создания одного из указанных двух пучков и ионы гелия He3 - для создания другого пучка, либо ионы водорода H для создания одного из указанных двух пучков и ионы лития Li6 - для создания другого пучка.2. The method according to claim 1, characterized in that when injecting accelerated ions of light elements into the specified channel, deuterium D ions are used to create both of these beams, or deuterium D ions are used to create one of these two beams and tritium ions T are used to create the other beam or deuterium ions D to generate one of said two beams and helium ions, He 3 - to create another beam or hydrogen ions H to generate one of said two beams and lithium ions Li 6 - to create another beam. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нем дополнительно осуществляют улавливание ионов, могущих выделяться из материала стенки указанного канала, с помощью электропроводящей сетки, размещенной в указанном канале вблизи внутренней поверхности его стенки без контакта с нею, при этом на указанную сетку подают потенциал, вызывающий локальное изменение распределения потенциала в просвете указанного канала с образованием провала в промежутке указанная сетка - внутренняя поверхность стенки.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that it further carry out the capture of ions that can be released from the material of the wall of the specified channel using an electrically conductive mesh placed in the specified channel near the inner surface of its wall without contact with it, while a potential is applied to said grid, causing a local change in the potential distribution in the lumen of said channel with the formation of a gap in the gap between said grid and the inner surface of the wall. 4. Устройство для проведения реакции управляемого ядерного синтеза, содержащее вакуумированный кольцевой канал со стенкой, выполненной из материала, способного к электризации, имеющий продольную ось в виде выпуклой гладкой линии, и два инжектора ускоренных ионов легких элементов, установленных с возможностью введения в указанный канал этих ионов в одном и том же или встречных направлениях, отличающееся тем, что указанный канал снабжен прилегающей к его внешней поверхности электропроводящей оболочкой или нанесенным на эту поверхность электропроводящим покрытием, являющимися электродом для подключения к внешнему источнику напряжения.4. Device for conducting a controlled nuclear fusion reaction, comprising a vacuum annular channel with a wall made of material capable of electrification, having a longitudinal axis in the form of a convex smooth line, and two injectors of accelerated ions of light elements installed with the possibility of introducing these ions in the same or opposite directions, characterized in that said channel is provided with an electrically conductive shell adjacent to its outer surface or deposited on this surface electrically conductive coating, which is an electrode for connecting to an external voltage source. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит электропроводящую сетку, установленную в указанном канале вблизи внутренней поверхности его стенки без касания с нею и являющуюся дополнительным электродом для подключения к внешнему источнику напряжения.5. The device according to claim 4, characterized in that it further comprises an electrically conductive grid installed in the specified channel near the inner surface of its wall without touching it and which is an additional electrode for connecting to an external voltage source. 6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что указанный канал выполнен с продольной осью в виде окружности.6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that said channel is made with a longitudinal axis in the form of a circle. 7. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что указанный канал в поперечном сечении является круглым.7. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the said channel in the cross section is round. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что указанный канал выполнен с продольной осью в виде окружности. 8. The device according to claim 7, characterized in that said channel is made with a longitudinal axis in the form of a circle.
RU2013140789/07A 2013-09-04 2013-09-04 Method of conducting controlled nuclear fusion reaction and apparatus therefor RU2546960C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013140789/07A RU2546960C2 (en) 2013-09-04 2013-09-04 Method of conducting controlled nuclear fusion reaction and apparatus therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013140789/07A RU2546960C2 (en) 2013-09-04 2013-09-04 Method of conducting controlled nuclear fusion reaction and apparatus therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013140789A RU2013140789A (en) 2015-03-10
RU2546960C2 true RU2546960C2 (en) 2015-04-10

Family

ID=53279704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013140789/07A RU2546960C2 (en) 2013-09-04 2013-09-04 Method of conducting controlled nuclear fusion reaction and apparatus therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2546960C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2813817C1 (en) * 2023-07-31 2024-02-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) Device for implementing nuclear fusion reactions in system using colliding beams

