WO2020122853A1

WO2020122853A1 - Термоядерный реактор с z-образным магнитным полем

Info

Publication number: WO2020122853A1
Application number: PCT/UA2019/000151
Authority: WO
Inventors: Анатолий Иванович ХАРЧЕНКО
Original assignee: Анатолий Иванович ХАРЧЕНКО
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Термоядерный реактор с Z-образным магнитным полем предназначен для получения энергии, как тепловой, так и электрической, из легких элементов, которые вступают в термоядерные реакции с выделением энергии. Этот реактор может применяться в качестве источника энергии в электростанциях большой мощности, теплоцентралях, а также на космических станциях, на больших кораблях.

Description

Термоядерный реактор c Z-образным магнитным полем

1. Область техники. Изобретение относится к области энергетики, а именно к области термоядерных реакторов. Это перспективная область энергетики, которая использует выделение огромной энергии при слиянии ядер легких элементов, таких как водород, дейтерий, тритий, гелий-3, литий, бор. В связи с неограниченностью топлива и экологической чистотой термоядерной энергии справедливо считают энергией будущего.

2. Уровень техники. На данный момент ни одного термоядерного реактора, который производил бы электроэнергии больше, чем потребляет, не существует. В мире есть множество дизайнов термоядерных реакторов, а также множество экспериментальных установок термоядерных реакторов https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_fusion_experiments. Однако, ни один из этих реакторов не производит электроэнергию для электрической сети, тем более в промышленных масштабах. Проблема заключается в том, что в существующих реакторах не достигается необходимый критерий Лоусона (произведение концентрации ядер на время удержания n ^* t). Минимальное значение критерия Лоусона для дейтериевой-тритиевой смеси составляет 2^*10^А20 с/кубометр. Для термоядерных реакторов на встречных плазменных пучках критерий Лоусона определяется плотностью пучка (для мощных электродинамических плазменных ускорителей лучший результат 10^л22 ядер/кубометр), лучший результат для продолжительности пучка 500 микросекунд (хотя одновременно эти параметры недоступны). Таким образом, без удержания плазмы критерий Лоусона недосягаем, для достижения этого критерия нужно улучшить параметры ускорителей плазмы в сотни раз и более. Содержание в линейных открытых ловушках приводит к утечке плазмы в продольном направлении по оси продольного магнитного поля.

3. Раскрытие изобретения. Для увеличения плотности плазмы и увеличения времени удержания используется новый термоядерный реактор Линрек-Z. Это вакуумный сосуд длиной от 1 метра и до десятков метров, диаметром от десятков сантиметров до метра, в зависимости от мощности реактора. Хотя, в дальнейшем при миниатюризации ускорителей плазмы возможна длина

1

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) сосуда и ее диаметр до 10 сантиметров. В сосуде создано продольное магнитное поле величиной от нескольких долей Тесла до нескольких Тесла. В середине это поле имеет Z-образный изгиб, так что ось поля сдвигается на расстояние от сантиметра до нескольких десятков сантиметров. Оси плазменных ускорителей также сдвинуты друг относительно друга на расстояние того же порядка в этой же плоскости. Таким образом, при встрече плазменных пучков они имеют большой момент вращения. К пучкам приложено высокое напряжение (от десятков киловольт до мегавольт). При встрече главных частей заряженных плазменных пучков в Z-образном изгибе, ядра и электроны, притягиваясь друг к другу на высокой скорости, по инерции начинают вращаться вокруг центра масс. Так возникают

кругообразные токи в Z-образном изгибе магнитного поля, величина которых сопоставима с током разряда в плазме, то есть сотни килоампер,

мегаамперы и больше. Эти кругообразные токи создают огромное магнитное поле в Z-образном изгибе, десятки и сотни Тесла, которые и удерживают высокоэнергетическую плазму, поступающую в Z-образный изгиб. Таким образом плотность плазмы увеличивается в сотни раз относительно начальной плотности пучка, поскольку вся плазма из пучков длиной несколько метров или несколько десятков метров удерживается в

ограниченной области размером в несколько сантиметров или несколько десятков сантиметров. Кроме того, сам электрический разряд сжимает плазменные пучки, уменьшая диаметр пучков в несколько раз и увеличивая концентрацию ядер в пучке. Кругообразные токи в Z-образном изгибе магнитного поля затухают, время их затухания зависит от конфигурации магнитного поля в в Z-образном изгибе и от начальных параметров пучков. В любом случае, время их затухания гораздо больше времени самого плазменного импульса, и таким образом время удержания плазмы

увеличивается от микросекунд до миллисекунд и секунд, что уже достаточно для многократного превышения критерия Лоусона. Пример и доказательство длительного удержания плазмы с помощью сильных кругообразных токов - это шаровая молния, которая живет секундами, минутами и даже часами. А шаровая молния образуется подобным механизмом, когда заряды линейной молнии встречаются не на прямом участке, а на Z-образном изгибе

2

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) линейной молнии, и начинают вращаться относительно центра масс.

