SU895227A1 - Термо дерный реактор Минца - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике управляемого термоядерного синтеза, а именно к устройствам типа импульсного термоядерного реактора с релятивистским электронным пучком.

Известен импульсный термоядерный реактор с релятивистским электронным пучком, содержащий систему подачи заключенных в оболочки таблеток термоядерного топлива, систему утилизации энергии ] термоядерных микровзрывов, средства испарения оболочки, представляющие собой высоковольтные диодные электронные пушки. Параметры суммарного электронного потока: энергия одного электрона 1 МэВ, ] суммарная энергия 5 МДж, длительность импульса 50 нс, мощность 10^!4 Вт, электронный ток 10⁸ А [1].

Однако в известном реакторе низка эффективность инициирования термоядерного о микровзрыва. Этот недостаток связан с тем, что направления электронных траекторий при пересечении поверхности оболочки таблетки близки к нормалям этой поверхности. С момента начала электронной бомбарди- ) ровки электроны проникают в глубинные слои и разогревают их, а оптимальный режим обжатия таблетки требует низкой температуры внутренней части на ранней стадии электронной бомбардировки. Кроме то- з го, нормально падающие электроны направляют к центру таблетки генерируемые ими гамма- и радиоизлучения, что также является нежелательным фактором.

Цель изобретения — повысить эффективность инициирования термоядерных микровзрывов, а также эффективность наращивания мощности электронной бомбардировки таблетки путем нейтрализации заряда электронов положительными ионами.

Цель изобретения достигается тем, что в известном устройстве, содержащем систему подачи заключенных в оболочки таблеток термоядерного топлива, систему утилп5 зации энергии термоядерных микровзрывов, средства испарения оболочки, последние представляют собой аксиальные генераторы релятивистских электронных колец, а аксиальные генераторы релятивистских 0 электронных колец снабжены патрубками напуска и откачки газа, что позволяет осуществить наполнение электронных колец положительными ионами. Частичная или полная нейтрализация заряда потока ча5 стиц позволяет осуществить более сильное осевое сжатие и повысить коэффициент наращивания мощности.

На чертеже схематически показан предлагаемый термоядерный реактор (для уп0 рощения системы подачи таблеток термо ядерного топлива и магнитные катушки генераторов аксиальных релятивистских электронных колец на чертеже не показаны).

Устройство содержит таблетку 1 термоядерного топлива, заключенную в оболочку, взрывную камеру 2, систему 3 утилизации энергии термоядерных микровзрывов, потребитель 4 полезной энергии реактора, средства испарения оболочки, представляющие собой аксиальные генераторы 5 релятивистских электронных колец и включающие источники питания 6, катоды 7, резонаторы 8 начального ускорения электронов, резонаторы 9 финального ускорения электронов, пролетные секции 10, патрубки 11 напуска и откачки газа.

Устройство работает следующим образом.

Система подачи (на чертеже не показана) таблетку 1 термоядерного топлива, заключенную в оболочку, ставит в центральное положение. Под действием электронной бомбардировки происходит термоядерный микровзрыв во взрывной камере 2. Система 3 утилизации энергии термоядерных микровзрывов улавливает энергию продуктов микровзрыва и вырабатывает электроэнергию, основная часть которой поступает потребителю 4 полезной энергии реактора. Небольшая часть электроэнергии поступает в аксиальные генераторы 5 релятивистских колец в их источники питания 6. Катоды 7 эмиттируют электроны, которые затем ускоряются резонаторами 8 начального ускорения электронов и резонаторами 9 финального ускорения электронов. В пролетных секциях 10 задние электронные кольца, которые выпускаются с более высокими значениями поступательной скорости, догоняют передние, происходит сжатие и повышение мощности электронных образований. Электронная бомбардировка таблетки 1 термоядерного топлива, заключенной в оболочку, инициирует термоядерный микровзрыв. Силы расталкивания электронных колец ограничивают степень сжатия и коэффициент наращивания мощности. Патрубки 11 напуска и откачки газа позволяют создать на пути электронных колец газовое облако, наполнить кольца положительными ионами п снова восстановить вакуум, что позволяет нейтрализовать заряд электронов и повысить степень сжатия электронных колец и коэффициент наращивания мощности.

