Изобретение относится к области ускорителей заряженных частиц для осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза с инерциальным удержанием плазмы. Может быть использовано в энергетике для создания термоядерного реактора, который послужит основой термоядерной электростанции, работающей на дейтерий-тритиевом топливе. Также изобретение может быть использовано для создания термоядерного ракетного двигателя космического корабля. Также изобретение может использоваться как ускоритель заряженных частиц для исследовательских целей и для нужд народного хозяйства.
Известен лазер для осуществления управляемой реакцией термоядерного синтеза [1,2].
В лазере создается короткий импульс лазерного излучения, который затем усиливается в нескольких усилителях оптического лазерного излучения и затем фокусируется на мишень. Драйвер, устройство для осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза с инерциальным удержанием плазмы, содержит несколько лазеров, выполненных с возможностью сферически-симметрично фокусировать лазерное излучение на дейтерий-тритиевую мишень. Мощность драйвера с лазером на неодимовом стекле (стекле с ионами неодима) достигает 30 кДж. Размер фокального пятна 100 мкм. Длительность импульса от 0,1 до 1 нс, частота повторения 10 Гц. КПД лазера 0,2%, длина волны 1,06 мкм.
Лазерное изучение фокусируется сферически симметрично на поверхности дейтерий-тритиевой мишени. При этом в веществе мишени происходит ударное сжатие и нагрев.
Недостатком лазера является невозможность усиливать оптическое лазерное излучение в усилителе оптического лазерного излучения до плотностей мощности потока энергии выше 1012 Вт/см2 из-за разрушения материала усилителя.
Следующим недостатком лазера является невозможность фокусировать на мишень энергию с мощностью потока энергии выше 1016 Вт/см2. Следующим недостатком лазера является генерация горячих электронов вследствие взаимодействия электронов лазерного излучения с мишенью. Горячие электроны уносят энергию, необходимую для сжатия мишени.
Следующим недостатком лазера является неэффективность поглощения энергии в мишени.
Для осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза известен импульсный диодный ускоритель электронов [3], содержащий источник электронов, высоковольтный генератор и ускоряющую систему электродов. Импульсный диодный ускоритель электронов ускоряет электроны до релятивистских скоростей и направляет их на фольгу, а затем на мишень.
Недостатком ускорителя электронов является неэффективное взаимодействие электронного пучка с мишенью из-за того, что при соударениях электронов с атомами возникает мощное тормозное рентгеновское излучение, которое сильно нагревает центральную часть мишени, что препятствует снятию мишени.
Следующим недостатком является большой пробег релятивистских электронов в веществе мишени.
Следующим недостатком является сложность фокусирования электронов на мишень из-за их расталкивания.
Известен ускоритель тяжелых ионов для осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза [4, 5]. Ускоритель содержит источник ионов: высокочастотный линейный ускоритель, линейный компрессор и накопительное кольцо. Используется несколько ионных источников, вставленных один в другой попарно как в воронки, поскольку каждый ионный источник и ускоритель на входе имеет низкое отношение скорости ускоряемых ионов к скорости света /Бета/ и его ток ограничен величиной примерно 25 мА. Такие вставленные друг в друга устройства образуют древовидную систему высокочастотных линейных ускорителей с общим током на выходе около 500 мА. После выхода из высокочастотных линейных ускорителей ионы поступают в одно или несколько накопительных колец, в которых они накапливаются за большее число оборотов, например около 100. Результирующий ток при этом можно увеличить до 50 А. После выхода из накопительного кольца пучок ионов поступает в линейный компрессор, в котором выполнены индукционные накопительные модули. Первые ионы пучка слегка тормозятся, последние слегка ускоряются за счет формы импульса напряжения. Происходит уплотнение пучка. После этого ионы свободно дрейфуют в магнитном поле, создаваемом квадрупольными магнитами. Затем ионы фокусируются системой фокусировки /ионными линзами/ с расстояния от 5 до 10 м в пятне апертурой несколько мм.
Недостатком ускорителя с тяжелыми ионами является сложность конструкции и высокая стоимость. Драйвер с такими ускорителями стоит от ста миллионов до миллиарда долларов США [6].
Следующим недостатком является сложность транспортировки пучка в области накопительного кольца, требующая высокого вакуума с давлением порядка 108 Па [7].
Следующим недостатком ускорителя с тяжелыми ионами является малый ток, который после выхода пучка ионов с одного накопительного кольца не превышает 50 А.
Следующим недостатком ускорителя является малая частота повторения импульсов, которая составляет от 1 до 10 импульсов в день [8].
Известен импульсный диодный ускоритель легких ионов для осуществления управляемой реакции термоядерной реакции [8]. Ускоритель содержит систему питания, магнитную систему фокусировки ионов /ионную линзу/, вакуумную камеру, скоростной газовый переключатель /коммутатор/, систему ускоряющих электродов, высоковольтный генератор, конденсатор и систему подачи ускоряемого тела, выполненную в виде источника ионов.
Ускоритель работает следующим образом. Система питания запитывает высоковольтный генератор энергией, он повышает напряжение питания и подает высокое напряжение на конденсатор, который запитывается высоким напряжением /заряжается/, когда в накопителе энергии запасается необходимое количество энергии, конденсатор через скоростной переключатель /коммутатор/ соединяется с системой подачи ускоряемого рабочего тела /источником ионов/ и с системой ускоряющих электродов. Источник ионов импульсом подает ионы в межэлектродный зазор, и система электродов ускоряет ионы. Ионы распространяются вдоль магнитных силовых линий магнитной катушки, а затем системой фокусировки фокусируется на мишень. Импульсный диодный ускоритель ионов имеет следующие преимущества перед лазером для осуществления управляемой реакцией термоядерного синтеза. Во-первых, цена энергии 7 долларов за 1 джоуль в несколько раз ниже, чем у лазера. Во-вторых, мощность импульса драйвера реализована 100 ТВт больше, чем драйвера с лазерами. В-третьих, энергия драйвера реализована 4 Дж больше, чем у драйвера с лазерами. Импульсный диодный ускоритель ионов имеет следующие преимущества перед ускорителем тяжелых ионов. Во-первых, импульсный диодный ускоритель ионов, по крайней мере, в десять раз дешевле. Во-вторых, проще в изготовлении. В-третьих, ток в импульсном диодном ускорителе реализован 25 МА, на много больше, чем в ускорителе тяжелых ионов. Во всех трех были приведены параметры импульсного диодного ускорителя РВЕА-П, работающего импульсами, длительностью 35 нс [8]. Драйвер с ускорителями тяжелых ионов содержит несколько десятков импульсных ускорителей ионов, расположенных в одной плоскости симметрично относительно точки расположения мишени, находящейся внутри вакуумированного объема радиусом до 10 м.
Мишень для этого устройства представляет собой шаровой слой из замороженной дейтерий-тритиевой смеси массой в несколько мг, окруженный тяжелый металлической оболочкой, которая может иметь сложную несферическую форму. Реакция синтеза развивается благодаря тому, что сжатая и разогретая дейтерий-тритиевая смесь в течение достаточного для реакции времени инерционно удерживается от разлета тяжелой наружной оболочкой.
Мишень имеет три слоя. Внешний из свинца, промежуточный из свинцово-литиевой эВтектики, внутренний слой из замороженной дейтерий-тритиевой смеси. Мишень бомбардируется пучками ускоренных поной. Суммарная энергия ионных пучков составляет от 3 до 10 МДж при длительности импульса oт 20 до 30 нс, а суммарная мощность oт 100 до 500 ТВт, что позволяет разогреть промежуточный слой до температуры 100 эВ. Благодаря быстрому разогреву промежуточного слоя развивается огромное давление порядка 107 МПа, сжимающие по объему дейтерий-тритиевую смесь в количестве раз от 103 до 104 и разогревающее ее до температур свыше 2 кэВ. Процессы нагрева и сжатия мишени приводят к началу реакции термоядерного синтеза. В ходе реакции термоядерного синтеза происходит почти полное сгорание всей дейтерий-тритиевой смеси.
Недостатком импульсного диодного ускорителя для осуществления управляемой термоядерной реакции является недостаточно большая энергия ускоряемых частиц, которая для существующих диодных ускорителей ограничена тем напряжением, которое развивается высоковольтным генератором.
Для высоковольтного электростатического генератора эта величина превышает 30 MB. Для каскадного емкостного высоковольтного генератора достигнуто, до 5 МВ при мощности 200 кВт.
Следующим недостатком импульсного диодного ускорителя является малая частота повторения импульсов от одного до десяти импульсов в день [8].
Следующим недостатком диодного ускорителя является сложность фокусировки ускоренных легких ионов на мишень вследствие их кулоновского расталкивания [3].
Известен ускоритель с высоковольтным электростатическим генератором [9], содержащим систему питания, магнитную катушку, вакуумную камеру, систему фокусировки, конденсатор, электроды, систему подачи ускоряемого рабочего тела и высоковольтный генератор, содержащий устройство, вызывающее перекос зарядов. В ускорителе с высоковольтным электростатическим генератором устройство, вызывающее перенос зарядов, содержит транспортер, выполненный в виде диэлектрической ленты, и систему коронирующих острий или щеток. Коронирующие острия или щетки наносят на транспортер электрические заряды, транспортер непрерывно двигается, переносит заряды и в другой точке система коронирующих острий или щеток снимает коронирующими остриями или щетками электрические заряды. Точки нанесения и снятия электрических зарядов электрически соединены с конденсатором. Перенесенные транспортером заряды заряжают конденсатор. Когда напряжение конденсатора достигнет необходимой величины, с конденсатора происходит подача напряжения на электроды, рабочее тело, например ионы, ускоряется.
Недостатком ускорителя является малая энергия ускоряемых заряженных частиц, которая не превышает по порядку величины нескольких MB.
Следующим недостатком является малый ток, переносимый транспортером, не превышающий 1 мА.
Следующим недостатком для такого ускорителя с энергией в импульсе порядка 1 МДж, необходимой для решения задачи управляемого термоядерного синтеза, является малая частота повторения импульсов.
Известен ускоритель, содержащий вакуумную камеру, высоковольтный генератор, ускоряющую систему электродов, систему подачи ускоряемого рабочего тела, систему фокусировки, выпускную щель в стене камеры с расположенным на ней выходным окном, затянутым фольгой, и устройство для расширения пучка ускоряемых частиц в направлении, перпендикулярном направлению выпускной щели, расположенное между щелью и выходным окном [10]. В качестве ускоряемого рабочего тела используются либо электроны, либо ионы. В этом ускорителе система подачи ускоряемого рабочего тела подает ускоряемое рабочее тело в зазор между ускоряющими электродами, напряжение с высоковольтного генератора подается на ускоряющие электроды и ускоряет ускоряемое рабочее тело, находящееся в зазоре между электродами. Фокусирующая система фокусирует пучок для получения его минимального поперечного размера в плоскости щели. Пучок ускоренного рабочего тела в виде узкой ленты попадает в вакуумный объем, в котором на него воздействует быстро меняющееся электрическое поле (1-2 кГц), которое пучок расширяет для получения минимальной плотности потока ускоренных частиц, падающих на фольгу. Щель нужна для того, чтобы уменьшить поток вторичных частиц от фольги, летящих навстречу пучку. Вторичные частицы не должны попадать внутрь зазора ускоряющих электродов. Это имеет кардинальное значение для обеспечения электрической прочности ускоряющего зазора электродов.
Недостатком ускорителя является малая энергия ускоряемых заряженных частиц, которая не превышает по порядку величины нескольких MB.
Следующим недостатком для такого ускорителя с энергией в импульсе порядка 1 МДж, необходимой для решения задачи управляемого термоядерного синтеза, является малая частота повторения импульсов.
Задачей, стоящей перед изобретением, является увеличение энергии ускоряемых частиц и обеспечение возможности работать с частотой повторения импульсов oт 1 до 10 Гц.
Указанная задача решается тем, что ускоритель, содержащий систему питания, магнитную катушку, вакуумную камеру, систему фокусировки, ускоряющие электроды, систему подачи ускоряемого рабочего тела, по крайней мере, один конденсатор, высоковольтный генератор, содержащий устройство, вызывающее перенос зарядов, дополнительно содержит уединенный проводник, назовем проводник основным уединенным проводником, причем внутри проводника выполнен источник ускоряемого рабочего тела, при этом вакуумная камера содержит стенки, выполненные из изолятора в виде изолирующих труб и в камере выполнено устройство удержания на весу элементов ускорителя, выполненное с возможностью удерживать на весу элементы ускорителя, образующие составные части ускорителя, содержащее выполненный из изолятора внутри, по крайней мере, одной трубы, по крайней мере, один изолирующий трос с возможностью находиться внутри камеры на весу, не касаясь стенок вакуумной камеры ни в какой точке, кроме точки соединения с камерой своего конца, причем устройство, вызывающее перемещение зарядов содержит, по крайней мере, один внешний конденсатор и батарею соединенных последовательно внутренних конденсаторов, выполненных внутри вакуумной камеры так, что две крайние обкладки крайних внутренних конденсаторов батареи совмещены с обкладками внешнего конденсатора, при этом между обкладками, по крайней мере, одного конденсатора выполнен зазор, в котором нет диэлектрика, причем, по край ней мере, один внешний конденсатор электрически соединен с основным уединенным проводником, при этом устройство, вызывающее перенос зарядов, выполнено с возможностью вызывать перенос зарядов между обкладками внешнего конденсатора через внутренние конденсаторы либо механически, либо электрическим полем, либо излучением радиоактивных изотопов, причем устройство выполнено с возможностью вызывать перенос зарядов определенного знака в сторону одной обкладки внешнего конденсатора и не вызывать перенос в сторону другой обкладки, вдобавок, устройство удержания на весу элементов ускорителя выполнено с возможностью удерживать на весу внутри вакуумной камеры, по крайней мере, одну обкладку внешнего конденсатора и основной уединенный проводник так, чтобы обкладка конденсатора и уединенный проводник не касались стенок вакуумной камеры.
Ускоритель содержит, по крайней мере, один конденсатор, назовем конденсатор основным конденсатором, электрически соединенный с основным уединенным проводником, при этом устройство удержания на весу элементов ускорителя выполнено с возможностью удерживать на весу внутри вакуумной камеры основной конденсатор и основной уединенный проводник так, чтобы конденсатор и уединенный проводник не касались стенок вакуумной камеры.
По крайней мере, один изолирующий трос выполнен с возможностью удерживать на весу внутри вакуумной камеры основной конденсатор и основной уединенный проводник так, чтобы конденсатор и уединенный проводник не касались стенок вакуумной камеры.
Система питания содержит, по крайней мере, одно автономное зарядное устройство, выполненное с возможностью заряжаться электрическим зарядом одного знака.
Система питания содержит, по крайней мере, одно автономное зарядное устройство, выполненное с возможностью испускать заряженные частицы с электрическим зарядом одного знака.
Ускоритель содержит трубы с жидкостью или газом, выполненные из изолятора, замкнутые в контур, проходящий через систему создания давления, вакуумную камеру и систему охлаждения, при этом система создания давления выполнена с возможностью создания давления в трубе с жидкостью или газом.
Система питания содержит, по крайней мере, одну турбину, выполненную внутри трубы с жидкостью или газом с возможностью вращаться под напором жидкости или газа.
Труба с жидкостью или газом соединена с обкладкой внутреннего конденсатора.
Вещество жидкости или газа выполнено изолятором.
Система питания содержит автономное зарядное устройство, содержащее турбину, при этом участок трубы, внутри которого выполнена турбина, покрыт экраном, выполненным из проводящего материала, причем снаружи экрана выполнен источник электронов и ускоритель электронов, при этом внутри турбины выполнен турбогенератор с возможностью выработки электроэнергии при вращении турбины, электрически соединенный с системой питания ускорителя электронов, причем система питания ускорителя электронов покрыта экраном.
Обкладка внутреннего конденсатора выполнена в виде проводящей пластины, параллельной обкладке внешнего конденсатора, при этом на стороне проводящей пластины, обращенной к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, а на другой стороне пластины эмиссионных катодов нет.
Ускоритель содержит, по крайней мере, одну пластину, причем на одной стороне пластины выполнено покрытие из радиоактивного вещества, выполненного с возможностью испускать в ходе распада заряженные частицы одного знака, а на другой стороне пластины выполнено другое радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы другого знака.
На одной стороне пластины выполнено покрытие из радиоактивного вещества, выполненного с возможностью испускать в ходе распада заряженные частицы одного знака, а на другой стороне пластины радиоактивного вещества нет.
Устройство удержания на весу элементов ускорителя содержит систему удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем, выполненную с возможностью удержания на весу электрическим полем составных частей ускорителя так, чтобы составные части ускорителя не касались стенок вакуумной камеры.
Система содержит, по крайней мере, два изолирующих троса, один из которых соединен с элементом, а другой содержит автономное зарядное устройство, при этом изолирующие тросы выполнены один над другим, причем верхний трос соединен с элементом, а нижний трос соединен со стенками вакуумной камеры.
Элементами, удерживаемыми на весу, являются основной уединенный проводник, основной конденсатор и, по крайней мере, один внешний конденсатор.
Ускоритель содержит дополнительный центральный электрод, выполненный в виде цилиндра или многогранной призмы, окружающих точку расположения мишени так, что оси симметрии цилиндра или призмы проходят через точку расположения мишени, при этом либо цилиндр выполнен полым, либо призма выполнена полой.
Ускоритель содержит компенсатор, выполненный в виде покрытого изоляцией провода, соединяющего обкладку внешнего конденсатора с областью около точки расположения мишени.
