ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР Российский патент 1999 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к термоядерной энергетике, а именно к энергетическим реакторам синтеза легких ядер на основе инерциального удержания.

Известны термоядерные реакторы на основе инерциального удержания (Дж. Дюррештат. Г. Мозес. "Инерциальный термоядерный синтез", М. Энергоиздат, 1984, 304 с.), большинство из которых содержит реакторную камеру, окруженную бланкетом, инжектор топливных мишеней и драйвер для поджига термоядерной реакции внутри мишени. В качестве драйвера в известных реакторах могут применяться мощные импульсные лазеры, источники импульсных интенсивных пучков ускоренных электронов или ионов, источники интенсивных импульсных потоков нейтральных микрочастиц, разогнанные до больших скоростей, и т.д.

Работают такие реакторы следующим образом. Инжектор периодически встреливает мишени, заполненные D-T смесью, в реакторную камеру так, чтобы в определенное время мишень попадала в фокус драйвера. В этот момент драйвер своим электрическим воздействием (например, лазер - световым лучом) возбуждает в мишени волну сжатия, чем инициирует микровзрыв и термоядерное горение топлива. Продукты горения, нейтроны и кванты, испускаемые в процессе микровзрыва, поглощаются бланкетом и нагревают его теплоноситель. Процесс периодически повторяется.

Для поджига термоядерной реакции в мишени необходима энергия 1 МДж, подведенная за очень малое время. В настоящее время не существуют драйверы, имеющие подобную энергию в импульсе и способные работать с большой частотой повторения импульсов. Это обстоятельство не позволит создать энергетический термоядерный реактор для постоянной выработки тепло- и электроэнергии.

Наиболее близкими к заявляемому решению являются термоядерные реакторы (М. Л.Шматов. "Замедленное инициирование микровзрыва микровзрывом", Препринт ФТИ им. А.Ф.Иоффе, N 1628, С-Петербург, 1994). Один из описанных реакторов содержит реакторную камеру, окруженную бланкетом, драйвер для поджига термоядерной реакции внутри мишени и по крайней мере одну пронумерованную последовательность инжекторов топливных мишеней, расположенных так, чтобы их оси пересекали некоторую замкнутую линию (оси термоядерного горения -ОТГ, по которой осуществляется последовательное термоядерное горение мишеней). Работа этого реактора осуществляется следующим образом: сначала один из инжекторов встреливает топливную мишень; в момент пересечения мишенью ОТГ она поджигается импульсным энергетическим воздействием драйвера; эта мишень в результате выделения термоядерной энергии формирует кумулятивную струю в направлении точки пересечения оси следующего инжектора мишеней с ОТГ; следующий инжектор встреливает мишень так, чтобы мишень достигла бы ОТГ к моменту прихода к ней кумулятивной струи от предыдущей мишени, которая, в свою очередь, также формирует кумулятивную струю, и т.д., процесс термоядерного горения идет по замкнутой цепочке вдоль ОТГ. При этом драйвер лишь запускает реактор одним импульсом, что выгодно отличается от реактора с импульсно-периодическим режимом работы драйвера.

Однако данное устройство ненадежно в связи с возможностью промаха кумулятивной струи от взрыва одной из мишеней. В результате такого промаха реактор необходимо запускать вновь.

Описан еще один реактор, также содержащий реакторную камеру, окруженную бланкетом, драйвер для поджига термоядерной реакции внутри мишени и имеющий несколько (например, две) ОТГ и такое же количество пронумерованных и одинаковых по количеству последовательностей инжекторов топливных мишеней, причем эти ОТГ имеют связи кумулятивными струями. В таком реакторе при промахе и незажигании одной из мишеней в ОТГ, в которой прекратилось термоядерное горение, горение возобновляется при помощи одной из связей за счет кумулятивной струи из мишени смежной ОТГ.

Однако в этом случае происходит сбой синхронизации в работе инжекторов смежных ОТГ, что при последующем промахе должно привести к остановке реактора.

В итоге реакторы, выбранные нами за прототип, имеют недостаточную надежность по отношению к промаху кумулятивной струи, что приводит к их остановке.

Поэтому технической задачей является повышение надежности термоядерного реактора для предотвращения его несанкционированной остановки.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышенная надежность термоядерного реактора по отношению к промаху кумулятивной струи.

Этот результат достигается тем, что в соответствии с предлагаемым решением термоядерный реактор, который содержит окруженную бланкетом реакторную камеру с замкнутой ОТГ, драйвер для поджига термоядерной реакции внутри мишени и две одинаковые по количеству и пронумерованные (n = 1, 2 ... N) последовательности (с количеством N элементов в них) инжекторов топливных мишеней и в отличие от прототипа оси каждой пары инжекторов, принадлежащих разным последовательностям и имеющих одинаковый номер n, пересекают концы n-ого отрезка из последовательности пронумерованных отрезков (n = 1, 2, ... N), середина которых лежит на ОТГ, причем середины отрезков находятся на одинаковых расстояниях от смежных с ними, а сами отрезки перпендикулярны смежным с ними отрезкам.