Оценивая эффективность изобретения, выберем для устройства приведенные выше параметры известного: 1 МэВ, 5 МДж, 50 нс, 10¹⁴ Вт, 10⁸ А. Зададим финальное значение поступательной скорости потока электронных колец 10⁸ м/с, осевая длина отрезка составит 5 м. Теоретические оценки дают максимальное значение заряда для одного отрезка 3,5· 1СН Кл, всего 7 10^-2 Кл. β случае ионного наполнения колец заряд может существенно превышать эту величину. Остановимся на вакуумном варианте, заряд 0,07 Кл. Требуемое значение энергии электрона составит 70 МэВ, при касательном падении электронов па оболочку таблетки это допустимо. При радиусе таблетки 3 мм потребуется магнитное поле с индукцией 80 Т. Мощность электронной бомбардировки составит 10¹⁴ Вт, длительность 50 нс, суммарная энергия 5 МДж.

При кратности временного сжатия отрезков электронных колец 1000 длительность импульса на выходах аксиальных генераторов релятивистских электронных колец составит не 50 нс, как на выходах электронных источников прототипа, а 50 мкс. Суммарный электронный ток у таблеток составляет: для предлагаемого устройства 1,4· 10⁶ А, для известного устройства 10⁸ А. Суммарный ток на выходах электронных источников и суммарная мощность этих источников составляют; для предлагаемого устройства 1,4-10³ А и 10 Вт, для известного устройства 10⁸ А и 10¹⁴ Вт.

Помимо устранения вредного начального нагрева глубинных слоев и вредного действия генерируемых электронами излучений (которые в предлагаемом устройстве направляются по касательным кольцам в окружающее пространство), реализация изобретения дает дополнительный важный эффект — существенное уменьшение мощности электронных источников по отношению к мощности электронной бомбардировки таблетки. Аксиальные генераторы релятивистских электронных колец позволяют установить режим, при котором задние кольца догоняют передние, а сокращение осевой длины и пролетной длительности отрезка потока колец при постоянстве суммарной энергии электронов приводит к наращиванию мощности.

Эффективность реализации изобретения определяется тем, что при одинаковых с известным устройством значениях мощности, длительности и энергии электронной бомбардировки таблетки эффективность инициирования термоядерного микровзрыва за счет касательного попадания электронов существенно возрастает, а требуемые значения мощности и тока электронных источников при тех же условиях получаются на несколько порядков меньше. Это позволяет устанавливать оксидные термокатоды, что повышает надежность реактора.

Claims (2)