На поверхности обкладок внутреннего конденсатора выполнены выступы, при этом на поверхности выступов обкладки, обращенной к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнено покрытие из радиоактивного вещества, выполненного с возможностью испускать при радиоактивном распаде заряженные частицы одного знака, а на другой поверхности обкладки радиоактивного вещества нет, при этом выступы выполнены так, что образуют пазы с возможностью выступам одной обкладки находиться между выступов другой обкладки, вдобавок выступы выполнены из проводящего материала в виде параллельных пластин, перпендикулярных обкладкам так, чтобы между выступами был зазор, причем выступы одной обкладки электрически изолированы от выступов другой обкладки.
Ускоритель содержит транспортер, выполненный с возможностью установки и замены на обкладке внутреннего конденсатора эмиссионных катодов.
На обкладке внешнего конденсатора выполнено автономное зарядное устройство с ускорителем электронов, при этом ускоряющие электроды ускорителя соединены с обкладками основного конденсатора.
Содержит, по крайней мере, два внешних конденсатора, при этом внешние конденсаторы соединены последовательно.
На обкладке внутреннего конденсатора выполнен электростатический генератор с возможностью переносить заряды на другую обкладку, соединенный с турбиной, выполненной внутри трубы с жидкостью или газом.
Система создания давления содержит, по крайней мере, одну турбину, выполненную вне вакуумной камеры.
Система создания давления содержит, по крайней мере, один насос, выполненный вне вакуумной камеры.
Система создания давления содержит, по крайней мере, один нагреватель.
Нагреватель соединен с термоядерным реактором.
Автономное зарядное устройство содержит источник электронов и ускоритель электронов.
Автономное зарядное устройство выполнено на обкладке конденсатора.
Ускоритель содержит, по крайней мере, один индукционный ускоритель, выполненный около обкладки внутреннего конденсатора.
Ускоритель содержит, по крайней мере, один колебательный контур с конденсатором и катушкой индуктивности, выполненный около обкладки внутреннего конденсатора.
Ускоритель содержит, по крайней мере, один источник электромагнитного излучения и волновод, при этом источник электромагнитного излучения выполнен около изолирующей трубы, а волновод выполнен на внутренней поверхности изолирующей трубы с возможностью ввода внутрь волновода электромагнитного излучения.
По крайней мере, один внутренний конденсатор выполнен с зазором между обкладками, при этом в зазоре нет диэлектрика.
Вокруг обкладки внутреннего конденсатора выполнено проводящее кольцо.
На поверхности обкладки внутреннего конденсатора, обращенной к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, а на другой поверхности обкладки эмиссионных катодов нет.
Вдоль батареи внутренних конденсаторов выполнена труба с жидкостью или газом, причем в жидкости или газе в виде взвеси находятся твердые частицы, при этом стенки трубы выполнены из участков двух типов, электрически соединенных с обкладками конденсаторов, отличающихся тем, что материал одного участка при трении об него твердой частицы отдает электроны, а материал второго участка при трении об него твердой частицы забирает электроны.
Система подачи ускоряемого рабочего тела содержит ускоряющий ствол, выполненный из изолятора с возможностью ускорять электромагнитным полем цилиндры и приводить их во вращение; транспортер, выполненный с возможностью подавать к ускоряющему стволу цилиндры; устройство подачи в ствол цилиндров; ограничитель, выполненный с возможностью останавливать движение цилиндра на выходе из ствола, имеющий отверстие на оси ствола; систему сброса, выполненную с возможностью сбрасывать с оси ствола цилиндр после его остановки ограничителем, содержащую соединенные с электромотором либо турбину с лопастями, либо пропеллер, либо диск с прорезями; систему сбора полых цилиндров, при этом ограничитель электрически соединен с ускоряющим электродом, а на торце цилиндра выполнен выступ, содержащий либо, по крайней мере, одно острие или лезвие, либо систему крепления макроскопической частицы или пленки, причем радиус основания выступа меньше ширины прорези отверстия ограничителя, а радиус цилиндра больше ширины прорези ограничителя.
Несколько ускорителей выполнены симметрично относительно точки расположения мишени и соединены в драйвер.
На изолирующем тросе выполнены дополнительные уединенные проводники, причем дополнительные уединенные проводники выполнены с выступами на торцах в форме фигур вращения, при этом ось вращения параллельна осевой линии изолирующего троса.
Изолирующий трос совмещен с трубой с жидкостью или с газом.
Вокруг изолирующего троса проводника выполнено проводящее кольцо.
Содержит автономное зарядное устройство, содержащее конденсатор, при этом на внутренней поверхности одной обкладки конденсатора выполнено покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы одного знака, а на внутренней поверхности другой обкладки радиоактивного вещества нет, причем между обкладками выполнен зазор, и в зазоре нет диэлектрика.
Система подачи ускоряемого рабочего тела выполнена с возможностью подавать в качестве рабочего тела либо тяжелые ионы, либо макроскопические частицы или пленки.
Макроскопическая частица или пленка содержит вещество с работой выхода менее 3 эВ.
Макроскопическая частица или пленка выполнена из тугоплавкого материала и соединена с выступом цилиндра легкоплавким материалом, который в жидкой вазе не смачивает материал частицы или пленки, но смачивает материал выступа цилиндра.
Около оси ускорителя выполнен ускоритель плазмы с возможностью ускорять плазму вдоль оси.
Ускоритель плазмы содержит, по крайней мере, один провод, выполненный вдоль оси, и систему электродов, выполненные с возможностью создавать скрещенные электрические и магнитные поля, перпендикулярные оси.
Система питания содержит автономное зарядное устройство, содержащее транспортер, проходящий через обкладку внутреннего конденсатора, систему подачи на транспортер радиоактивного вещества, выполненного с возможностью испускать в ходе распада заряженные частицы одного знака и систему размещения радиоактивного вещества внутри обкладки, или на поверхности обкладки.
Автономное зарядное устройство содержит покрытие, содержащее радиоактивный материал, выполненный с возможностью испускать заряженные частицы одного знака.
Устройство удержания на весу элементов ускорителя содержит изолирующие тросы, один конец которых соединен со стенкой вакуумной камеры, а второй конец соединен либо с самим элементом, либо с тросом, соединенным с элементом, при этом, по крайней мере, один трос выполнен наклонно, под углом к вертикали, причем трос выполнен внутри изолирующей трубы, выполненной наклонно под углом к вертикали.
По крайней мере, одна изолирующая труба вакуумной камеры выполнена изогнутой вдоль той параболы, которую, в соответствии с предварительным расчетом, за счет силы тяжести образуют наклонные изолирующие тросы, удерживающие элементы на весу.
Система удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем, выполнена с возможностью удерживать на весу составные части ускорителя с помощью электрического поля так, чтобы они не касались стенок вакуумной камеры, при этом система удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем содержит, по крайней мере, два изолирующих троса, причем верхний изолирующий трос выполнен над элементом ускорителя, а нижний под элементом, при этом, изолирующий трос, соединен с элементом и с трубой с жидкостью или газом, причем концы троса закреплены в стенках изолирующей трубы вакуумной камеры, вдобавок между изолирующими тросами выполнены перпендикулярные тросам дополнительные изолирующие тросы, соединенные со стенками вакуумной камеры и не соединенные с элементом ускорителя, причем на середине дополнительного изолирующего троса выполнен дополнительный уединенный проводник, выполненный в виде фигуры вращения, при этом расстояние от оси фигуры вращения до поверхности фигуры вращения уменьшается в центральной части фигуры вращения и возрастает в сторону торцов фигуры вращения, причем на дополнительном уединенном проводнике выполнено автономное зарядное устройство, при этом ось фигуры вращения совпадает с осевой линией изолирующего троса.
Система удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем содержит систему растяжки, содержащую, по крайней мере, два дополнительных уединенных проводников, назовем проводники первым и вторым, причем, по крайней мере, один первый дополнительный уединенный проводник, выполнен в виде фигуры вращения, при этом расстояние от оси фигуры вращения до поверхности фигуры вращения уменьшается в центральной части фигуры вращения и возрастает в сторону торцов фигуры вращения, причем, по крайней мере, один торец фигуры вращения соединен со штангой, соединенной с элементом ускорителя, при этом между первым дополнительным уединенным проводником и элементом выполнен в виде фигуры вращения второй дополнительный уединенный проводник, закрепленный на изолирующем тросе, причем длина первого уединенного проводника более чем в два раза превышает ширину второго проводника и длина штанги более чем в два раза превышает ширину второго проводника, а на поверхности второго проводника, обращенной в сторону внутренней поверхности изолирующей трубы, выполнено покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы одного знака, причем концы троса закреплены в стенках изолирующих труб вакуумной камеры, а электрическая емкость первого уединенного проводника превышает емкость штанги более чем в пять раз.
Оси первого и второго дополнительного уединенного проводника перпендикулярны.
Между штангой и элементом выполнена пружина.
На поверхности первого проводника, более удаленной от элемента выполнено покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы одного знака.
Система удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем содержит, по крайней мере, три системы растяжки, выполненные с возможностью тянуть элемент ускорителя в разные стороны, в том числе и вдоль вертикали, при этом, по крайней мере, одна система растяжки выполнена над элементом и, по крайней мере, одна система растяжки выполнена под элементом.
По крайней мере, две системы растяжки выполнены по разные стороны от вертикали, проходящей через элемент.
Радиоактивное вещество выполнено с возможностью испускать электроны.
Ускоритель содержит систему дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела, выполненную с возможностью дополнительно увеличивать энергию ускоряемого рабочего тела, причем система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела содержит коаксиальные электроды, выполненные вдоль оси ускорителя, при этом ось электродов совпадает с осью ускорителя и на оси электрода выполнено сквозное осевое отверстие, причем коаксиальные электроды объединены в секции, выполненные вдоль оси ускорителя, при этом, в секцию входит, по крайней мере, одна пара коаксиальных электродов, состоящая из внутреннего электрода и внешнего электрода, причем внешний окружает внутренний и электрически изолирован от него, вдобавок система дополнительного увеличения энергии рабочего тела содержит, по крайней мере, одну линию задержки, выполненную из провода, электрически соединяющего коаксиальный электрод и систему питания, при этом длина линии задержки согласована со временем прохождения ускоряемого рабочего тела через сквозное осевое отверстие коаксиального электрода.
Система питания электрически соединена с основным уединенным проводником.
Система дополнительного увеличения энергии рабочего тела содержит устройство включения коммутаторов, содержащее электроды пуска системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела, соединенное, с системой пуска ускорителя и с системой подачи ускоряемого рабочего тела, причем система содержит, по крайней мере, один коммутатор, выполненный в виде двух пластин с возможностью охлаждаться жидкостью или газом, поступающих на пластины из труб с жидкостью или газом, при этом коммутатор выполнен так, чтобы между пластинами был зазор, причем на одной пластине выполнена система эмиссионных катодов, а на другой пластине эмиссионных катодов нет, при этом, по крайней мере, один коммутатор соединен с основным уединенным проводником, причем на основном уединенном проводнике выполнена пластина без эмиссионных катодов, а к проводам линий задержки присоединена пластина с эмиссионными катодами, вдобавок устройство включения коммутаторов содержит источник электромагнитного излучения, выполненный с возможностью направлять луч электромагнитного излучения на эмиссионные катоды коммутатора.
Источник электромагнитного излучения выполнен в виде лазера.
Коаксиальный электрод содержит проводящую трубу, причем ось трубы совпадает с осью ускорителя, при этом труба со стороны центра секции соединена с плоским проводящим кольцом, причем ось трубы совпадает с осью кольца, вдобавок плоскость кольца перпендикулярна оси ускорителя.
Проводящие плоские кольца, соседних коаксиальных электродов одной секции выполнены рядом друг с другом так, чтобы между ними был межэлектродный зазор.
Проводящие трубы соседних коаксиальных электродов одной секции выполнены с внешних сторон плоских проводящих колец.
Система дополнительного увеличения энергии рабочего тела содержит, по крайней мере, два провода линии задержки, выполненных один вдоль другого, при этом один провод линии задержки электрически соединен с системой питания, а второй провод линии задержки электрически соединен с землей.
Система дополнительного увеличения энергии рабочего тела содержит, по крайней мере, два провода линии задержки, выполненных один вдоль другого, электрически соединенных с системой питания, причем провода выполнены с возможностью запитываться токами противоположных направлений.
Ускоритель содержит дополнительный уединенный проводник, назовем его минусовой уединенный проводник, выполненный с возможностью удерживаться на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя, при этом устройство, вызывающее перенос зарядов выполнено с возможностью переносить положительные заряды на основной уединенный проводник и отрицательные заряды на минусовой уединенный проводник, причем с минусовым уединенным проводником через коммутатор соединена, по крайней мере одна линия задержки и с основным уединенным проводником соединена через коммутатор, по крайней мере одна, линия задержки.
Система питания электрически соединена с минусовым уединенным проводником.
Система дополнительного увеличения энергии рабочего тела содержит, по крайней мере, две линии задержки, при этом, по крайней мере, одна линия задержки электрически соединена с основным уединенным проводником и с коаксиальным электродом, а вдоль линии задержки выполнена другая линия задержки, соединенная электрически с землей и не соединенная с коаксиальным электродом.
Система дополнительного увеличения энергии рабочего тела содержит, по крайней мере, четыре линии задержки, при этом, по крайней мере, одна линия задержки электрически соединена с основным уединенным проводником и с коаксиальным электродом, а вдоль линии задержки выполнена другая линия задержки, соединенная электрически либо с землей, либо с минусовым уединенным проводником, не соединенная с коаксиальным электродом, и, вдобавок, по крайней мере, одна линия задержки электрически соединена с минусовым уединенным проводником и с другим коаксиальным электродом, а вдоль линии задержки выполнена другая линия задержки, соединенная электрически либо с землей, либо с основным уединенным проводником, не соединенная с другим коаксиальным электродом.
Устройство удержания на весу элементов ускорителя содержит систему удержания на весу элементов ускорителя магнитным полем, выполненную с возможностью удержания на весу магнитным полем составных частей ускорителя так, чтобы элементы не касались стенок вакуумной камеры.
Система удержания на весу элементов ускорителя магнитным полем содержит, по крайней мере, четыре провода удержания, выполненные параллельно проводам линий задержки, при этом провода удержания выполнены симметрично относительно провода линии задержки, причем два провода удержания выполнены под проводом линии задержки и два провода удержания выполнены над проводом линии задержки, при этом провода удержания выполнены с возможностью запитываться током обратного направления, по отношению к току провода линии задержки, причем провода удержания и провода линий задержки покрыты магнитной пленкой, содержащей магниты, при этом пленка содержит ферромагнитный материал, причем полюса магнитов, выполненных на линиях задержки и полюса магнитов, выполненных на проводах удержания, ориентированы в разные стороны.
Полюса магнитов ориентированы вдоль направлений токов в проводах.
Провода удержания удерживаются на весу изолирующими тросами, выполненных внутри изолирующих труб, при этом концы тросов закреплены в стенках вакуумной камеры.
Провода удержания соединяются друг с другом по четыре с помощью изолирующих колец, выполненных из изолятора.
Изолирующие тросы присоединены, по крайней мере, к одному кольцу.
Изолирующие тросы присоединены, по крайней мере, к одному изолирующему каркасу, выполненного в форме квадратной рамки из изолятора.
По крайней мере, один из концов проводов удержания соединен через коммутатор с системой питания.
По крайней мере, один из концов проводов удержания соединен через коммутатор с землей.
Провода удерживаются на весу изолирующими тросами, соединенными со стенками вакуумной камеры.
Провода линий задержки соединены с системой удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем.
Провода линии задержки соединены через выпрямитель с дополнительными уединенными проводниками линии задержки, выполненными на изолирующих тросах.
Провод линии задержки выполнен внутри трубы с жидкостью или газом. Ускоритель электронов содержит эмиссионные катоды и ускоряющие электроды.
Автономные зарядные устройства выполнены на обкладках внутренних конденсаторов так, чтобы, если пронумеровать все поверхности обкладок, считая от внутренней поверхности первой обкладки первого внешнего конденсатора, соединенной с основным уединенным проводником, то источник электронов и ускорители электронов выполнены на нечетных поверхностях обкладок.
Автономные зарядные устройства выполнены на обкладках внутренних конденсаторов так, чтобы, если пронумеровать все поверхности обкладок, считая от внутренней поверхности первой обкладки первого внешнего конденсатора, соединенной с основным уединенным проводником, то покрытия с радиоактивным материалом выполнены на нечетных поверхностях обкладок.
Ускоритель содержит автономное зарядное устройство, содержащее конденсатор, при этом на внутренней поверхности одной обкладки конденсатора выполнено покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы одного знака, а на внутренней поверхности другой обкладки выполнено покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы противоположного знака, причем между обкладками выполнен зазор, и в зазоре нет диэлектрика.
Внутренний конденсатор содержит автономное зарядное устройство, выполненное на обкладках конденсатора, при этом на внутренней поверхности одной обкладки конденсатора выполнено покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы одного знака, а на внутренней поверхности другой обкладки выполнено покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы противоположного знака, причем между обкладками выполнен зазор, и в зазоре нет диэлектрика.
Автономные зарядные устройства выполнены на обкладках внутренних конденсаторов так, чтобы, если пронумеровать все поверхности обкладок, считая от внутренней поверхности первой обкладки первого внешнего конденсатора, соединенной с основным уединенным проводником, то покрытия с радиоактивным материалом, излучающие в ходе радиоактивного распада электроны, выполнены на нечетных поверхностях обкладок, а покрытия с радиоактивным материалом, излучающим в ходе радиоактивного распада положительно заряженные частицы, выполнены на четных поверхностях обкладок.
Турбины соединены с электростатическими генераторами, при этом, по крайней мере, на одной обкладке внутреннего конденсатора выполнен, по крайней мере, один электростатический генератор, соединенный с турбиной, причем турбина выполнена внутри трубы с жидкостью или газом, при этом генератор выполнен с возможностью переносить заряды на другую обкладку.