Другого объяснения возникновения кругообразных токов в шаровой молнии не может быть, поскольку сильный линейный ток линейной молнии может превратиться в кругообразный ток шаровой молнии только при встрече быстродвижущихся разноименных электрических зарядов, которые имеют большой момент вращения относительно центра масс.

4. Осуществление изобретения. Как описано выше, эффективность термоядерного реактора достигается при существующем уровне

плазменных ускорителей. Стоимость такого реактора невелика, поскольку, кроме наличия двух серийных плазменных ускорителей, достаточно изменить конфигурацию магнитного поля в вакуумной сосуде и создать электронное устройство управления параметрами. То, что изобретение "Термоядерный реактор Линрек-Z" можно осуществить и эффективно использовать как промышленный термоядерный реактор, доказывается существованием шаровой молнии, которая образуется по принципу, подобному изложенному в описании изобретения "Термоядерный реактор Линрек-Z" (вращение разноименных быстродвижущихся электрических зарядов при их встрече на Z-образном изгибе электрического разряда).

3

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

Формула изобретения Термоядерный реактор (прототип описан в патенте US4172008A в 1979 году, срок действия которого истек), который использует встречные плазменные пучки с ускорителей квазинейтральной плазмы, к которым приложена электрическая разность потенциалов, которые сталкиваются в центре вакуумного сосуда с продольным магнитным полем, отличающийся тем, что

1.

- В середине вакуумного сосуда существует ограниченный участок, где магнитное поле меняет свое направление и величину (Z-образный участок магнитного поля).

- Работой реактора управляет электронное устройство, которое задает старт и параметры первого плазменного пучка, старт и параметры второго плазменного пучка, старт подачи разности электрических потенциалов между первым плазменным пучком и вторым плазменным пучком, величину магнитного поля на Z-Образном участке таким образом, что главные части заряженных электрически плазменных пучков встречаются именно на Z- образной области магнитного поля.

- Ось первого плазменного пучка не совпадает с осью второго пучка и находится на определенном расстоянии от оси второго пучка в плоскости, в которой сдвинута ось магнитного поля на Z-образной области, так что между двумя плазменными пучками и между двумя заряженными электрически головными частями встречных плазменных пучков существует достаточно большой момент вращения в месте встречи этих главных частей.

При встрече двух заряженных плазменных пучков на Z-образной области магнитного поля возникает вращение положительных электрических зарядов и отрицательных электрических зарядов вокруг их центра масс вследствие их притяжения, возникают сильные кругообразные

электрические токи в Z-образной области магнитного поля, которые создают сильное магнитное поле, которое удерживает плазму, поступающей в Z- образный участок магнитного поля.

4

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

2. To же, что в пункте 1 , но электроды для подачи электрического

напряжения на плазменные пучки находятся внутри вакуумного сосуда.

3. То же, что в пункте 1 , но конец ускорителя плазмы находится внутри вакуумного сосуда.

4. То же, что в пункте 1 , но вместо металлических электродов для подачи напряжения на плазменные пучки используются плазменные электроды.

5. То же, что в пункте 1 , но вместо металлических электродов для подачи напряжения на плазменные пучки используются части самых плазменных ускорителей.

6. То же, что в пункте 1 , но вместо дейтериево-тритиевой смеси

используются дейтерий или водород, а энергия, которая выделяется в реакторе, поглощается бланкетом, который окружает вакуумный сосуд, а затем отводится в турбогенератор электроэнергии.

7. То же, что в пункте 1 , но вместо дейтериево-тритиевой смеси

используются смесь бора и водорода, а энергия, выделяющаяся в реакторе в виде кинетической энергии высокоэнергетических ядер гелия,

превращается в электрическую непосредственно в

магнитогидродинамическим генераторе (анейтронный процесс).

8. То же, что в пункте 1 , но вместо дейтериево-тритиевой смеси

используется плазма из тяжелых элементов для трансмутации элементов и получения дорогих и редких элементов из распространенных и дешевых.

9. То же, что пункте 1 , но вакуумный сосуд вместе с окружающим его соленоидом имеет Z-образный изгиб для создания Z-образного участка магнитного поля.

10. То же, что пункте 1 , но на Z-образной области магнитного поля дополнительные соленоиды для изменения конфигурации магнитного поля на на Z-образной области.

11. То же, что пункте 1 , но ускорители плазмы установлены на подвижных платформах для изменения расстояния между их осями.

5

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

12. То же, что пункте 1 , но оси первого и второго пучка плазмы сдвинуты не в той плоскости, в которой сдвинута ось магнитного поля на Z-образной области, а в перпендикулярной плоскости.

13. То же, что пункте 1 , но вместо вакуумного сосуда используется наполненный газом сосуд, плазменные ускорители и плазменные пучки отсутствуют, а катод и анод сдвинуты относительно оси сосуда в плоскости Z-образного изгиба магнитного поля, так что при разряде положительный и отрицательный заряды встречаются в Z-образной области.

14. То же, что пункте 1 , но во время генерации плазменных пучков после первой подачи электрического напряжения на плазменные пучки затем проводится еще несколько подач электрического напряжения на

плазменные пучки.

6

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)