1.  дерного топлива и магнитные катушкн генераторов аксиальных рел тнвнстских электронных колец на чертеже не показаны). Устройство содержит таблетку 1 термо дерного тонлива, заключенную в оболочку, взрывную камеру 2, систему 3 утилизации эиергин термо дерных мнкровзрывов, нотребитель 4 полезной энергии peaicTopa, средства испарени  оболочки, нредставл ющие собой аксиальные генераторы 5 рел тивистских электронных колец и включающие источники питани  6, катоды 7, резонаторы 8 начального ускорени  электронов , резонаторы 9 финального ускорени  электронов, пролетные секции 10, натрубкн И напуска и откачки газа. Устройство работает следующим образом . Система подачи (на чертеже не показана ) таблетку 1 термо дерного тонлива, заключенную в оболочку, ставит в центральное положение. Под действием электронной бомбардировки нроисходнт термо дерный микровзрыв во взрывной камере 2. Система 3 утилизации энергии термо дериых микровзрывов улавливает энергию нродуктов мнкровзрыва н вырабатывает электроэнергию , основна  часть которой иостунает потребителю 4 нолезиой энергии реактора . Небольша  часть электроэнергии поступает в аксиальные генераторы 5 рел тивистских колец в их нсточиики иитаии  6. Катоды 7 эмиттируют электроны, которые затем ускор ютс  резонаторамн 8 начального ускорени  электронов и резонаторамн 9 финального ускорени  электронов. В пролетных секци х 10 задние электронные кольца, которые выпускаютс  с более высокими значени ми поступательной скорости , догон ют передние, происходит сжатие и повышение мощности электронных образований . Электронна  бомбардировка таблетки 1 термо дерного тонлива, заключенной в оболочк}, инициирует термо дерный микровзрыв. Силы расталкивани  электронных колец ограничивают степень сжати  и коэффициент наращивани  мощности. Патрубки 11 напуска н откачкн газа нозвол ют создать на нути электронных колец газовое облако, наполнить кольца полол ;ительными ионами и снова восстановить вакуум, что позвол ет нейтрализовать зар д электронов н повысить степепь сжати  электронных колец и коэффициеит наращнваии  мощности. Оценива  эффективность изобретени , выберем дл  устройства приведенные выще параметры известного: 1 МэВ, 5 МДж, 50 НС, 10 Вт, 10 А. Зададим финальное значение поступательной скорости потока электронных колец 10 м/с, осева  длина отрезка составит 5 м. Теоретические оценки дают максимальное значение зар да дл  одного отрезка 3,5- Ю Кл, всего 7-10- Кл. Э случае ионного наполнени  колец зар д . может существенно превышать эту величину . Остановимс  на вакуумном варианте, зар д 0,07 Кл. Требуемое значение энергии электрона составит 70 МэВ, при касательиом иадепии электронов на оболочку 1аГь летки это допустимо. При радиусе таблетки 3 мм потребуетс  магнитное поле с нндукцней 80 Т. Мощность электронной бомбардировки составит Ю Вт, длительность 50 ис, суммарна  энерги  5 МДж. При кратности временного сжати  отрезков электронных колец 1000 длительность импульса на выходах аксиальных генераторов рел тивистских электронных колец составит не 50 не, как на выходах электронных источников прототииа, а 50 мкс. Суммарный электронный ток у таблеток составл ет: дл  предлагаемого уетройства 1,4-10 А, дл  известного устройства 10 А. Суммариый ток на выходах электронных источников н суммарна  мон1,ность этих источников составл ют: дл  предлагаемого устройства 1,4-10 А н 10 Вт, дл  и.звестного устройства 10 А н Ю Вт. Помимо устранени  вредного начального нагрева глубинных слоев и вредного действи  генерируемых электроиами излучеиий (которые в предлагаемом устройстве направл ютс  по касательиым кольцам в окружаюн1,ее пространство), реа,чи:и1Ц11  11зобрете1И   дает дополнительный важный эффект - сун1,ественное уме1и и1еиие мощИОСТИ ЭЛеКТрОИИЫХ источников по OTHOLHCнню к мощностн электронной бомбардировки таблетки. Аксиальные генераторы рел тивистских электронных колец нозвол ют установить режим, ири котором задние кольца догон ют нередиие, а сокращение оеевой длины и пролетной длительности отрезка потока колец при посто нстве суммарной энергии электронов приводит к иаращиванию мощности. Эффективность реализации изобретени  онредел етс  тем, что нри одинаковых с известиым устройством значени х мощности, длительности и энергии электронной бомбардировки таблетки эффективность инициировани  термо дерного микровзрыва за ечет касательного попадани  электронов существенно возрастает, а требуемые значени  мощности и тока электронных источников ири тех же услови х получаютс  на несколько пор дков мепьще. Это позвол ет устанавлнвать оксидные термокатоды, что повыщает надежность реактора. Формула изобретени  1. Термо дерный реактор, содержащий систему подачи заключенных в оболочки таблеток термо дерного топлива, систему утилизации эиергии термо дерных мнкровзрывов , средства испарени  оболочки, отличающийс  тем, что, с целью новышеии  эффективпости пиициироваин 

   термо дерных микровзрывов, средства испарени  оболочки нредставл ют собой акснальные генераторы рел тивистских электронных колец.
2. 2. Устройство но н. 1, о т л и ч а ю HI, е с с   тем, что, с целью повышени  эффективности наращивани  мощности электронной бомбардировки таблетки путем иейтрализации зар да электронов иоложительными иоиами, аксиальные геиераторы рел тивистских электропиых колец снабжены патрубками наиуска и откачки газа.

   Источники информации, прим тые во вннмппне прп эксШртп.к

   1. РТонас Г. Фокуснровка электронны.х нучков в нримеиепнп к импульсному синтезу . «Nuclear Fusion, v. 14, N° 5, 1974, p. 731 (прототип).

   11

   Ш1

   10

   J