Турбина соединена с валом, при этом на вале выполнен транспортер электростатического генератора, причем транспортер выполнен в виде диэлектрической, изолирующей ленты, при этом на обкладке выполнена система коронирующих острий или щеток, выполненных с возможностью наносить на поверхность транспортера электрический заряд одного знака, вдобавок транспортер соединяет, по крайней мере, две обкладки.
Вдоль батареи внутренних конденсаторов выполнена труба с жидкостью или газом, причем в жидкости или газе в виде взвеси находятся твердые частицы, при этом стенки трубы выполнены из чередующихся последовательно секций, состоящих из участков двух типов, электрически соединенных с обкладками конденсаторов, причем материал участка первого типа выполнен с возможностью заряжаться положительным зарядом при трении об него материала твердой частицы, а материал участка второго типа выполнен с возможностью заряжаться отрицательным зарядом при трении об него материала твердой частицы, при этом вокруг конденсаторов выполнены внешние электроды с отверстиями, электрически соединенные с участками первого типа, а также внешние электроды без отверстий и внутренние электроды, электрически соединенные с участками второго типа, причем внутренние электроды выполнены внутри внешних и на внешних поверхностях внутренних электродов выполнены эмиссионные катоды, а конденсаторы выполнены вокруг участков в виде проводящих цилиндров, при этом с участком второго типа со стороны одной обкладки внешнего конденсатора соединен внешний электрод без отверстий, а со стороны другой обкладки внутренний электрод, вдобавок внешний электрод с отверстиями выполнен между внешним электродом без отверстий и внутренним электродом так, чтобы между электродами был зазор, при этом внешний электрод с отверстиями выполнен в виде сетки с возможностью обеспечить возможность электронам свободно пролетать сквозь сетку, причем внешний электрод без отверстий одной обкладки электрически изолирован от внешнего электрода с отверстиями другой обкладки. Внутри трубы с жидкостью или газом выполнены вложенные друг в друга проводящие трубы, при этом между трубами выполнены зазоры с возможностью свободного прохода в зазоре жидкости или газа, причем трубы электрически соединены друг с другом и с конденсатором и покрыты изолирующим покрытием либо из материала первого участка, либо из материала второго участка.
Система питания содержит внешний источник напряжения.
Система питания соединена с внешней электрической сетью.
На поверхности обкладки внутреннего конденсатора, обращенной к одной обкладке внутреннего конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, а на другой поверхности обкладки эмиссионных катодов нет, причем другая поверхность покрыта материалом с работой выхода более 4 эВ, при этом вокруг внутренних конденсаторов выполнены индукционные катушки, причем индукционная катушка либо подвешена на изолирующих тросах вместе с батареей внутренних конденсаторов, либо индукционная катушка выполнена на внутренней поверхности изолирующей трубы.
Индукционная катушка электрически соединена с автономным зарядным устройством.
Индукционная катушка соединена с внешним источником питания.
Вдоль батареи внутренних конденсаторов выполнены колебательные контуры, при этом колебательный контур выполнен около обкладки внутреннего конденсатора и содержит конденсатор и катушку индуктивности, причем конденсатор контура может быть либо совмещен с внутренним конденсатором, либо обкладки конденсатора контура могут быть выполнены в виде плоских колец вокруг внутреннего конденсатора, при этом обкладки внутренних конденсаторов выполнены в виде параллельных пластин, причем на поверхности пластины, обращенной к последней обкладке внешнего конденсатора выполнены эмиссионные катоды, а на поверхности обкладки, обращенной к первой обкладке внешнего конденсатора, эмиссионных катодов нет и эта поверхность покрыта материалом с работой выхода более 4 эВ.
Ось катушки индуктивности перпендикулярна обкладке внутреннего конденсатора.
Колебательный контур либо подвешен вместе с внутренними конденсаторами на изолирующих тросах, либо выполнен на внутренних стенках изолирующей трубы вакуумной камеры.
Колебательный контур соединен, по крайней мере, с одним автономным зарядным устройством.
Колебательный контур выполнен на внутренней стенке изолирующей трубы и электрически соединен с внешним источником питания.
Внешний источник питания содержит источник переменного электрического тока.
Внешний источник питания соединен с колебательным контуром проводами при этом провода состоят из коротких отрезков, соединенных между собой посредством конденсаторов и катушек индуктивности, выполненных с возможностью менять ток в обмотках за счет взаимной индукции, причем между обкладками конденсаторов и катушками со взаимной индукцией выполнен зазор, в котором поддерживается вакуум.
Около изолирующей трубы выполнен источник электромагнитного излучения, причем на внутренней поверхности изолирующей трубы выполнен волновод и выходное отверстие источника электромагнитного излучения.
Волновод содержит проводящие кольца, при этом кольца электрически изолированные друг от друга, причем ось колец совпадает с осью изолирующей трубы, а расстояние между кольцами меньше длины волны электромагнитного излучения источника электромагнитного излучения, вдобавок параметры волновода согласованы с параметрами источника электромагнитного излучения так, чтобы вдоль волновода это излучение могло распространяться.
Около изолирующей трубы выполнен источник электромагнитного излучения, а на внутренней поверхности изолирующей трубы выполнен волновод с возможностью ввода внутрь волновода излучения и распространения излучения вдоль волновода, при этом на стенках волновода между обкладками внешнего конденсатора выполнен автоэлектронный модулятор электромагнитного излучения, содержащий внешний конденсатор, причем между обкладками внешнего конденсатора выполнена батарея внутренних конденсаторов, обкладки которых выполнены в виде параллельных пластин, при этом на поверхности пластин, обращенных к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, а на поверхности, обращенной к другой обкладке, эмиссионных катодов нет, причем расстояние между пластинами много меньше длины волны электромагнитного излучения, при этом обкладки соединены друг с другом изолирующими прокладками.
На выходе излучателя электромагнитного излучения выполнен поляризатор.
Автономное зарядное устройство содержит индуктивный накопитель энергии, помещенный в криостат, систему коммутации энергии, эмиссионные катоды и ускоритель электронов, причем индуктивный накопитель энергии выполнен в виде магнитной катушки, содержащей, по крайней мере, одну, пару одинаковых сверхпроводящих обмоток, выполненных одна вдоль другой и запитанных токами противоположных направлений, причем катушка содержит, по край ней мере, одну секцию, содержащую либо более двух витков пары обмоток, либо более двух пар обмоток, выполненных одна вдоль другой и запитанных токами противоположных направлений.
Автономное зарядное устройство выполнено на обкладке внутреннего конденсатора.
Магнитная катушка соединена с трубами с жидкостью или газом, при этом, по крайней мере, одна труба наполнена жидким гелием или его парами.
Магнитная катушка соединена с трубами с жидкостью или газом, при этом, по крайней мере, одна труба наполнена жидким азотом или его парами.
Обкладки внутреннего конденсатора выполнены в виде сегментов фигур вращения, ось которых лежит на оси, проходящей через точку расположения мишени.
Обкладки внутреннего конденсатора выполнены в виде сегментов фигур вращения, ось которых лежит на оси, проходящей через точку расположения мишени, при этом на поверхности обкладки внутреннего конденсатора, обращенных к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнены автономные зарядные устройства.
Обкладки внутренних конденсаторов выполнены в виде фигур вращения, вложенных одна в другую, при этом ось фигур вращения проходит через точку расположения мишени, причем на поверхности обкладки внутреннего конденсатора, обращенных к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнены автономные зарядные устройства.
Обкладка внутреннего конденсатора соединена, по крайней мере, с тремя изолирующими тросами и выполнена с возможностью удержания изолирующими тросами на весу без контакта с другими обкладками, при этом изолирующие тросы, в свою очередь, удерживаются на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя, причем на обкладке выполнено автономное зарядное устройство.
Содержит дополнительную систему ускоряющих электродов, выполненную между основным уединенным проводником и точкой расположения мишени, и дополнительное устройство, вызывающее перенос зарядов, при этом дополнительное устройство, вызывающее перенос зарядов, содержит внутренние конденсаторы, обкладки которых выполнены либо в виде сегментов фигур вращения, ось которых лежит на оси, проходящей через точку расположения мишени, либо в виде фигур вращения с общей осью вращения, выполненных одна в другой, ось которых проходит через точку расположения мишени, причем дополнительное устройство, вызывающее перенос зарядов, выполнено с возможностью переносить электроны в направлении от основного уединенного проводника к точке расположения мишени, а наиболее удаленная от точки расположения мишени обкладка дополнительного устройства электрически соединена с основным уединенным проводником, при этом дополнительные электроды совпадают с обкладками внутренних конденсаторов дополнительного устройства, вызывающего перенос зарядов, и в обкладках на оси ускорителя выполнены сквозные отверстия.
Ускоритель электронов содержит эмиссионные электроды и ускоряющие электроды.
С системой подачи ускоряемого рабочего тела соединена автономная система питания, содержащая автономное зарядное устройство, причем внутри ускоряющего ствола выполнена резьба, при этом два выступа резьбы выполнены проводящими в виде электродов, причем электроды электрически соединены с автономной системой питания, при этом электроды соединены с проводами, идущими на автономную систему питания, со стороны выхода ускоряющего ствола.
Внутри основного уединенного проводника выполнена система подачи ускоряемого рабочего тела, при этом система выполнена с возможностью подавать для последующего ускорения в качестве ускоряемого рабочего тела либо тяжелые ионы, либо макроскопические частицы или пленки весом несколько миллиграмм, причем внутри системы выполнен транспортер, соединенный с ускоряющим стволом, выполненным из изолятора с возможностью ускорять электромагнитным полем цилиндры и приводить их во вращение, при этом ось ускоряющего ствола совпадает с осью ускорителя, причем транспортер выполнен с возможностью подавать к ускоряющему стволу цилиндры, кроме того, рядом с транспортером выполнено устройство подачи в ствол цилиндров, вдобавок с устройством соединена автономная система питания, содержащая автономное зарядное устройство, причем внутри ускоряющего ствола выполнена резьба, при этом два выступа резьбы выполнены из проводящего материала в виде электродов, причем электроды электрически соединены с автономной системой питания, при этом электроды соединены с проводами, идущими на автономную систему питания, со стороны выхода ускоряющего ствола, кроме того, с системой подачи в ствол цилиндров и с автономной системой питания соединена система пуска ускорителя, вдобавок автономная система питания выполнена с возможностью контроля силы тока, текущего через электроды, и напряжения между электродами, причем система питания содержит вольтметр и амперметр, при этом на торце цилиндра в виде фигуры вращения выполнен выступ, причем на выступе цилиндра выполнен усеченный конус, ось которого совпадает с осью цилиндра, кроме того, на плоском торце конуса около его вершины выполнено из изолятора кольцо, причем ось кольца совпадает с осью цилиндра, при этом внутри выступа и внутри усеченного конуса выполнен магнит, причем на боковой поверхности цилиндра вокруг цилиндра из изолятора выполнено изолирующее покрытие, при этом над изолирующим покрытием вокруг боковой поверхности цилиндра выполнено из металла проводящее покрытие, вдобавок на торце усеченного конуса около вершины конуса выполнена система размещения и крепления вещества ускоряемого рабочего тела, выполненная либо в виде системы крепления макроскопической частицы или пленки, либо в виде системы острий или лезвий, выполненных из материала, ионы которого намечено ускорять, причем система крепления макроскопической частицы или пленки содержит участок магнита, выполненный на поверхности выступа на торце усеченного конуса около его вершины и участок поверхности выступа, выполненный из проводящего тугоплавкого материала на торце усеченного конуса выступа около вершины конуса, при этом материал участка выступа удовлетворяет условию, что в расплавленном состоянии материал поверхности участка выступа смачивает материал внутренней части выступа, в том числе, материал магнита, то есть краевой угол при их контакте меньше 90 градусов, и не смачивает вещество, из которого выполнена макроскопическая частица или пленка, то есть краевой угол при их контакте больше 90 градусов, причем макроскопическая частица или пленка установлена на торце конуса около вершины конуса так, чтобы ось конуса проходила через центр макроскопической частицы или пленки, кроме того, на внутренней поверхности проводящей оболочки основного уединенного проводника выполнен ограничитель, состоящий из участка проводящей оболочки основного уединенного проводника со сквозной прорезью на оси ствола, выполненный с возможностью останавливать движение цилиндра после вылета цилиндра из ствола, при этом ширина прорези меньше диаметра цилиндра, но больше диаметра выступа, причем расстояние от основания выступа до вершины выступа больше толщины оболочки основного уединенного проводника в районе ограничителя, вдобавок система подачи ускоряемого рабочего тела содержит систему сброса, выполненную около ствола с возможностью сбрасывать с оси ствола цилиндр после остановки цилиндра ограничителем, содержащую соединенные с электромотором либо турбину с лопастями, при этом лопасть выполнена в виде пластины с выступом, причем пластина параллельна оси ускорителя, а выступ перпендикулярен пластине, либо диск с прорезями, либо пропеллер, при этом ограничитель электрически соединен с внешней поверхностью основного уединенного проводника, причем прорезь ограничителя выполнена с возможностью обеспечить движение вдоль нее выступа цилиндра под углом вниз, вдобавок внизу под системой сброса выполнена система сбора цилиндров, выполненная с возможностью сбора упавших цилиндров, сброшенных вниз системой сброса.
Макроскопическая частица или пленка содержит ферромагнитный материал.
На обкладке внутреннего конденсатора выполнено автономное зарядное устройство, источник электронов и ускоритель электронов.
Система охлаждения содержит трубы с жидкостью или газом, при этом трубы выполнены так, что часть трубы выполнена снаружи вакуумной камеры, а часть внутри вакуумной камеры.
Система охлаждения содержит верхнюю и нижнюю системы подачи хладагента, верхнюю и нижнюю системы приема хладагента, при этом верхняя система подачи хладагента выполнена на верхней внутренней поверхности изолирующей трубы, а верхняя система приема хладагента выполнена снизу под системой подачи хладагента на верхней поверхности элемента ускорителя, удерживаемого на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя, кроме того, верхняя система приема хладагента соединена с трубами с жидкостью или газом, выполненными от верхней части элемента ускорителя до нижней части элемента ускорителя с возможностью охлаждения элемента ускорителя, а на нижней части элемента выполнена нижняя система подачи хладагента, соединенная с трубами с жидкостью или газом, причем на нижней поверхности вакуумной камеры выполнена нижняя система приема хладагента, соединенная с внешней частью системы охлаждения, выполненной вне вакуумной камеры, при этом система подачи и приема хладагента выполнены в виде герметичных камер с герметичными люками входа и выхода, и с герметичными клапанами на трубах с жидкостью или газом, кроме того, система подачи хладагента выполнена с возможностью наполнять герметичную емкость хладагентом, герметично закрывать герметичную емкость и сбрасывать вниз, а система приема хладагента выполнена с возможностью извлекать хладагент из герметичной емкости и направлять герметичную емкость или вверх, или в боковом направлении, причем хладагент выполнен с возможностью в рабочем интервале температур наполнять трубы с жидкостью или газом, при этом системы подачи и приема хладагента содержат системы захвата, выполненные с возможностью захватывать летящие в их стороны герметичные емкости. По крайней мере, одна система подачи хладагента выполнена с возможностью бросать герметичную емкость. По крайней мере, одна система приема хладагента выполнена с возможностью бросать герметичную емкость. По крайней мере, одна система подачи хладагента содержит катапульту. По крайней мере, одна система приема хладагента содержит катапульту. По крайней мере, одна система подачи хладагента содержит зарядное устройство, выполненное с возможностью заряжать герметичную емкость электрическим зарядом. По крайней мере, одна система приема хладагента содержит зарядное устройство, выполненное с возможностью заряжать герметичную емкость электрическим зарядом. По крайней мере, одна система захвата выполнена над элементом ускорителя, удерживаемым на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя. По крайней мере, одна система захвата выполнена под элементом ускорителя, удерживаемым на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя. По крайней мере, одна система захвата выполнена сбоку от элемента ускорителя, удерживаемым на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя. Герметичная емкость выполнена либо в виде цистерны с герметичным люком, либо в виде контейнера с герметичным люком. Герметичная камера соединена с вакуумным насосом.
Герметичная камера содержит вакуумный насос.
Штанга выполнена изогнутой.
Система подачи ускоряемого рабочего тела содержит источник электронов.
Система подачи ускоряемого рабочего тела содержит источник плазмы.
Система подачи ускоряемого рабочего тела содержит источник ионов.
На обкладке внутреннего конденсатора выполнено автономное зарядное устройство, источник электронов и ускоритель электронов, при этом, по крайней мере одна обкладка выполнена в виде проводящей пластины и не соединена с другой обкладкой конденсатора, а соединена с устройством удержания на весу элементов ускорителя, причем ускоритель электронов выполнен на поверхности обкладки внутреннего конденсатора, обращенной к определенной обкладке внешнего конденсатора, а на другой поверхности обкладки внутреннего конденсатора ускорителя электронов нет.
Штанга выполнена изогнутой в сторону от линии, проходящей через центр масс первого уединенного проводника и через центр масс второго дополнительного уединенного проводника.
Ось первого дополнительного уединенного проводника перпендикулярна линии, проходящей через центр масс проводника и через элемент ускорителя, соединенного с системой растяжки.
С первым дополнительным изолирующим проводником соединено две штанги, присоединенных по одной с каждого торца, при этом электрическая емкость каждой штанги меньше электрической емкости первого проводника более чем в десять раз.
Расстояние от элемента ускорителя, соединенного с системой растяжки, до первого уединенного проводника более, чем в пять раз превышает ширину элемента ускорителя.
Ускоритель содержит микротрон.