Эффект повышения надежности достигается за счет организации контакта между двумя ОТГ на каждом шаге реакции путем организации связи каждой мишени, инжектированной n-инжектором одной из последовательностей инжекторов термоядерных мишеней, с двумя мишенями, инжектированными n+1-ми инжекторами разных последовательностей инжекторов термоядерных мишеней, и наоборот, каждая мишень, инжектированная n-ым инжектором одной из последовательностей инжекторов, взаимодействует с двумя мишенями, инжектированными n-1-ми инжекторами различных последовательностей инжекторов термоядерных мишеней, что обеспечивает дублирование зажигания каждой мишени из каждой последовательности термоядерных мишеней, тем самым предотвращается возможная остановка реактора в случае промаха кумулятивной струи от одной из мишеней предыдущей пары. Причем, так как связь между обеими последовательностями осуществляется на каждом шаге реакции, то это не приводит к нарушению синхронизации и, следовательно, последующей остановке реактора.

На чертеже представлена конструктивная схема реализации предложенного устройства.

Устройство состоит из реакторной камеры 1, форма которой позволяет при минимальном занимаемом объеме разместить в ней обе ОТГ и, следовательно, зависящей от планируемого использования реактора (и могущей быть, в частности, сферической формы), окруженной бланкетом 2, драйвера для поджига термоядерной реакции, в качестве которого может быть использован, например, мощный лазер 3, и двух последовательностей инжекторов термоядерных мишеней 4, расположенных так, чтобы оси инжекторов, принадлежащих разным последовательностям и имеющих одинаковый номер n, пересекали концы n-ого отрезка из последовательности пронумерованных отрезков (n = 1, 2, ... N), середина которых лежит на ОТГ, причем середины отрезков находятся на одинаковых расстояниях от смежных с ними, а сами отрезки перпендикулярны смежным с ними.

Устройство работает следующим образом. Сначала первая пара инжекторов встреливает топливные мишени в реакторную камеру. В момент пересечения мишенями концов соответствующего отрезка из последовательности отрезков одна из мишеней поджигается импульсным энергетическим воздействием драйвера. Эта мишень в результате выделения термоядерной энергии формирует кумулятивные струи в направлении точек пересечения каждой из осей следующей пары инжекторов мишеней с соответствующим им отрезком из последовательности отрезков. При данном расположении инжекторов кумулятивные струи от каждой мишени из предыдущей пары достигнут точки пересечения осей каждого из инжекторов следующей пары мишеней с концами соответствующего отрезка одновременно, что предотвратит остановку реактора в случае промаха кумулятивной струи от одной из мишеней, причем вторая пара инжекторов встреливает мишени так, чтобы они достигли бы точек пересечения с концами отрезка к моменту прихода к ним кумулятивных струй от предыдущей пары мишеней. Кумулятивные струи инициируют термоядерное горение второй пары мишеней, каждая из которых в свою очередь также формирует две кумулятивные струи в направлении точек пересечения осей следующей пары инжекторов с отрезком и т.д., процесс термоядерного горения идет по замкнутой цепочке вдоль ОТГ. При этом драйвер лишь запускает реактор одним импульсом, чем выгодно отличается от реактора с импульсно-периодическим режимом работы драйвера.

Изобретение относится к термоядерной энергетике, а именно к энергетическим реакторам синтеза легких ядер на основе инерциального удержания. Термоядерный реактор содержит окруженную бланкетом реакторную камеру с замкнутой осью термоядерного горения, драйвер для поджига термоядерной реакции внутри мишени и две одинаковые по количеству и пронумерованные n = 1,2..., N последовательности инжекторов топливных мишеней. Ось каждой пары инжекторов, принадлежащих разным последовательностям и имеющих одинаковый номер n, пересекают концы n-го отрезка прямой линии из последовательности n пронумерованных отрезков, причем n = 1,2..., N. Середины отрезков лежат на оси термоядерного горения и находятся на одинаковых расстояниях от смежных с ними отрезков. При этом сами отрезки расположены перпендикулярно смежным с ними отрезкам. Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности термоядерного реактора за счет снижения вероятности промаха кумулятивной струи. 1 ил.

Термоядерный реактор, содержащий окруженную бланкетом реакторную камеру с замкнутой осью термоядерного горения, драйвер для поджига термоядерной реакции внутри мишени и две одинаковые по количеству и пронумерованные n = 1, 2, ..., N последовательности инжекторов топливных мишеней, отличающийся тем, что оси каждой пары инжекторов, принадлежащих разным последовательностям и имеющих одинаковый номер n, пересекает концы n-го отрезка прямой линии из последовательности n пронумерованных отрезков, причем n = 1, 2, ..., N, середина которых лежит на оси термоядерного горения, при этом середины отрезков находятся на одинаковых расстояниях от смежных с ними отрезков, а сами отрезки перпендикулярны смежным с ними отрезкам.