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107910074A (en) * 2017-11-09 2018-04-13 新奥科技发展有限公司 A kind of cathode assembly and electrostatic confinement nuclear fusion device for electrostatic confinement nuclear fusion

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU735095A1 (en) * 1978-12-18 1984-05-15 Предприятие П/Я А-7904 Tocomac plant
RU2210136C2 (en) * 1998-11-06 2003-08-10 Самсунг Дисплей Дивайсиз Ко., Лтд. Electron-beam laser device with electrostatic focusing of electron beam
RU2462009C1 (en) * 2011-06-08 2012-09-20 Мурадин Абубекирович Кумахов Method of changing direction of beam of accelerated charged particles, device for realising said method, electromagnetic radiation source, linear and cyclic charged particle accelerators, collider and means of producing magnetic field generated by current of accelerated charged particles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU735095A1 (en) * 1978-12-18 1984-05-15 Предприятие П/Я А-7904 Tocomac plant
RU2210136C2 (en) * 1998-11-06 2003-08-10 Самсунг Дисплей Дивайсиз Ко., Лтд. Electron-beam laser device with electrostatic focusing of electron beam
RU2462009C1 (en) * 2011-06-08 2012-09-20 Мурадин Абубекирович Кумахов Method of changing direction of beam of accelerated charged particles, device for realising said method, electromagnetic radiation source, linear and cyclic charged particle accelerators, collider and means of producing magnetic field generated by current of accelerated charged particles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2813817C1 (en) * 2023-07-31 2024-02-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) Device for implementing nuclear fusion reactions in system using colliding beams

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013140789A (en) 2015-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2462009C1 (en) Method of changing direction of beam of accelerated charged particles, device for realising said method, electromagnetic radiation source, linear and cyclic charged particle accelerators, collider and means of producing magnetic field generated by current of accelerated charged particles
EA006325B1 (en) System and method of magnetic and electrostatic confinement of plasma in a field reversed configuration
Bandiera et al. Broad and intense radiation accompanying multiple volume reflection of ultrarelativistic electrons in a bent crystal
EA006320B1 (en) Controlled fusion in a field reversed configuration and direct energy conversion
EP0280684A1 (en) Method of producing fusion reactions and apparatus for a nuclear fusion reactor therefore.
Klír et al. Efficient neutron production from a novel configuration of deuterium gas-puff Z-pinch
JP2017512315A (en) Method and apparatus for confining high energy charged particles in a magnetic cusp configuration
Trubnikov et al. Project of the Nuclotron-based ion collider facility (NICA) at JINR
Tambasco An improved scattering routine for collimation tracking studies at LHC
Didenko et al. Small-size magnetically insulated plasma diodes for neutron generation
Long et al. Muon colliders: Opening new horizons for particle physics
JP7318935B2 (en) Accelerators and accelerator systems
RU2546960C2 (en) Method of conducting controlled nuclear fusion reaction and apparatus therefor
Wang et al. Mechanism of electron cloud clearing in the accumulator ring of the Spallation Neutron Source
JP2004132718A (en) Inertial electrostatic confinement nuclear fusion system
RU149963U1 (en) ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION
Dudnikov Development of a surface plasma method for negative ion beams production
Tuzikov et al. Beam transfer from heavy-ion linear accelerator HILAC into booster of NICA accelerator complex
Masuda et al. Numerical study of ion recirculation in an improved spherical inertial electrostatic confinement fusion scheme by use of a multistage high voltage feedthrough
Chou Spallation Neutron Source and other high intensity proton sources
Meshkov Status of NICA project
Scandale Proton–Proton and Proton–Antiproton Colliders
US20110215720A1 (en) Segmented Electron Gun, Beam and Collector System and Method for Electron Cooling of Particle Beams
Cornish A study of scaling physics in a polywell device
Bogdan et al. High-current ion induction linac for heavy ion fusion: 2D3V numerical simulation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150905