Такое конструктивное решение позволяет ускорять тяжелые ионы до энергии порядка 10 ГэВ с темпом ускорения порядка 1000 МВ/м, получать токи в импульсе от килоампер до десятков мегаампер при длительности импульса порядка десятков наносекунд, следующих с частотой повторения импульсов от 1 до 10 импульсов в секунду. При этом такие токи можно получать для каждого ускорителя драйвера. Энергия драйвера в одном импульсе может быть реализована на уровне 10 МДж и более, что даст термоядерный выигрыш в 100 раз и более. При этом мощность, развиваемая драйвером в одном импульсе, может быть реализована на уровне 100 ТВт и более. Реализуемые в одном импульсе уровни энергии и мощности позволят добиться сжатия дейтерий-тритиевой мишени в количестве раз от 103 до 104, а в перспективе и в количестве раз от 105 до 106, что позволит реализовывать термоядерные реакции не только в дейтерий-тритиевой мишени, но и в мишени, содержащей чистый дейтерий и боро-водородную смесь дополнительно, кроме осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза.
Ускоритель, снабженный системой дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела длиной 20 километров, способен ускорять заряженные частицы до энергий порядка нескольких ТэВ. Это дает возможность организовать с его помощью синтез трансурановых элементов острова стабильности.
Достижению таких результатов способствует следующее. Все элементы ускорителя, находящиеся под высоким напряжением, находятся внутри вакуумной камеры в вакууме на весу и не касаются стенок вакуумной камеры. Элементы ускорителя висят внутри изолирующих труб вакуумной камеры на изолирующих тросах, причем эти тросы удерживаются на весу электрическим полем системы удержания на весу элементов ускорителя полем. Поле этой системы создается автономными зарядными устройствами, выполненными на изолирующих тросах, соединенных со стенками вакуумной камеры. Высокое напряжение создается устройством, вызывающим перемещение зарядов. При этом заряды перемещаются от одной обкладки внешнего конденсатора через батарею выполненных последовательно внутренних конденсаторов до другой обкладки внешнего конденсатора. При этом устройство, вызывающее перенос зарядов, перемещает заряды через внутренние конденсаторы либо механически, либо электрическим полем, либо используя заряженные частицы, испускаемые при радиоактивном распаде радиоактивных веществ. Во время переноса зарядов поле между обкладками внутренних конденсаторов и вдоль изолирующих тросов меньше значения напряженности электрического поля, при котором происходит электрический пробой изоляторов, входящих в состав конденсаторов и изолирующих тросов. Значение электрического поля между элементами ускорителя, находящимися под высоким напряжением, и стенками вакуумной камеры меньше значения электрического поля, при котором с поверхностей составных частей ускорителя происходит интенсивная автоэлектронная эмиссия. Поэтому, реально осуществить перенос зарядов вдоль всей длины батареи внутренних конденсаторов так, чтобы между крайними двумя обкладками крайних внутренних конденсаторов, совпадающих с об кладками внешнего конденсатора, образовалась разность потенциалов порядка 10000 MB. Ориентировочная длина батареи внутренних конденсаторов порядка нескольких километров. За счет такой длины реально получить среднее значение продольного электрического поля вдоль всей батареи менее 10 МВ/м, что значительно меньше поля пробоя многих изоляторов. Силу тока ускоренных тяжелых ионов от килоампер до десятков мегаампер реально получить, ускоряя ионы за счет накопленного электрического заряда на обкладке основного конденсатора и на основном уединенном проводнике. Система подачи ускоряемого рабочего тела позволяет, кроме тяжелых ионов, ускорять также и макроскопические частицы весом несколько миллиграмм и пленки весом несколько миллиграмм до скоростей порядка несколько сот километров в секунду, что позволит увеличить КПД перехода кинетической энергии ускоряемого рабочего тела в энергию сжатия и нагрева мишени. Поскольку сжатие и нагрев мишени в этом случае происходит без процесса абляции, это позволяет экономить 90% энергии, расходуемой на абляцию дейтерий-тритиевой мишени. Ускорение ускоряемого рабочего тела, например, тяжелых ионов, происходит благодаря тому, что между электродами, один из которых выполнен на основном уединенном проводнике, а другой на стенке вакуумной камеры, создается значительная разность потенциалов. Ускоренное рабочее тело поступает в сквозное отверстие магнитной катушки, распространяется вдоль магнитных силовых линий и фокусируется системой фокусировки на мишень. Процесс ускорения происходит одновременно в нескольких ускорителях драйвера и ускоренное рабочее тело от нескольких ускорителей фокусируется на мишень симметрично и одновременно. Ускоритель плазмы, выполненный около оси ускорителя, ионизирует дополнительную плазму, натекающую в основную часть вакуумной камеры ускорителя из области около точки расположения мишени и ускоряет плазму в сторону точки расположения мишени. Это позволяет сделать вакуум в основной части вакуумной камеры более разряженным. Ускоритель плазмы выключается в момент импульса ускорения ускоряемого рабочего тела и включается после прохождения ускоряемого рабочего тела через ускоритель плазмы. Охлаждать работающие элементы ускорителя удается благодаря трубам с жидкостью или газом. Энергия для переноса зарядов устройством, вызывающим перенос зарядов, поступает через автономные зарядные устройства. Также через автономные зарядные устройства поступает энергия для поддержания на весу элементов ускорителя устройством удержания элементов ускорителя полем. При этом жидкость или газ в трубах с жидкостью или газом, которые не используются для охлаждения, вращают турбины, содержащие турбогенераторы, которые вырабатывают при вращении электроэнергию и обеспечивают часть автономных зарядных устройств энергией. Эти автономные зарядные устройства испускают и ускоряют электроны, которые либо переносят заряды между обкладками внутреннего конденсатора, либо заряжают дополнительные уединенные проводники, которые удерживают на весу элементы ускорителя электрическим полем. Другая часть автономных зарядных устройств заряжается испусканием заряженных частиц в ходе радиоактивного распада. Заряженные частицы либо переносят заряды между обкладками внутреннего конденсатора, либо заряжают дополнительные уединенные проводники. Процесс накопления электрического заряда в основном конденсаторе осуществляется также автономным зарядным устройством.
Система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела позволяет во много раз увеличить кинетическую энергию ускоряемого рабочего тела благодаря тому, что линии задержки подают ускоряющее напряжение на одну пару электродов секции в тот момент времени, когда внутри секции по предварительным расчетам ускоряемое рабочее тело выходит из секции, на вторую пару электродов секции подают компенсирующее напряжение, создающее между второй парой электродов секции электрическое поле, противоположно направленное ускоряющему полю и равное ему по модулю. В результате результирующее дипольное электрическое поле двух пар электродов секции за пределами секции равно нулю и не тормозит ускоряемое рабочее тело. Такая подача сначала ускоряющего напряжения, а потом компенсирующего напряжения происходит последовательно вдоль всей цепочки секций, начиная от входа ускорителя и заканчивая на выходе ускорителя. Подача напряжения на линии задержки происходит одновременно перед началом ускорения рабочего тела системой дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела, а длина линий задержки согласована так, чтобы заряды с проводов линий задержки поступали на секции в расчетное время прохождения через конкретную секцию рабочего тела.
В другом варианте системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела достижению таких результатов способствует то, что на коаксиальные электроды последовательно от входа ускорителя к выходу подается ускоряющий потенциал через линии задержки так, чтобы потенциал поступал на коаксиальный электрод в расчетное время сразу после прохождения через него ускоряемого рабочего тела. Образуется цепочка зарядов на коаксиальных электродах, которые ускоряют рабочее тело при движении его по направлению к выходу ускорителя. При этом цепочка зарядов сама движется следом за ускоряемым рабочим телом.
Кроме использования ускорителя для реализации ионного термоядерного синтеза, ускоритель может использоваться для других задач ускорительной техники. Например, ускоритель, снабженный системой дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела длиной 20 километров способен ускорять заряженные частицы до энергии порядка нескольких ТэВ. Это дает возможность организовать с его помощью синтез трансурановых элементов острова стабильности.
Не обнаружено технических решений, достигающих выполнения поставленной задачи аналогичными техническими средствами.
На фиг. 1 изображен основной вид ускорителя Богданова для осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза. На фиг. 2 изображен разрез А-А. На фиг. 3 изображен разрез Б-Б. На фиг. 4 изображен разрез В-В. На фиг. 5 изображен выносной элемент I. На фиг. 6 изображен выносной элемент II. На фиг. 7 изображена принципиальная схема системы подачи ускоряемого рабочего тела. На фиг. 8 изображено сечение Г-Г. На фиг. 9 изображено сечение Д-Д. На фиг. 10 изображен разрез Е-Е. На фиг. 11 изображен разрез Ж-Ж. На фиг. 12 изображено сечение З-З. На фиг. 13 изображен выносной элемент III. На фиг. 14 изображена принципиальная схема системы питания ускорителя электронов. На фиг. 15 изображена принципиальная схема ускорителя плазмы. На фиг. 16 изображен местный разрез И-И. На фиг. 17 изображен местный разрез К-К. На фиг. 18 изображена принципиальная схема системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела. На фиг. 19 изображено сечение Л-Л. На фиг. 20 изображено сечение М-М. На фиг. 21 изображено сечение Н-Н. На фиг. 22 изображено сечение О-О. На фиг. 23 изображена система растяжки. На фиг. 24 изображена система удержания на весу элементов ускорителя магнитным полем. На фиг. 25 изображено сечение П-П.
Ускоритель Богданова для осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза, далее в тексте просто ускоритель, содержит вакуумную камеру 1, содержащую изолирующие трубы 2, 3, 4. Вакуумная камера выполнена под землей. Изолирующие трубы выполнены в тоннелях. В камере выполнено устройство удержания на весу элементов ускорителя 5, выполненное с возможностью удерживать на весу составные части ускорителя. Устройство содержит выполненные внутри изолирующих труб изолирующие тросы 6, 7. Внутри изолирующих труб выполнены трубы 8, 9 с жидкостью или газом. В представленном на фиг. 1 варианте исполнения ускорителя трубы с жидкостью или газом соединены с изолирующими тросами и совмещены с ними. Изолирующие трубы, изолирующие тросы и трубы с жидкостью или газом, а также жидкость или газ выполнены из изоляторов. Под изолятором подразумевается диэлектрик с высоким удельным сопротивлением в рабочем интервале температур и с высоким значением электрического поля пробоя. Внутри изолирующих труб выполнен высоковольтный генератор Богданова 10, далее в тексте просто высоковольтный генератор, содержащий выполненное внутри изолирующих труб устройство, вызывающее перенос зарядов 11. Устройство содержит соединенные последовательно внешние конденсаторы 12, 13. Внутри внешнего конденсатора выполнена батарея соединенных последовательно внутренних конденсаторов 14, 15, 16. При этом две крайние обкладки крайних внутренних конденсаторов батареи совмещены с обкладками внешнего конденсатора. Устройство выполнено с возможностью вызывать перенос зарядов между обкладками внешнего конденсатора через внутренние конденсаторы либо механически, либо электрическим полем, либо излучением радиоактивных изотопов. Система питания 17 содержит автономные зарядные устройства, выполненные с возможностью заряжаться электрическим зарядом, испускать заряженные частицы с электрическим зарядом одного знака. Автономные зарядные устройства 18, 19 выполнены на обкладках внутреннего конденсатора. Возможно изготовление нескольких вариантов ускорителя, отличающихся принципиально тем, каким образом переносит заряды устройство, вызывающее перенос зарядов, а также какой вариант автономного зарядного устройства используется. Наилучшим вариантом, с точки зрения автора, является вариант, в котором перенос заряда осуществляется излучением радиоактивных изотопов, а автономное зарядное устройство испускает заряженные частицы за счет радиоактивного распада радиоактивных веществ. Однако дальше в тексте после описания этого варианта даются и альтернативные варианты конструкции ускорителя без использования радиоактивных нуклидов. Обкладки внутренних конденсаторов выполнены в виде параллельных пластин, при этом два соседних внутренних конденсатора имеют одну общую обкладку.
Автономное зарядное устройство имеет выступы 20, 21, 22, 23, выполненные на обкладках внутреннего конденсатора в виде параллельных полос, перпендикулярных обкладке. Выступы образуют пазы так, что параллельные полосы одной обкладки, например, 20, 21 находятся между параллельными полосами другой обкладки, например, 22, 23. Выступы выполнены так, что между выступами разных обкладок есть свободные зазоры. Пронумеруем внешние конденсаторы, обкладки внешних конденсаторов, обкладки внутренних конденсаторов и поверхности обкладок внутренних конденсаторов. Назовем условно крайнюю обкладку внешнего конденсатора, замыкающего цепь выполненных последовательно внешних конденсаторов, первой обкладкой первого внешнего конденсатора, или просто первой обкладкой. Эта обкладка совмещена с обкладкой внутреннего конденсатора. Пронумеруем, начиная с внутренней поверхности этой обкладки, все поверхности обкладок всех других соединенных с этим внутренним конденсатором внутренних конденсаторов. Выделим четные поверхности обкладок и нечетные. Четные поверхности обкладок и соединенных с ними выступов выполнены из тугоплавкого материала с работой выхода более 4 эВ, например молибдена. На нечетных поверхностях обкладок из радиоактивного вещества, испускающего в ходе радиоактивного распада электроны, выполнено покрытие 24. Покрытие выполнено на выступах. На четных поверхностях обкладок радиоактивного вещества нет. Толщина полосы, соединенной с четной обкладкой, превышает длину пробега электрона, испущенного в ходе распада радиоактивного вещества в веществе обкладки. Толщина покрытия радиоактивного вещества несколько меньше длины пробега, например толщина может меняться от одного процента до 99 процентов от длины пробега. В качестве радиоактивного материала можно использовать, например, изотоп стронция 89 и изотоп стронция 90. Рекомендуемая толщина покрытия в первом случае 1,5 мм, во втором случае 0,5 мм. Площадь обкладки внутреннего конденсатора от 10 квадратных метров до 100 квадратных метров. Толщина выступа, выполненного в виде пластины, от 6 мм до 2 см, высота пластины порядка 1 м, расстояние между пластинами может меняться от 1 см до 50 см. Обкладки внутренних конденсаторов выполнены внутри изолирующей стойки 25, выполненной из изолятора. Внутри изолирующей стойки выполнены вертикальные каналы охлаждения 26, 27, присоединенные к трубе с жидкостью или газом. Внутри обкладок внутреннего конденсатора выполнены более мелкие горизонтальные каналы охлаждения 28, 29, 30, отходящие от вертикальных каналов охлаждения. Обкладки внутренних конденсаторов выполнены разъемными. Подвижные части обкладок прижимаются к неподвижным частям обкладок зажимами 31,32, 33. На подвижных частях обкладок 34, 35 выполнены выступы, покрытые покрытием, содержащим радиоактивное вещество. На неподвижных частях обкладок 36, 37 выполнены выступы без радиоактивного вещества. Каналы охлаждения выполнены только в неподвижных частях обкладок.
На первой обкладке внешнего конденсатора 38 выполнен ускоритель электронов 39. С ускорителем электронов электрически соединен центральный провод 40. Внутри ускорителя электронов центральный провод имеет электрический контакт с медленными коммутаторами 41, 42. Медленные коммутаторы выполнены, например, в виде механических переключателей. Они электрически соединены со скоростными коммутаторами 43, 44, выполненными, например, в виде газоразрядных коммутаторов. При этом с каждым медленным коммутатором соединен только один скоростной коммутатор. Коммутаторы могут быть выполнены, например, параллельными рядами. Несколько рядов выполнено параллельно. Ряды медленных коммутаторов выполнены над рядами скоростных коммутаторов. Между коммутаторами выполнены каналы охлаждения. Со скоростными коммутаторами электрически соединен ускоряющий электрод 45. С первой обкладкой внешнего конденсатора электрически соединен ускоряющий электрод 46, выполненный в виде сетки с возможностью пролета электронов через сетку. На электроде 45 выполнены эмиссионные катоды 47, 48. С коммутаторами соединена система пуска ускорителя электронов 49. Ускоритель электронов соединен с первой обкладкой зажимами 50, 51.
С каждой обкладкой внутреннего конденсатора, кроме первой и последней обкладок, электрически соединен один внешний и один внутренний электрод. При этом с первой обкладкой соединен только внутренний электрод, а с последней обкладкой соединен только внешний электрод. Внешние электроды 52, 53 и внутренние электроды 54, 55 выполнены вокруг изолирующей стойки 25. Для каждой из обкладок присоединенный к ней внутренний электрод и присоединенный к ней внешний электрод выполнены по разные стороны от обкладки, причем внешний электрод выполнен со стороны первой обкладки внешнего конденсатора, а внутренний электрод выполнен с противоположной стороны, со стороны последней обкладки внешнего конденсатора. Внутренний электрод, соединенный с одной обкладкой внутреннего конденсатора, находится внутри внешнего электрода, соединенного с соседней обкладкой, более удаленной от первой обкладки. Внешний электрод одной обкладки окружает внутренний электрод соседней обкладки. Поверхности внешнего электрода выполнены из материала с работой выхода более 4 эВ, например молибдена. Внутренние электроды выполнены внутри внешних электродов так, чтобы между ними был свободный зазор. Внутренние и внешние электроды выполнены разборными, разъемными, состоящими из подвижной и неподвижной частей. В неподвижной части выполнены каналы охлаждения. На подвижной части внутреннего электрода, на поверхности обращенной к внешнему электроду, выполнены эмиссионные катоды 56, 57. Подвижные части внешних и внутренних электродов выполнены с возможностью извлекаться из изолирующей стойки. Первая обкладка внешнего конденсатора электрически соединена проводящим соединением 58 с основным конденсатором 59 и с основным уединенным проводником 60. Проводящее соединение 58 может быть выполнено в виде проводящей трубы. Основной конденсатор и основной уединенный проводник подвешены на проводящем соединении внутри двух параллельных вертикальных изолирующих труб. На внутренней поверхности изолирующих труб вокруг основного конденсатора и вокруг основного уединенного проводника выполнено проводящее покрытие 61.
В случае, если ускоритель входит в состав драйвера для осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза вместе с другими такими же ускорителями 62, 63, то все ускорители драйвера могут быть электрически соединены между собой проводящим соединением 58. В этом случае проводящее соединение может быть выполнено в виде полого внутри каркаса. При этом электрически соединены основные уединенные проводники ускорителей и основные конденсаторы ускорителей.
Устройство, вызывающее перенос зарядов содержит несколько соединенных последовательно внешних конденсаторов. Пронумеруем их, начиная от конденсатора с первой обкладкой. При этом с основным уединенным проводником электрически соединена только первая обкладка одного первого внешнего конденсатора. Ускоритель электронов выполнен только в первом внешнем конденсаторе. При этом во всем остальном структура внутренних конденсаторов всех внешних конденсаторов совпадает.
Внешние конденсаторы, основной уединенный проводник, и основной конденсатор удерживаются на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя 5 с помощью системы удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем 64, выполненной с возможностью удерживать на весу составные части ускорителя с помощью электрического поля так, чтобы они не касались стенок вакуумной камеры. Система удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем 64 содержит две части. Опишем сначала верхнюю часть. Основной уединенный проводник и основной конденсатор висят на верхнем длинном изолирующем тросе устройства удержания 65, соединенном с трубой с жидкостью или газом, и совмещенном с ней. Таких тросов может быть выполнено несколько. Например, один трос над первой обкладкой, один трос над основным конденсатором, один трос над основным уединенным проводником, по одному тросу над каждым внешним конденсатором. Трос соединен со стенкой вакуумной камеры только своими концами. Нижние короткие изолирующие тросы 68,69 выполнены под верхним длинным изолирующим тросом устройства удержания 65. Нижние тросы перпендикулярны верхнему тросу и закреплены концами в стенках вакуумной камеры. Длина длинного троса примерно равна нескольким километрам. Система удержания на весу элементов ускорителя полем содержит выполненные на длинном изолирующем тросе, соединенном с удерживаемыми на весу элементами ускорителя, верхние дополнительные уединенные проводники 66, 67 имеющие формы фигур вращения с двумя выступами по краям, выполненных в форме колец. При этом радиус фигуры вращения по краям больше, чем в центре. Другими словами, фигуры вращения имеют форму гантелей. Ось фигуры вращения совпадает с осевой линией изолирующего троса. Длина короткого троса много меньше длины длинного троса и составляет от 2 м до 20 м. На коротких тросах выполнены нижние дополнительные уединенные проводники 70, 71, также имеющие форму фигуры вращения с выступами на краях, напоминающей форму гантели. Ось фигуры вращения совпадает с осевой линией нижнего короткого троса и перпендикулярна осевой линии верхней фигуры вращения. Нижний дополнительный уединенный проводник выполнен на середине короткого троса. На нижнем дополнительном уединенном проводнике выполнено автономное зарядное устройство 72, содержащее радиоактивное покрытие 73 с радиоактивным веществом, причем вещество выполнено с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы одного знака электрического заряда. Например, электроны. Например, покрытие автономного зарядного устройства может содержать стронций 89 или стронций 90. Покрытие выполнено на той поверхности зарядного устройства, со стороны которой нет другого дополнительного уединенного проводника. В данном конкретном случае покрытие выполнено на нижней поверхности автономного зарядного устройства. С той стороны, с которой есть другой дополнительный уединенный проводник, выполнено изолирующее покрытие 74, выполненное из изолятора, например, из кремнийорганической смолы.
Применение стронция дает в качестве дополнительного полезного эффекта тот факт, что соединения стронция, в том числе оксида стронция, являются хорошими абсорбентами и хорошо поглощают различные вещества из вакуума. То есть улучшают вакуум.
Рекомендуется следующая технология монтажа системы удержания и нанесения радиоактивных покрытий. Сначала роются шахты и тоннели, укрепляются их стенки. Затем в стенки монтируются изолирующие тросы с закрепленными на них дополнительными уединенными проводниками. Вместе с тросами монтируются совмещенные с ними полые тросы (толстые шланги), которые затем соединяются с источниками жидкости или газа. После завершения закрепления в стенках изолирующих тросов и полых тросов, источники жидкости или газа подают в полые тросы жидкость или газ. Полые тросы становятся трубами с жидкостью или газом. После этого из тоннелей уходят все люди (рабочие строители и руководители монтажа). Тоннели с короткими изолирующими тросами делаются соединенными тоннелями меньшего диаметра, которые им перпендикулярны и проходят через их нижние участки. Назовем такие тоннели соединительными. В соединительные тоннели въезжают автомобили, электромобили или автокары с роботами или манипуляторами с дистанционным управлением, которые разбрызгивают на нижние участки поверхности дополнительных уединенных проводников коротких изолирующих труб радиоактивную краску или радиоактивный клей, содержащие радиоактивное вещество. Клей или краска выполнены проводящими. Когда клей или краска затвердевают и высыхают, образуется радиоактивное покрытие. После этого автомобили, электромобили и автокары с роботами или с манипуляторами с дистанционным управлением уезжают из тоннелей.
Вторая часть системы удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем выполнена снизу от внешних конденсаторов. Вторая часть такая же, как и первая с тем отличием, что в этом случае длинные изолирующие тросы системы удержания выполнены ниже, чем короткие. Короткие тросы также перпендикулярны длинным тросам и дополнительные уединенные проводники выполнены так же, как и в предыдущем случае с тем отличием, что покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполнено на верхней стороне поверхности зарядного устройства.
Внутри основного уединенного проводника выполнена система подачи ускоряемого рабочего тела 75. Система выполнена с возможностью подавать для последующего ускорения в качестве ускоряемого рабочего тела либо тяжелые ионы, либо макроскопические частицы или пленки весом несколько миллиграмм. Также система может быть выполнена дополнительно с возможностью подавать для ускорения в качестве ускоряемого рабочего тела электроны и легкие ионы. Система может содержать источник электронов, источник ионов, ускоритель плазмы. Автор считает правомерным использовать в данном случае термин "ускоряемое рабочее тело", поскольку этот термин взят из космической техники и обозначает "то, что ускоряют", "то, что ускоряется". Термин объединяет все рассмотренные выше варианты "того, что ускоряется", в то время как термин "заряженная частица" был бы неправомерен, например, в случае ускорения макроскопической пленки весом несколько миллиграмм. По мнению автора, лучшим вариантом системы для осуществления управляемой термоядерной реакции будет следующий вариант системы подачи ускоряемого рабочего тела. Внутри системы выполнен транспортер 76, соединенный с ускоряющим стволом 77, выполненным из изолятора с возможностью ускорять электромагнитным полем цилиндры 78, 79 и приводить их во вращение. Ось ускоряющего ствола совпадает с осью ускорителя. Транспортер выполнен с возможностью подавать к ускоряющему стволу цилиндры. Рядом с транспортером выполнено устройство подачи в ствол цилиндров 80. С устройством соединена автономная система питания 82, содержащая автономное зарядное устройство 81. Внутри ускоряющего ствола выполнена резьба 85. При этом два выступа резьбы выполнены проводящими в виде электродов 83, 84. Электроды электрически соединены с автономной системой питания. При этом электроды соединены с проводами, идущими на автономную систему питания, со стороны выхода ускоряющего ствола. С системой подачи в ствол цилиндров и с автономной системой питания соединена система пуска ускорителя и драйвера 90. Автономная система питания выполнена с возможностью контроля силы тока, текущего через электроды, и напряжения между электродами. Например, система питания содержит вольтметр и амперметр. Внутри ускоряющего ствола выполнены два электрода пуска 91, 92 ускорителя электронов и системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела 93. Электроды пуска имеют заостренные выступы внутри ствола, выполненные с возможностью царапать цилиндр как выступ резьбы. На торце ствола около выхода выполнен в виде плоского кольца электрод 94. На торце цилиндра в виде фигуры вращения выполнен выступ 88. На выступе цилиндра выполнен усеченный конус, ось которого совпадает с осью цилиндра. На плоском торце конуса около его вершины выполнено из изолятора кольцо 95. Ось кольца совпадает с осью цилиндра. Внутри выступа и внутри усеченного конуса выполнен магнит 97. Возможен вариант, когда весь цилиндр выполнен из магнита. На боковой поверхности цилиндра вокруг цилиндра из мягкого металла выполнено проводящее покрытие 86. В качестве мягкого металла можно использовать металлы и сплавы, используемые при изготовлении боковых поверхностей оболочек пуль и снарядов нарезного огнестрельного оружия. Например, можно было бы использовать латунь. Желательно, чтобы это был диамагнетик. Проводящее покрытие выполнено над изолирующим покрытием 87, выполненным из термостойкого мягкого изолятора. Например, из кремнийорганического лака нагревостойкого. Изолирующее покрытие выполнено на боковой поверхности цилиндра вокруг цилиндра.
Вместо термина "цилиндр" можно было бы использовать термины "пуля" или "снаряд", но поскольку, как будет видно из дальнейшего описания, цилиндр тормозится самой системой и никуда не вылетает, то эти термины не являются правомерными. Вместо цилиндра можно было бы использовать термин "гильза".
На выступе, а конкретнее на торце усеченного конуса около его вершины, выполнена система размещения и крепления вещества ускоряемого рабочего тела 89, выполненная либо в виде системы крепления макроскопической частицы или пленки 98, либо вместо нее может быть выполнена система острий или лезвий, выполненных из материала, ионы которого намечено ускорять. Например, острий или лезвий, выполненных из материала с атомным номером более 12. При этом во втором случае кольцо 95 отсутствует. Система крепления макроскопической частицы или пленки содержит участок магнита, выполненный на поверхности выступа на торце усеченного конуса около его вершины и участок поверхности выступа 99, выполненный из проводящего тугоплавкого материала на торце усеченного конуса около его вершины. Материал этого участка выступа должен удовлетворять следующему условию. В расплавленном состоянии материал поверхности участка выступа смачивает материал, из которого выполнена внутренняя часть выступа, например, материал магнита, то есть краевой угол при их контакте меньше 90 градусов и не смачивает вещество, из которого выполнена макроскопическая частица или пленка, то есть краевой угол при их контакте больше 90 градусов. Макроскопическая частица или пленка 96 установлена на оси конуса, на торце конуса около его вершины. Макроскопическая частица или пленка содержит ферромагнитный материал. Макроскопическая частица или пленка содержит материал с работой выхода менее 3 эВ. На внутренней поверхности основного уединенного проводника выполнен ограничитель 100, выполненный с возможностью останавливать движение цилиндра после вылета цилиндра из ствола и имеющий отверстие на оси ствола. При этом диаметр отверстия меньше диаметра цилиндра, но больше диаметра выступа. Ограничитель выполнен в виде участка внутренней поверхности стенки основного уединенного проводника. Система подачи ускоряемого рабочего тела содержит систему сброса 101, выполненную около ствола с возможностью сбрасывать с оси ствола цилиндр после его остановки ограничителем, содержащую соединенные с электромотором 102 либо турбину 103 с лопастями, при этом лопасть 104 выполнена в виде пластины 106 с выступом 105, причем пластина параллельна оси ускорителя, а выступ перпендикулярен пластине, либо диск с прорезями, либо пропеллер. При этом ограничитель электрически соединен с внешней поверхностью основного уединенного проводника. Внутри ограничителя выполнена прорезь 107 с возможностью обеспечить движение вдоль нее выступа цилиндра под углом вниз. Ограничитель выполнен около поверхности основного уединенного проводника так, чтобы в момент остановки им цилиндра, выступ цилиндра выступал бы над внешней поверхностью основного уединенного проводника. Например, высота выступа превышает толщину стенок ограничителя в два раза. Внизу под системой сброса выполнена система сбора цилиндров 108, выполненная с возможностью сбора упавших цилиндров, например, в виде пустого ящика.
Система питания ускорителя электронов 109 выполнена внутри основного конденсатора. Система содержит автономное зарядное устройство 110, соединенное через коммутатор 111 и измеритель тока 112 с внутренней обкладкой основного конденсатора 113. Также автономное зарядное устройство электрически соединено с внешней обкладкой основного конденсатора. Внутренняя и внешняя обкладки основного конденсатора соединены с вольтметром 114. Измеритель тока и вольтметр соединены с компьютером 115. С внутренней обкладкой конденсатора через коммутатор 116 электрически соединен центральный провод 40. Коммутаторы 111 и 116 соединены с компьютером. Компьютер соединен с системой пуска ускорителя электронов. Между обкладками конденсатора залита изолирующая жидкость 117. С конденсатором соединены трубы с жидкостью или газом 118, 119. Между обкладками конденсатора выполнены диэлектрические прокладки 120, 121.
Вокруг основного уединенного проводника выполнены ускоряющие электроды 122, 123. При этом электрод 122 выполнен на поверхности основного уединенного проводника, а другой электрод 123 выполнен на внутренней поверхности изолирующей трубы, окружающей основной уединенный проводник. В этом электроде и в этой трубе выполнено отверстие, при этом ось отверстия совпадает с осью ускорителя. Вокруг точки расположения мишени выполнен внутренний дополнительный центральный электрод 124, имеющий форму либо полого цилиндра, либо полой многогранной призмы. При этом ось цилиндра или призмы проходит через точку расположения мишени и перпендикулярна оси ускорителя. На оси ускорителя в центральном электроде выполнено сквозное отверстие. На многогранной призме отверстие выполнено в центре грани. В основании призмы лежит правильный многоугольник, вокруг которого можно описать окружность. Центральный электрод выполнен симметрично относительно вертикальной оси, проходящей через точку расположения мишени.
Вокруг центрального электрода выполнен внешний дополнительный центральный электрод 125. В случае если ускоритель входит в драйвер, и вокруг точки расположения мишени симметрично относительно нее выполнены другие ускорители драйвера 62, 63, то для всех ускорителей электроды 124 и 125 являются общими (другие ускорители также соединены с этими электродами).
Между электродами 124 и 125 выполнен зазор. На оси ускорителя в этих электродах выполнены отверстия. Пронумеруем все обкладки всех внешних конденсаторов, выполненных во всех соединенных последовательно внешних конденсаторах, начиная от первой обкладки первого внешнего конденсатора, с которой электрически соединен основной уединенный проводник. В устройстве вызывающем перенос зарядов выделим обкладку внешнего конденсатора, имеющую наибольший порядковый номер, считая от первой обкладки первого внешнего конденсатора. Назовем эту обкладку последней обкладкой 193 цепочки внешних конденсаторов. С последней обкладкой электрически соединен преобразователь напряжения 126. Преобразователь напряжения электрически соединен с электродами 123, 124, 125 проводами 127, 128 129. Провода покрыты изоляцией. Преобразователь напряжения электрически соединен с компенсатором 130, выполненным в виде покрытого изоляцией провода, соединенного с оголенной проводящей пластиной, при этом провод соединяет последнюю обкладку с областью около точки расположения мишени, и пластина выполнена на границе области около точки расположения мишени.
Вокруг оси ускорителя между электродом 123 и 125 выполнена из изолятора изолирующая труба 131, при этом ось трубы параллельна оси ускорителя. Изолирующая труба 131 является частью вакуумной камеры.
Вокруг оси ускорителя выполнена магнитная катушка 132. Катушка может быть выполнена, например, в виде длинного соленоида. Около оси ускорителя, между магнитной катушкой и точкой расположения мишени выполнена фокусирующая система 133. Ось проходит через нее. Точка расположения мишени выполнена на оси ускорителя. В случае, если ускоритель вместе с другими ускорителями соединен в драйвер для реализации управляемой реакции термоядерного синтеза, оси ускорителей пересекаются в точке расположения мишени. Эта точка лежит на оси симметрии драйвера. Около оси ускорителя между магнитной катушкой и фокусирующей системой выполнен ускоритель плазмы 134. Ускоритель плазмы выполнен с возможностью создавать скрещенные электрические и магнитные поля, перпендикулярные оси. Ось проходит через него. Ускоритель плазмы содержит систему электродов, выполненных с возможностью создавать электрические поля, перпендикулярные оси ускорителя. В нашем случае система электродов выполнена в виде плоского конденсатора 135. Электроды выполнены в виде обкладок 136, 137 этого плоского конденсатора. При этом между обкладками выполнен зазор, через который проходит ось ускорителя. Ось параллельна обкладкам. Ускоритель плазмы содержит два провода 138, 139, выполненные так, что около электродов провода параллельны оси ускорителя и находятся на одинаковом расстоянии от оси, при этом ось проходит между проводами и электроды находятся между проводами. Провода выполнены в виде покрытых изоляцией проводящих лент с возможностью запитываться токами противоположных направлений, причем плоская поверхность ленты около электродов параллельна поверхности электродов. Изолирующая труба 131 проходит через ускоритель плазмы так, что его электроды 136, 137 и провода 138, 139 оказываются снаружи трубы.
Ускоритель может содержать систему дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела 93. Она может быть выполнена в двух вариантах. При этом ускоритель может содержать либо только один из этих вариантов, либо оба варианта вместе, выполненные поочередно. По мнению автора, наиболее удачным вариантом будет комбинация двух вариантов исполнения системы. В этом случае система содержит два участка дополнительного увеличения энергии рабочего тела, выполненных последовательно вдоль оси ускорителя, соединенных с устройством включения коммутаторов 140.
Устройство включения коммутаторов 140, содержащее электроды пуска 91,92 ускорителя электронов и системы дополнительного
увеличения энергии ускоряемого рабочего тела 93, соединенное, с системой пуска ускорителя и с системой подачи ускоряемого рабочего тела содержит гиперскоростные коммутаторы Богданова 145, 146, выполненные в виде двух пластин с возможностью охлаждаться жидкостью или газом, поступающих на пластины из труб с жидкостью или газом, при этом коммутатор выполнен так, чтобы между пластинами был зазор, причем на одной пластине выполнена система эмиссионных катодов, а на другой пластине эмиссионных катодов нет. Назовем эту пластину приемником потока электронов. При этом коммутатор 145 соединен с плюсовым уединенным проводником 194, соединенным с основным уединенным проводником, причем на плюсовом уединенном проводнике выполнена пластина без эмиссионных катодов, а к проводам линий задержки присоединена пластина с эмиссионными катодами. Устройство включения коммутаторов содержит мощный источник электромагнитного излучения, например мощный лазер 141, выполненный с возможностью направлять один луч электромагнитного излучения, например оптического лазерного излучения, на коммутатор 145, а другой луч оптического лазерного излучения на коммутатор 146. Устройство включения содержит выполненные на оптической оси лазерного излучения полупрозрачное зеркало 142 и непрозрачные зеркала 143 и 144.
Первый вариант системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела 93 выполнен на первом участке, ближайшем к системе подачи ускоряемого рабочего тела. В первом варианте вдоль оси ускорителя выполнены коаксиальные электроды 156,157, 158, 159. Ось электродов совпадает с осью ускорителя. Коаксиальные электроды объединены в секции 154, 155, выполненные вдоль оси ускорителя. В первом варианте в секцию входит две пары коаксиальных электродов, состоящих из двух внутренних электродов 156, 157 и двух внешних электродов 158, 159, при этом внешние окружают внутренние и электрически изолированы от них.
Коаксиальный электрод содержит проводящую трубу 162, причем ось трубы совпадает с осью ускорителя, при этом труба со стороны центра секции соединена с плоским проводящим кольцом 160, причем ось трубы совпадает с осью кольца (кольцо выполнено соосным с трубой), вдобавок плоскость кольца перпендикулярна оси ускорителя. Проводящие плоские кольца 160, 161 соседних электродов одной секции выполнены рядом друг с другом так, чтобы между ними был межэлектродный зазор. Проводящие трубы 162, 163 соседних электродов одной секции выполнены с внешних сторон плоских проводящих колец.
Мы рассматриваем сейчас ускорение положительно заряженных частиц, составляющих ускоряемое рабочее тело. Расположение различных элементов ускорителя дается именно для случая ускорения положительно заряженных частиц ускоряемого рабочего тела, поскольку при ускорении отрицательно заряженных частиц должны быть внесены определенные изменения в конструкцию.
Линии задержки соединяют коаксиальные электроды с системой питания, содержащей автономные зарядные устройства, соединенные с основным и с минусовым уединенными проводниками, например, посредством устройства, вызывающим перенос зарядов. Также линия задержки может соединять коаксиальный электрод с землей. Ближайший к системе подачи ускоряемого рабочего тела внутренний коаксиальный электрод 156 и более удаленный от нее внешний коаксиальный электрод 159 электрически соединены с основным конденсатором линиями задержки 150, 151 через коммутатор 145. Коммутатор соединен с системой подачи ускоряемого рабочего тела. Линия задержки выполнена в виде провода, выполненного вместе с устройством удержания на весу элементов ускорителя с возможностью удерживаться на весу этим устройством. Наилучшая форма для провода это форма плоской ленты и форма полого внутри провода круглого сечения. Плюсовой уединенный проводник подвешен внутри изолирующей трубы, покрытой изнутри проводящим покрытием 61, покрывающим несколько различных труб. Основной и плюсовой уединенные проводники и окружающее его проводящее покрытие 61 образуют вместе конденсатор, назовем его плюсовым конденсатором. При этом основной и плюсовой уединенные проводники образуют внутреннюю обкладку плюсового конденсатора, а проводящее покрытие образует внешнюю обкладку плюсового конденсатора. В случае, если внешняя поверхность основного конденсатора выполнена проводящей и электрически соединена проводящим соединением с основным уединенным проводником, то эта поверхность тоже входит в состав внутренней обкладки плюсового конденсатора. С последней обкладкой 193 цепочки внешних конденсаторов электрически соединен дополнительный конденсатор, назовем его минусовой конденсатор 147. Одна обкладка минусового конденсатора выполнена в виде уединенного проводника, назовем его минусовый уединенный проводник 148. Другая его обкладка выполнена в виде проводящего покрытия внутренней поверхности изолирующей трубы. Минусовой уединенный проводник электрически соединен с последней обкладкой 193 и соединен с устройством удержания на весу элементов ускорителя. В этом устройстве минусовой уединенный проводник соединен с системой удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем. Коммутатор 146 соединяет минусовой конденсатор 147 и минусовой уединенный проводник 148 с линиями задержки 152, 153. При этом у коммутатора на минусовом уединенном проводнике выполнена пластина с эмиссионными катодами 192, а с линией задержки у коммутатора электрически соединен приемник потока электронов 149, выполненный в виде плоской пластины, имеющей форму диска. Линии задержки 152, 153 электрически соединены с ближайшим к системе подачи ускоряемого рабочего тела внешним коаксиальным электродом 158 и более удаленным от нее внутренним коаксиальным электродом 157 для каждой секции.
Назовем линии задержки, соединенные с внутренними коаксиальными электродами каждой секции, линиями задержки первого рода, а линии задержки, соединенные с внешними коаксиальными электродами каждой секции, линиями задержки второго рода.
Вдоль линий задержки первого и второго рода выполнены линии задержки третьего рода 188, 189, 190, 191. При этом линия задержки третьего рода содержит провод, идущий вдоль провода линии задержки первого или второго рода. В общем случае, расстояние провода линии задержки третьего рода до оси ускорителя в каждой точке примерно равно расстоянию до оси ускорителя соответствующего провода линии задержки первого или второго рода, вдоль которого выполнен провод линии задержки третьего рода. Провод линии задержки третьего рода не касается коаксиальных электродов, проводов линий задержки первого и второго рода и электрически изолирован от них. Провод линии задержки третьего рода электрически соединен через коммутатор с тем конденсатором (основным или минусовым), с которым не соединен тот провод линии задержки первого или второго рода, вдоль которого идет провод линии задержки третьего рода. Например, если линия задержки первого рода соединена с основным конденсатором, то идущая вдоль нее линия задержки третьего рода соединена с минусовым конденсатором, а если линия задержки второго рода соединена с минусовым конденсатором, то идущая вдоль нее линия задержки третьего рода соединена с основным конденсатором. И так далее. Вдоль проводов линии задержки выполнены трубы с жидкостью или газом, совмещенные с ними. Внутри коаксиальных электродов (внутри проводящих труб и внутри проводящих плоских колец) выполнены каналы охлаждения, соединенные с трубами с жидкостью или газом.
Длины проводов линий задержки от коммутаторов до точек контакта с коаксиальными электродами согласованы. Непосредственно около коаксиальных электродов линии задержки выполнены следующим образом.
Провода линий задержки первого и второго рода подходят к коаксиальным электродам с разных сторон так, чтобы между проводами линий задержки около электрода до определенной точки было бы одинаковое расстояние и длины отдельных проводов вдоль линии задержки до коммутатора были бы одинаковыми. Провода линии задержки третьего рода 188, 189, 190, 191 идут вдоль проводов линий задержки значительное расстояние. Непосредственно около коаксиального электрода выполнено два кольца 164, 165 из провода линии задержки первого или второго рода, находящиеся одно внутри другого (внутреннее кольцо 164). Вдоль внешнего кольца 165 выполнено кольцо 166 из провода линии задержки третьего рода. На внешнем кольце есть точка контакта 167 с проводом 168, идущем на коммутатор. На равном расстоянии от этой точки выполнены два контакта 169,170 с проводами 171, 172, идущими на внутреннее кольцо 164. Внутреннее кольцо электрически соединено с коаксиальным электродом через торец 173 электрода, наиболее удаленный от центра секции.
Секции коаксиальных электродов выполнены вдоль оси ускорителя до дополнительных центральных электродов 124 и 125. Между секциями могут быть выполнены дополнительные системы фокусировки 175, 176, окружающие ось ускорителя. Линии задержки идут вдоль всех секций до последней из них, наиболее удаленной от системы подачи ускоряемого рабочего тела. От линий задержки отходят провода к системе использования электрической энергии 174, выполненной с возможностью использовать электрическую энергию, подаваемую на линии задержки, после завершения ускорения ускоряемого рабочего тела. Эта система соединена с проводами, идущими от линий задержки, медленными коммутаторами, например механическими переключателями. Система использования электрической энергии электрически соединена с землей и соединена с преобразователем напряжения.
Второй вариант системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела выполнен на втором участке, более удаленном от системы подачи ускоряемого рабочего тела. Во втором варианте секции состоят не из двух пар коаксиальных электродов, а только из одной пары, состоящей из внутреннего и внешнего электрода. Электроды выполнены один внутри другого. К электродам подходят линии задержки первого и второго рода, выполненные из проводов. Линии задержки первого рода соединяют внутренний электрод с основным конденсатором. Линии задержки второго рода соединяют внешний электрод с минусовым конденсатором. В случае, если ускоритель ускоряет положительно заряженные частицы, то для каждой отдельной секции линия задержки первого рода короче линии задержки второго рода. Разница в длинах линий задержки определяется заранее исходя из предполагаемой скорости движения рабочего тела вдоль конкретных секций. Во втором варианте на втором участке вдоль линий задержки первого и второго рода также выполнены линии задержки третьего рода. Они выполнены вдоль линий задержки первого и второго рода также как и в случае исполнения их для линий задержки первого участка.
Провода линий задержки удерживаются на весу системой удержания на весу элементов ускорителя магнитным полем 177, выполненной с возможностью удерживать на весу составные части ускорителя магнитным полем. Система содержит провода удержания 178, 179, 180, 181, выполненные параллельно проводам линий задержки. Провода удержания выполнены симметрично относительно провода линии задержки 183, при этом два провода 184, 185 выполнены под проводом линии задержки и два провода 186, 187 выполнены над проводом линии задержки, причем провода удержания выполнены с возможностью запитываться током обратного направления, по отношению к току провода линии задержки, при этом провода удержания и провода линий задержки покрыты магнитной пленкой 182, содержащей магниты, причем полюса магнитов, выполненных на линиях задержки и полюса магнитов, выполненных на проводах удержания ориентированы в разные стороны. Полюса магнитов ориентированы вдоль направлений токов в проводах. Провода удержания удерживаются на весу изолирующими тросами 205, 206, выполненными внутри изолирующих труб, при этом концы тросов закреплены в стенках вакуумной камеры. Провода удержания соединяются друг с другом по четыре с помощью изолирующих колец, выполненных из изолятора. Изолирующие тросы присоединяются к кольцу 207. Вместо кольца может быть выполнен изолирующий каркас в форме квадратной рамки. Один из концов проводов удержания соединен через коммутатор с основным или минусовым конденсатором, а другой конец соединен с системой использования электрической энергии.
Линии задержки первого, второго и третьего рода могут быть не соединены непосредственно с системой использования электрической энергии. При этом с этой системой электрически соединены коммутаторы через линии задержки первого рода, а уже через коммутаторы с этой линией задержки могут быть соединены и линии задержки первого и второго рода.
Провода линий задержки первого и второго рода могут быть выполнены внутри проводов линий задержки третьего рода по аналогии с тем, как выполнен центральный провод коаксиального кабеля внутри оболочки коаксиального кабеля. При этом провод линии задержки третьего рода выполнен большого диаметра полым внутри и внутри него выполнен провод линии задержки первого или второго рода. В проводе линии задержки третьего рода выполнены отверстия, сквозь которые входят изолирующие тросы и провода системы удержания на весу элементов ускорителя магнитным полем, соединенные с проводами линий задержки первого и второго рода, выполненные так, чтобы тросы и провода не касались провода линии задержки третьего рода. При этом и провод линии задержки первого или второго рода и провод линии задержки третьего рода удерживаются на весу изолирующими тросами устройства удержания на весу элементов ускорителя. Причем возможен вариант, когда провода удерживаются на весу просто изолирующими тросами, непосредственно соединенными со стенками вакуумной камеры, без системы удержания полем, также провода линий задержки могут быть соединены с системой удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем, для этого провода линии задержки могут быть соединены с дополнительными уединенными проводниками линии задержки, выполненными, в принципе, так же, как и дополнительные уединенные проводники системы удержания. Они электроизолированы от проводов. Могут содержать либо автономное зарядное устройство, либо выпрямитель, например диод, выполненный с возможностью пропускать электрический ток только в одном направлении, электрически соединенный с проводом.
Провода линий задержки могут быть выполнены внутри труб с жидкостью или газом.
Трубы с жидкостью или газом соединены с системой создания давления. Система создания давления содержит, по крайней мере, один насос. При этом насос выполнен вне вакуумной камеры. Система создания давления содержит, по крайней мере, одну турбину, выполненную вне вакуумной камеры. Система создания давления может содержать, по крайней мере, один нагреватель. Нагреватель может быть совмещен с термоядерным реактором, например с контуром охлаждения термоядерного реактора. Трубы с жидкостью или газом соединены с системой охлаждения.
Ускоритель работает следующим образом. Вакуумная камера 1 под землей в изолирующих трубах 2, 3, 4 создает вакуум. Устройство удержания на весу элементов ускорителя 5 с помощью изолирующих тросов 6,7 удерживают на весу элементы ускорителя так, чтобы они не касались стенок вакуумной камеры. Трубы с жидкостью или газом 8, 9 охлаждают работающие элементы ускорителя. Высоковольтный генератор Богданова 10 создает высокое напряжение между элементами ускорителя и землей. Устройство, вызывающее перенос зарядов 11, переносит электрические заряды между обкладками внешних конденсаторов 12, 13 через батарею соединенных последовательно внутренних конденсаторов 14, 15, 16, выполненных внутри внешних конденсаторов и между соединенными последовательно внешними конденсаторами. Энергию для переноса зарядов дает система питания 17, состоящая из автономных зарядных устройств 18, 19, которые переносят заряды с выступов 20, 21 одной обкладки внутреннего конденсатора на выступы 22, 23 другой обкладки внутреннего конденсатоpa. Покрытие 24, выполненное на нечетных обкладках внутренних конденсаторов, считая от первой обкладки внешнего конденсатора, содержит радиоактивное вещество. Радиоактивное вещество покрытия 24 в ходе распада испускает электроны. Электроны пересекают свободный зазор между выступами и попадают на выступы четных обкладок внутренних конденсаторов. Электроны обладают значительной энергией. Для стронция 89 энергия электрона равна 1,463 МэВ, для стронция 90 энергия электрона 0,546 МэВ. Вылетающие электроны переносят вместе с собой на четную обкладку избыточный отрицательный заряд, а на той обкладке, с которой электроны были испущены, на нечетной обкладке, остается избыточный положительный заряд. В результате между четной и нечетной обкладкой создается электрическое поле, препятствующее электронам пересекать зазор. Электроны смогут пересекать зазор до тех пор, пока напряжение между обкладками не достигнет величины, при которой вся кинетическая энергия электрона будет расходоваться на работу против электрического поля зазора. Таким образом возможно создать напряжение между обкладками внутреннего конденсатора порядка 0,5 МэВ для покрытия со стронцием 90 и напряжение порядка 1,4 МэВ для покрытия со стронцием 89. Это мы рассматривали отдельный внутренний конденсатор. Рассмотрим цепочку соединенных последовательно внутренних конденсаторов, соединенных с первой обкладкой внешнего конденсатора. Изолирующая стойка 25 механически соединяет между собой обкладки внутренних конденсаторов и электрически изолирует их друг от друга. Рассматриваем произвольную обкладку. С ближайшей нечетной поверхности соседней обкладки испускаются электроны. Поверхность заряжена положительно. Вся обкладка заряжена положительно. Это первая обкладка. Со второй обкладки с нечетной поверхности тоже испускаются электроны, но прилетают еще и электроны с первой обкладки. При этом между первой и второй обкладками со временем возникает электрическое поле, препятствующее вылету электронов со стороны первой обкладки, и так далее. Между всеми обкладками возникает электрическое поле E, препятствующее дальнейшему вылету электронов. Положим условно, что оно постоянно и равно E0. Ширина зазора между обкладками внутреннего конденсатора постоянна и равна h. Тогда напряжение между крайними обкладками внешних конденсаторов, между которыми выполнено, в общей сложности, N внутренних конденсаторов, равно произведению E•h•N. Из справочной литературы известно, что для многих материалов изоляторов напряженность поля пробоя превышает характерную произвольную величину 10 МВ/м. Назовем эту величину напряженности поля E1. Например, для гетинакса высоковольтного, для кремнийорганического лака, для ситалла и для электрофарфора напряженность поля пробоя превышает 20 МВ/м. Предельная величина поля E0 определяется полем, при котором начинается интенсивная автоэлектронная эмиссия с поверхностей выступов. Для материала с работой выхода 4 эВ интенсивной автоэлектронной эмиссии явно не начинается при поле E2 с напряженностью 2000 МВ/м. Назовем полем E3 напряженность поля, равную отношению напряжения между соседними обкладками на период, с которым обкладки установлены в батарее соединенных последовательно внутренних конденсаторов. Мы можем взять расстояние между обкладками порядка 2 м. Напряжение между ними 1 MB и расстояние между выступами разных обкладок порядка 1 см. В этом случае поле E3 будет 0,5 МВ/м, а поле E0 будет 100 МВ/м. Это намного меньше предельных значений полей E1 и E3. Значит электрического пробоя и интенсивной автоэлектронной эмиссии при таких параметрах электрических полей явно не будет. Уточняем еще раз, что E3 это поле внутри вещества изолятора изолирующей стойки 25, соединяющей непосредственно обкладки внутренних конденсаторов, а поле E0 это поле конкретно в зазоре между выступами различных обкладок, при этом в зазоре находится вакуум. Длина всей цепочки внешних и внутренних конденсаторов, развивающих напряжение 10 000 MB определяется для числа внутренних конденсаторов N, равном 5000, которые при напряжении между соседними обкладками 2 MB дают в сумме именно эту величину. Длина N•h цепочки конденсаторов составляет 5 км.
Вертикальные каналы охлаждения 26, 27 охлаждают изолирующую стойку и распределяют жидкость или газ между горизонтальными каналами охлаждения 28, 29, 30 равномерно вдоль всей высоты изолирующей стойки. Горизонтальные каналы охлаждения охлаждают обкладки внутренних конденсаторов и изолирующую стойку. Зажимы 31, 32, 33 прижимают подвижные части обкладок 34, 35 к неподвижным частям обкладок 36, 37. Подвижные части обкладок содержат покрытие 24 с радиоактивным веществом. После того как радиоактивное вещество значительно распадается, интенсивность излучения электронов начинает снижаться, подвижные части обкладок извлекаются и заменяются на новые части со свежим покрытием, радиоактивное вещество которого еще не успело значительно трансформироваться в ходе радиоактивного распада. Замена осуществляется транспортером, который на фигурах не указан. Выступы выполнены на обкладках для того, чтобы увеличить поверхность с которой испускаются электроны в ходе радиоактивного распада, и, тем самым, увеличить ток электронов, переносящий заряды.
Потенциал первой обкладки внешнего конденсатора 38 регулируется ускорителем электронов 39. Внутри ускорителя электронов центральный провод 40 подает отрицательный потенциал на один из медленных коммутаторов 41, 42. Медленный коммутатор (механический переключатель) включается и соединяет центральный провод с одним из скоростных коммутаторов 43, 44. Скоростной коммутатор (например, газоразрядный коммутатор) включается и соединяет центральный провод с ускоряющим электродом 45. На электрод 45 подается отрицательный потенциал. На электрод 46 с первой обкладки внешнего конденсатора подается положительный потенциал. Между ускоряющими электродами возникает разность потенциалов. С поверхности эмиссионных катодов 47, 48 происходит тепловая и автоэлектронная эмиссия электронов. Электроны испускаются в межэлектродный зазор, оказываются в области действия ускоряющего электрического поля и ускоряются в сторону второй обкладки внутреннего конденсатора. Система пуска ускорителя электронов 49 управляет работой медленных коммутаторов. Медленный коммутатор после одного импульса ускорения электронов размыкает электрическую цепь и выключается. Выключается и соединенный с ним скоростной коммутатор. Каналы охлаждения охлаждают коммутаторы, провода и ускоряющие электроды жидкостью или газом. После подачи импульса ускоряющего напряжения включается другой медленный коммутатор (механический переключатель). Медленные коммутаторы включаются все поочередно, чтобы за время между импульсами скоростные коммутаторы успели остыть. В скоростных газоразрядных коммутаторах может быть выполнена система прокачки газовой смеси с возможностью прокачки газовой смеси через газоразрядный промежуток. Это способствует возможности уменьшения времени между импульсами включения коммутатора. Ставить последовательно медленные и скоростные коммутаторы необходимо, чтобы за время между подачей импульсов ускоряющего напряжения на скоростной коммутатор он успел остыть и после включения медленного коммутатора оставался бы в выключенном состоянии до получения команды " включиться ". Если этого не делать, то коммутаторы с газоразрядным промежутком будут постоянно включены, поскольку газоразрядный промежуток будет постоянно сильно нагрет и будет обладать высокой проводимостью. Скоростные коммутаторы пропускают заряды на ускоряющие электроды. С эмиссионных катодов испускаются электроны и испускаются электродами. Электроны летят на ближайшую поверхность обкладки внутреннего конденсатора. Зажимы 50, 51 позволяют извлекать электрод 45 ускорителя электронов с помощью транспортера и заменять его на новый тогда, когда испарятся в ходе работы эмиссионные катоды 47, 48, поскольку материалы, из которых изготовляются эмиссионные катоды, имеют свойство испаряться в ходе работы. Поэтому катоды имеют ограниченный срок службы. Внешние электроды 52, 53 накапливают на своих внешних поверхностях заряды статического электричества, что уменьшает поперечное электрическое поле на изолирующей стойке. Уточним, что это поле перпендикулярно оси изолирующей трубы, внутри которой выполнена батарея внутренних конденсаторов между обкладками внешнего конденсатора. Расстояние от внешнего электрода до стенки вакуумной камеры порядка 10 м. При этом расстоянии напряженность электрического поля около внешнего электрода, находящегося при потенциале 10 000 MB, порядка 1000 МВ/м. При такой напряженности электрического поля плотность тока автоэлектронной эмиссии с поверхности материала с работой выхода более 4 эВ пренебрежимо мала. Именно из таких материалов изготовлены наружные поверхности внешних электродов и внутренние поверхности изолирующих труб вакуумной камеры.
Внутренние электроды 54, 55 и внешние электроды создают в зазоре между собой поперечное электрическое поле, ускоряющее электроны, испущенные в ходе эмиссии с эмиссионных катодов 56, 57. При этом ширина зазора и параметры эмиссионных катодов выбираются такими, чтобы с поверхности катодов могла возникнуть автоэлектронная эмиссия при тех расчетных значениях полей, которые могут возникнуть в ходе работы. Поле создается между внутренним электродом одной обкладки и внешним электродом другой обкладки в следующих случаях.
Во-первых, во время импульса электронов, испущенных ускорителем электронов.
Во-вторых, в случае, если покрытие, содержащее радиоактивное вещество, на одной обкладке начнет испускать меньше электронов в ходе радиоактивного распада, чем на другой обкладке. Это вполне реальная ситуация, поскольку может различаться процентное соотношение радиоактивных и стабильных изотопов в покрытиях, выполненных на разных обкладках.
Эмиссионные катоды испускают электроны в зазор между внутренними и внешними электродами также и в том случае, когда какое-либо покрытие не станет испускать электроны вообще, например в случае, если все изотопы в покрытии окажутся стабильными. Другими словами, эмиссионные катоды восстанавливают нарушенный каким-либо образом поток электронов через обкладки, то есть выполняют функции подстраховки.
На нескольких обкладках внутренних электродов, ближайших к первой обкладке, могут быть выполнены радиоактивные покрытия так, чтобы суммарный ток электронов, испущенных радиоактивным покрытием обкладок, возрастал по мере увеличения номера обкладки до какого-то конкретного номера. Этого можно добиться увеличивая суммарную площадь радиоактивного покрытия обкладки с ростом порядкового номера обкладки, например, путем уменьшения зазора между выступами и увеличения, за счет этого числа выступов. Поскольку ток электронов с различных обкладок будет возрастать, то возникнет градиент распределения электрического заряда между обкладками и за счет этого возникнет электрическое поле, вытягивающее электроны со стороны первой обкладки в сторону обкладки с конкретным номером. Это поле будет дополнительно ускорять электроны, вылетающие со стороны ускорителя электронов. После выброса электронов ускорителем электронов с первой обкладки на вторую обкладку, на второй обкладке возникнет отрицательный заряд, который приведет к выбросу электронов со стороны эмиссионных катодов, выполненных на внутренних электродах второй обкладки на внешние электроды следующей обкладки следующего внешнего конденсатора. И так далее до обкладки, на которой поле, вытягивающее электроны со стороны первой обкладки, начнет уменьшаться.
Проводящее соединение пропускает электрические заряды, перетекающие с основного конденсатора 59 и основного уединенного проводника 60 на первую обкладку внешнего конденсатора во время работы устройства, вызывающего перенос зарядов.
Ускоритель электронов может отсутствовать. Вместо него может быть выполнено такое же автономное зарядное устройство, как на других обкладках внутренних конденсаторов.
Проводящее покрытие 61 поддерживается при потенциале земли. Его назначение в том, чтобы вокруг основного уединенного проводника на внутренней поверхности изолирующей трубы был одинаковый потенциал, равный потенциалу земли. В случае, если ускоритель входит в состав драйвера вместе с другими ускорителями 62, 63, то одновременно с нашим ускорителем устройства переноса зарядов других ускорителей создают на основных уединенных проводниках других ускорителей высокий потенциал, а проводящее соединение выравнивает потенциалы на всех основных уединенных проводниках всех ускорителей.
Устройство удержания на весу элементов ускорителя 5 может удерживать на весу составные части ускорителя с помощью различных систем, в том числе системы удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем 64, удерживающей на весу составные части ускорителя электрическим полем так, чтобы они не касались стенок вакуумной камеры. Система удержания электрическим полем состоит из двух симметричных частей, верхней и нижней, устройство и принципы действия которых существенно не отличаются. Опишем принцип действия верхней части системы. Эта часть выполнена над элементами ускорителя, удерживаемыми на весу.
Длинный изолирующий трос устройства удержания 65 соединяет элементы ускорителя со стенками вакуумной камеры, держит элементы ускорителя на весу и изолирует электрически элементы ускорителя от стенок вакуумной камеры. Выполненные на верхнем длинном изолирующем тросе верхние дополнительные уединенные проводники 66, 67 в ходе работы заряжаются статическим положительным электрическим зарядом. Это происходит вследствие того, что устройство, вызывающее перенос зарядов, заряжает основной уединенный проводник положительным электрическим зарядом и заряд начинает растекаться вдоль длинного изолирующего троса. Короткие нижние изолирующие тросы 68, 69 удерживают на весу нижние дополнительные уединенные проводники 70, 71, присоединенные к ним, и электрически изолируют их от стенок вакуумной камеры. Присоединенный к нижнему короткому изолирующему тросу нижний дополнительный уединенный проводник 70 электрически заряжается автономным зарядным устройством 72. Автономное зарядное устройство 72 испускает с поверхности покрытия 73 электроны, испущенные в ходе радиоактивного распада радиоактивным веществом покрытия и заряжается нескомпенсированным положительным электрическим зарядом. Электроны испускаются в сторону стенок вакуумной камеры в направлении, противоположном направлению на верхний длинный изолирующий трос. В данном случае вниз. Выполненная на верхней поверхности из изолятора изолирующая поверхность 74 электрически изолирует нижний дополнительный уединенный проводник от верхнего дополнительного уединенного проводника. В момент сборки ускорителя и некоторое время после сборки ускорителя некоторые участки верхнего длинного изолирующего троса, ближайшие к основному уединенному проводнику, выполненному в середине троса, лежат непосредственно на нижних дополнительных уединенных проводниках, которые висят на нижних коротких изолирующих тросах. Верхние и нижние дополнительные уединенные проводники после начала работы ускорителя заряжаются положительным зарядом и начинают отталкиваться друг от друга. В тот момент времени, когда сила отталкивания всех верхних дополнительных уединенных проводников от нижних превысит вес элементов ускорителя, соединенных с верхним длинным изолирующем тросом, эти элементы за счет сил электрического отталкивания поднимутся вверх и станут висеть над нижними изолирующими тросами. Верхний изолирующий трос можно соединить с элементом ускорителя пружиной. Перед началом работы пружина слабо прижимает проводники друг к другу так, чтобы ось одного оказалась между выступами другого. Назовем верхний проводник первым, а нижний проводник вторым. Предварительный заряд на первый и второй проводники можно нанести с помощью проводящего зажима, соединенного высоковольтным проводом с источником высокого напряжения. Зажим управляется манипулятором дистанционно. После подачи заряда на проводники через провод и зажим с источника, манипулятор убирает зажим в сторону. Заряды остаются на проводниках. Проводники начинают отталкиваться. Пружина распрямляется. Подача заряда через зажим от источника нужна в том случае, когда проводники предварительно прижаты друг к другу и скорость поступления зарядов от элемента и от радиоактивного покрытия равна скорости утечки зарядов через изолирующие тросы.
Сила электрического отталкивания вполне может стать достаточно велика, чтобы держать на весу элементы ускорителя, соединенные с верхним изолирующим тросом. Например, два точечных заряда 10-3 Кл и 10 Кл на расстоянии 10 м отталкиваются друг от друга с силой 900 000 н. Заряд 10-3 Кл может создать на поверхности проводящей сферы радиусом 5 м испускание в ходе радиоактивного распада с поверхности электронов с энергией, превышающей 0,36 МэВ. Заряд 10 Кл может создать на поверхности проводящей сферы радиусом 5 м, расположенной рядом с основным уединенным проводником и соединенным с ним верхним длинным изолирующим тросом работа устройства вызывающего перенос зарядов.
Форма дополнительных уединенных проводников выбрана с выступами на краях для того, чтобы выступы создавали электрическое поле, имеющее минимум напряженности в плоскости, перпендикулярной оси фигуры вращения и проходящей через ее центр. Это позволяет удерживать один дополнительный уединенный проводник над другим в точке с минимумом потенциальной энергии их взаимодействия. В этой точке любое малое отклонение верхнего уединенного проводника будет неустойчивым и дополнительный уединенный проводник будет возвращаться из точки малого отклонения в состояние с минимумом потенциальной энергии.
Длинные и короткие изолирующие тросы системы удержания и дополнительные уединенные проводники, соединенные с ними, выполнены не только над элементами ускорителя, но и под ними. Они работают так же, как и верхние части системы удержания элементов ускорителя электрическим полем с тем отличием, что сила отталкивания, действующая между дополнительными уединенными проводниками, тянет элементы ускорителя вниз и растягивает вместе с верхними частями системы в разные стороны. Существенно здесь то, что сила отталкивания, действующая между верхними дополнительными уединенными проводниками, должна быть значительно больше силы, действующей между нижними, поскольку равнодействующая сил отталкивания нижней и верхней части должна быть достаточной еще и для того, чтобы удерживать на весу еще и элементы ускорителя.
Система подачи ускоряемого рабочего тела 75 работает следующим образом. Транспортер 76 подает к ускоряющему стволу 77 цилиндры 78, 79. Устройство подачи в ствол цилиндров 80 подает в ствол цилиндры. Автономное зарядное устройство 81 создает напряжение в автономной системе питания 82, которая подает напряжение на транспортер 76, устройство подачи в ствол цилиндра 80 и на ускоряющие электроды 83, 84, выполненные на двух выступах резьбы 85 ускоряющего ствола. Цилиндр входит в ствол. Резьба делает прорези на проводящем покрытии 86 боковой поверхности цилиндра. Прорези делаются достаточно глубоко, чтобы дойти до изолирующего покрытия 87, но не настолько, чтобы прорезать изолирующее покрытие насквозь. Цилиндр касается электродов. На электроды со стороны выхода ускоряющего ствола подано напряжение и между ними через цилиндр по его боковой поверхности, по проводящему покрытию 86 начинает течь ток. Изолирующее покрытие 87 не пускает ток течь внутри цилиндра. Ток, текущий по электродам, создает магнитное поле, которое на текущий по цилиндру ток воздействует силой Ампера. Сила Ампера воздействует на цилиндр и ускоряет его во время движения вдоль ствола. Ускоряющий ствол действует как рельсовый ускоритель. (Например, как рельсовый ускоритель плазмы. Цилиндр ускоряется внутри ствола, как ускоряется плазменная перемычка в рельсовом ускорителе плазмы), при этом резьба, выполненная внутри ствола, приводит цилиндр во вращение. Во время ускорения цилиндр нагревается. Одновременно нагревается и выступ 88. Вместе с выступом нагревается и выполненная на выступе система размещения и крепления вещества ускоряемого рабочего тела 89, выполненная либо в виде системы острий или лезвий, либо в виде системы крепления макроскопической частицы или пленки.
Система пуска ускорителя и драйвера 90 управляет работой системы подачи ускоряемого рабочего тела. При этом система пуска контролирует силу тока между электродами и напряжение между электродами и следит за тем, чтобы во всех ускорителях драйвера эти величины были бы одинаковыми. Когда цилиндр выходит из ускоряющего ствола, и его по проводящему покрытию 86 боковой поверхности, выполненного из мягкого металла, царапают электроды пуска 91, 92 ускорителя электронов и системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела 93, то цилиндр в момент прохождения между электродами электрически соединяет их. Ускоряющие электроды 83, 84, выполненные на резьбе, находятся под более высоким положительным потенциалом, чем внешняя поверхность основного уединенного проводника. Поэтому электроды заряжают цилиндр положительным электрическим зарядом. Электрод 94 также находится под более высоким положительным потенциалом, по отношению к внешней поверхности основного уединенного проводника. Поэтому между этим электродом 94 и внешней поверхностью основного уединенного проводника создается электрическое поле, которое дополнительно ускоряет положительно заряженный цилиндр. Цилиндр во время поступательного движения вращается вокруг оси. Кольцо 95 не дает возможности заряженной макроскопической частице или пленке 96 сместиться в сторону от оси ускорителя во время вращения цилиндра. Ось ускорителя совпадает с осью ствола и с осью ускоряемого цилиндра в момент ускорения. Магнит 97 усиливает свое магнитное поле на выступе цилиндра, а особенно на торце усеченного конуса за счет сгущения силовых линий магнитного поля. Система крепления макроскопической частицы или пленки 98 притягивает к участку проводящего покрытия 99 макроскопическую частицу или пленку 96 и прижимает к нему за счет того, что макроскопическая частица или пленка содержит ферромагнитный материал, и на нее, за счет этого, действует магнитная сила притяжения. Макроскопическая частица или пленка держится на выступе силами магнитного притяжения. После выхода из ствола цилиндр летит вдоль оси и сталкивается с ограничителем 100. В этот момент времени выступ с частицей или пленкой оказывается снаружи внешней поверхности основного уединенного проводника и на частицу или пленку действует сильное электрическое поле, переносящее на ее поверхность дополнительный положительный электрический заряд с внешней поверхности основного уединенного проводника через ограничитель, выполненный из проводящего материала. За счет сил инерции частица или пленка отделяется от выступа и продолжает двигаться дальше. Процессу отделения способствует еще и то, что за счет нагрева при движении цилиндра внутри ускоряющего ствола температура макроскопической частицы или пленки переходит через точку Кюри, материал частицы или пленки перестает быть ферромагнитным и силы магнитного притяжения исчезают. Однако, поскольку до самого момента столкновения об ограничитель цилиндр движется ускоренно, макроскопическая частица или пленка прижимается к цилиндру дополнительно еще и силой, обусловленной этим ускорением. В момент отделения макроскопической частицы или пленки вместе с ней отделяется нанесенный на ее поверхность положительный заряд. На выступ сразу же перетекает примерно такой же заряд с поверхности основного уединенного проводника, компенсирующий вылет заряда вместе с укоряемым рабочим телом.
В другом варианте с острий или лезвий происходит эмиссия тяжелых ионов после столкновения цилиндра с ограничителем. Ионы испускаются за счет ионной эмиссии с острий или лезвий в сильном электрическом поле. Можно сказать, что система подачи ускоряемого рабочего тела работает как источник ионов.
Требование того, чтобы система крепления макроскопической частицы или пленки имела покрытие, выполненное из вещества, которое в расплавленном состоянии не смачивает вещество макроскопической частицы или пленки, является существенным поскольку иначе макроскопическая частица или пленка может просто прилипнуть к поверхности покрытия и не будет отделяться после столкновения цилиндра с ограничителем.
Возможен вариант, когда ограничитель выполнен в виде транспортера, имеющего проводящую ленту с отверстиями, выполненную снаружи внешней поверхности основного уединенного проводника. При этом число отверстий выбирается исходя из скорости охлаждения ленты, нагревающейся в ходе работы. Лента движется так, чтобы каждому ускоряемому цилиндру соответствовал бы один заранее охлажденный участок с отверстием, а после столкновения и нагрева участка ленты с отверстием, нагретый участок заменялся бы на охлажденный.
Система сброса 101 сбрасывает с оси ускорителя цилиндр после того, как ускоряемое рабочее тело покинет поверхность торца усеченного конуса на выступе. Для этого электромотор 102 вращает турбину с лопастями 103. Вращение происходит синхронно с ускорением цилиндра и согласованно с ним по времени так, чтобы в момент пролета цилиндра мимо системы сброса, лопасть 104 не пересекала бы ось ускорителя. Между моментом столкновения цилиндра с ограничителем и момента столкновения лопасти 104 с цилиндром проходит какое-то время. Это время принимается в расчет при определении скорости вращения турбины, момента пуска цилиндра в ускоряющий ствол и момента начала подачи на ствол ускоряющего напряжения. Назовем это время временем импульса. Это тот промежуток времени, который выступ проводит в состоянии, когда большая его часть выступает над внешней поверхностью основного уединенного проводника. Именно в это время на выступ, на торец усеченного конуса подается значительная разность потенциалов. Этот промежуток времени, время импульса, торец усеченного конуса оказывается в области сильного электрического поля. После истечения времени импульса, прошедшего с момента столкновения цилиндра с ограничителем, лопасть 104 сталкивается с цилиндром. При этом после истечения времени импульса выступ 105 лопасти 104 ударяет по боковой поверхности цилиндра около переднего торца цилиндра, а, спустя короткий промежуток времени, плоская поверхность пластины 107 лопасти 104 ударяет по боковой поверхности цилиндра около его заднего торца. Выступ ударяет раньше и, поэтому, направляет переднюю часть цилиндра вниз так, что цилиндр разворачивается и летит вниз передней частью вперед. В результате столкновения лопасть механически сталкивает цилиндр с оси и направляет его вниз. В ограничителе выполнена прорезь 107 так, чтобы после столкновения с лопастью выступ цилиндра двигался внутри этой прорези под углом вниз по направлению к системе сбора цилиндров 108 в систему сбора цилиндров 108. Форма выступа на лопасти выполнена так, чтобы направлять цилиндр после столкновения вниз. В системе сбора цилиндры хранятся до завершения цикла работы транспортера. Вместо турбины с лопастями цилиндры могут сбрасываться с оси также и вращающимся пропеллером и вращающимся диском с отверстиями.
Система питания ускорителя электронов 109 подает импульс отрицательного напряжения на центральный провод 40, а через него и на ускоритель электронов 39 за несколько миллисекунд до выброса системой подачи ускоряемого рабочего тела либо макроскопической частицы или пленки, либо тяжелых ионов. Например, в момент подачи цилиндра в ускоряющий ствол. Предварительно для этого автономное зарядное устройство 110 соединяется коммутатором 111 через измеритель тока 112 с внутренней обкладкой основного конденсатора 113 и заряжает его электрическим зарядом. Измеритель тока измеряет перетекаемый на внутреннюю обкладку основного конденсатора электрический заряд, а вольтметр 114 измеряет напряжение между об кладками основного конденсатора. Когда напряжение и заряд достигают нужной величины, компьютер 115 размыкает коммутатор 109. Компьютером замыкается электрическая цепь, включающая коммутатор 116, и он соединяет внутреннюю обкладку конденсатора 113 с центральным проводом, а значит и с ускорителем электронов. Коммутаторы 109 и 114 выполнены медленными, например механическими. Электроды пуска 91, 92 ускорителя электронов и системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела 93 электрически соединяются проходящим мимо них цилиндром, который они царапают и замыкают электрическую цепь, по которой через них и через цилиндр на эмиссионные катоды подается ускоряющая разность потенциалов, течет ток и включает скоростной коммутатор 43 ускорителя электронов. Коммутатор включается и соединяет центральный провод 40 с ускоряющим электродом 45. На эмиссионные катоды подается ускоряющая разность потенциалов, происходит интенсивная автоэлектронная и тепловая эмиссия электронов, и происходит ускорение электронов. Ускоренные электроны направляются на ближайшую обкладку внутреннего конденсатора. Ускорение электронов происходит синхронно и одновременно с выбросом системой подачи ускоряемого рабочего тела либо макроскопической частицы или пленки, либо тяжелых ионов.
Изолирующая жидкость 117 электрически изолирует обкладки основного конденсатора и увеличивает его емкость в ε раз, где ε - диэлектрическая проницаемость изолирующей жидкости. Через трубы с жидкостью или газом 118, 119 происходит охлаждение системы питания ускорителя электронов. При этом возможен вариант, при котором изолирующая жидкость циркулирует по этим трубам и между обкладок конденсатора. Жидкость свободно протекает сквозь зазоры между диэлектрическими прокладками 120, 121, которые электрически изолируют обкладки друг от друга и, одновременно, механически разделяют их и удерживают рядом друг от друга.
Для увеличения частоты повторения импульсов ускорения рабочего тела, ускоритель может содержать несколько основных конденсаторов и несколько выполненных внутри них систем питания ускорителей электронов. Такие системы питания могут соединяться с ускорителем электронов либо одновременно, либо по очереди. Для увеличения тока в одном импульсе может быть выполнено несколько соединенных вместе основных уединенных проводников.
После вылета с поверхности цилиндра макроскопическая частица или пленка электрически заряжена и электрическое поле зазора между электродами 122 и 123 ускоряет ее. Поскольку макроскопическая частица или пленка нагрета и выполнена из материала с работой выхода менее 3 эВ, то с ее поверхности происходит интенсивная тепловая эмиссия электронов, которые уносятся электрическим полем зазора до тех пор, пока электрическое поле частицы или пленки не сравняется по модулю с полем зазора. Процесс эмиссии электронов дополнительно увеличивает положительный заряд макроскопической частицы или пленки, и ускорение, с каким она ускоряется электрическим полем зазора, возрастает. Если система подачи ускоряемого рабочего тела вместо макроскопической частицы или пленки подает в зазор ионы, то ионы в зазоре ускоряются аналогично тому, как это описано для макроскопической частицы или пленки. Работа ускорителя при ускорении ионов и макроскопической частицы или пленки, в основном, совпадает.
Система подачи ускоряемого рабочего тела также может направлять в зазор между электродами 122 и 123 ионы из известных конструкций источников ионов и плазму из известных конструкций источников плазмы. При этом с источником плазмы может быть совмещен ускоритель плазмы известной конструкции. В этом случае электрическое поле в зазоре будет ускорять ионы в сторону расположения мишени. Если в зазор инжектируется плазма, то поле будет вытягивать ионы из плазмы и после этого ускорять отдельные ионы уже без электронов в сторону расположения мишени. В этих случаях ускоритель работает как ускоритель ионов.
При незначительном изменении конструкции, в случае, если отрицательный потенциал будет создаваться уже на самом основном уединенном проводнике, система подачи ускоряемого рабочего тела может подавать в зазор отрицательно заряженную макроскопическую частицу или пленку, отрицательно заряженные ионы и электроны. Первые два случая принципиально не отличаются от рассматриваемых нами вариантов. В последнем случае, если система подачи ускоряемого рабочего тела содержит источник электронов, например систему острий или лезвий, то ускоритель может работать уже как ускоритель электронов.
Основной конденсатор увеличивает емкость основного уединенного проводника и позволяет увеличить заряд, уносимый ускоряемым рабочим телом. Ускоритель электронов 39 переносит в импульсе заряд, равный по модулю заряду, уносимому ускоряемым рабочим телом. Это дает возможность основному уединенному проводнику квазипостоянно находиться при одном и том же потенциале. Это позволяет системе удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем держать свои верхние дополнительные уединенные проводники под постоянным потенциалом. Это препятствует возникновению вертикальных движений элементов ускорителя, которые могут возникнуть при изменениях потенциалов верхних дополнительных уединенных проводников. В этом случае вертикальные движения могли бы возникать вследствие изменения силы отталкивания между дополнительными уединенными проводниками длинных и коротких изолирующих тросов. Такие вертикальные движения могли бы при вести к нарушению юстировки оси ускоряющего ствола с точкой расположения мишени. Поэтому их следует уменьшить до нуля путем согласования работы ускорителя электронов 39 с работой системы подачи ускоряющего рабочего тела.
Для уменьшения вертикальных перемещений основного уединенного проводника можно выполнить два пространственно разделенных устройства удержания на весу элементов ускорителя. При этом одно устройство соединено с основным уединенным проводником, проводящим соединение, и с первой обкладкой первого внешнего конденсатора и удерживает их на весу, а второе устройство соединено со всем устройством, вызывающим перемещение зарядов, кроме первой обкладки, и соединенным с ней ускорителем электронов, и удерживает на весу. В этом случае первая обкладка пространственно отделена от второй обкладки и не соединена с ней изолирующей стойкой. Например, они могут висеть на разных изолирующих тросах.
В таком варианте после одновременного выброса ускоряемого рабочего тела и электронов, имеющих точно такой же по модулю электрический заряд, но противоположный по знаку, заряд основного уединенного проводника, фактически, не меняется, и вертикальные перемещения отсутствуют.
В случае, если ускоритель входит в состав драйвера вместе с другими ускорителями 62, 63, то, за счет того, что основные уединенные проводники различных ускорителей электрически соединены проводящим соединением, обеспечивается равенство потенциалов основных уединенных проводников всех ускорителей. В результате одновременно достигается равенство энергий ускоряемого рабочего тела во всех ускорителях драйвера.
В зазоре между электродами 122, 123 ускоряемое рабочее тело ускоряется. После прохождения зазора ускоряемое рабочее тело на выходе из зазора входит в отверстие электрода 123. На внутренний дополнительный центральный электрод 124 подается незначительный отрицательный потенциал, например, до 1 MB. Внешний дополнительный центральный электрод 125 находится под потенциалом земли.
Внутренний дополнительный центральный электрод 124 экранирует избыточный положительный заряд, переносимый ускоряемым рабочим телом в область около точки расположения мишени. Если этого не делать, то избыточный положительный заряд, переносимый, например, в эту область тяжелыми ионами, может уменьшать энергию ионов, летящих в сторону точки расположения мишени. Внутренний дополнительный центральный электрод 124 позволяет незначительно ускорять в зазоре между ним и внешним дополнительным центральным электродом 125 ускоряемое рабочее тело дополнительно. Поскольку внутренний дополнительный центральный электрод со всех сторон окружает точку расположения мишени, то, по теореме Гауса, электрическое поле внутри области, которую он окружает, без притока зарядов извне, равно нулю. Поэтому заряженные частицы, дополнительно незначительно ускоренные в зазоре между дополнительными центральными электродами, не будут тормозиться электрическим полем внутреннего дополнительного центрального электрода 124 после прохождения этого межэлектродного зазора. Теоретически, вполне реально добиться увеличения энергии ускоряемого рабочего тела дополнительно в два раза за счет введения этого зазора и установки дополнительных центральных электродов, но практически это потребует очень значительного усложнения конструкции, поскольку потребуется строительство дополнительной системы удержания на весу элементов ускорителя уже непосредственно для того, чтобы держать на весу дополнительный центральный электрод и провода, идущие к нему непосредственно со стороны удаленного конца устройства, вызывающего перенос зарядов. При этом непосредственно горячая зона термоядерного реактора тоже должна быть на весу внутри дополнительного внутреннего центрального электрода и система охлаждения должна выходить за его пределы. Все это очень сложно. Поэтому реально следует говорить только о крайне незначительном увеличении энергии ускоряемого рабочего тела в этом зазоре. Где-то в пределах до 1 MB, или до 0,1 процента от общей энергии ускоряемого рабочего тела составляет тот прирост, который можно получить без установки дополнительной системы удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем.
Устройство, вызывающее перенос зарядов, переносит электроны от первой обкладки внешнего конденсатора до последней обкладки всей цепочки внутренних конденсаторов, считая от этой обкладки. Около последней обкладки избыточный отрицательный заряд, переносимый электронами, поступает в преобразователь напряжения 126. Преобразователь напряжения преобразует энергию избыточного отрицательного заряда и распределяет напряжение на электроды 123, 124, 125 через покрытые изоляцией провода 127, 128, 129 так, чтобы на электродах 123, 125 был потенциал земли, а на внутреннем дополнительном центральном электроде 124 был бы незначительный отрицательный потенциал, например 1 MB.
Компенсатор 130 компенсирует избыточный положительный заряд, переносимый в область около точки расположения мишени либо тяжелыми ионами, либо заряженной макроскопической частицей или пленкой. Для этого преобразователь напряжения подает на компенсатор отрицательный потенциал. Компенсатор переносит отрицательные заряды в область около точки расположения мишени.
После вылета из отверстия электрода 123 ускоряемое рабочее тело летит вдоль оси ускорителя внутри изолирующей трубы 131 вакуумной камеры и попадает в область действия магнитного поля магнитной катушки 132, входит в сквозное осевое отверстие катушки, движется вдоль силовых линий магнитного поля, затем входит в отверстие электрода 125, попадает в межэлектродный зазор между электродами 124 и 125, незначительно в этом зазоре ускоряется, например его энергия при этом увеличивается на 0,1 процента, входит в отверстие внутреннего дополнительного центрального электрода 124 и поступает в зону действия фокусирующей системы 133. Фокусирующая система фокусирует ускоряемое рабочее тело на точку расположения мишени.
Одновременно на точку расположения мишени фокусируется с разных сторон ускоряемое рабочее тело, ускоренное всеми ускорителями драйвера, выполненными симметрично вокруг точки расположения мишени. Ускоряемое рабочее тело сталкивается с мишенью, сжимает и нагревает ее, и происходит термоядерный микровзрыв дейтерий-тритиевой начинки. Плазма взрыва расширяется и используется для выработки электроэнергии. При этом часть плазмы движется вдоль ускорителя по направлению к основному уединенному проводнику и поступает в ускоритель плазмы 134. Ускоритель плазмы создает скрещенные электрические и магнитные поля, перпендикулярные оси, ускоряющие плазму обратно по направлению к области около точки расположения мишени. Ускоритель плазмы работает импульсами. Импульсы напряжения поступают на конденсатор 135, обкладки 136, 137 которого параллельны оси ускорителя, и на провода 138, 139, выполненные в виде лент, параллельных оси около обкладок конденсатора 135. Обкладки конденсатора являются электродами, между которыми создается электрическое поле, перпендикулярное оси. Провода создают магнитное поле, перпендикулярное оси и перпендикулярное электрическому полю, действующему между электродами. Импульсы подаются в те промежутки времени, когда вдоль оси не пролетает ускоряемое рабочее тело. Импульсы поступают от системы пуска ускорителя и драйвера через линии задержки с учетом того времени, которое требуется ускоряемому рабочему телу, чтобы преодолеть расстояние от электрода 122 до точки расположения мишени. Длина рабочего участка ускорителя плазмы превышает произведение скорости звука в плазме, движущейся вдоль оси, на время между подачей импульсов напряжения, поступающих на ускоритель плазмы. Работая таким образом, ускоритель плазмы не пускает плазму термоядерных микровзрывов в ту часть вакуумной камеры, в которой выполнен основной уединенный проводник. Также возможна работа ускорителя плазмы и в постоянном режиме. Ларморовский радиус тяжелых ионов с энергией 10 ГэВ достаточно велик, чтобы ионы могли пройти зону действия ускорителя плазмы и попасть в зону действия фокусирующей системы. Также возможно установить несколько ускорителей плазмы вдоль оси, выполненных так, чтобы вращение либо тяжелых ионов, либо макроскопической заряженной частицы или пленки в одних ускорителях плазмы происходило бы в одну сторону, а в других ускорителях плазмы происходило бы в другую сторону. Таким образом, вращение в разные стороны взаимно компенсируется и ускоряемое рабочее тело не сильно отклоняется от оси даже при работе ускорителей плазмы в непрерывном режиме. В случае, если проводимость плазмы недостаточна для эффективного ускорения плазмы, например плазма слабо ионизирована, ускоритель плазмы может содержать для этого на поверхности электрода, выполненного в виде обкладки 136, ионизатор плазмы, например источник электронов. Для этого на поверхности электрода можно выполнить эмиссионные катоды. Во время подачи напряжения на электроды, электроны, испущенные в ходе тепловой эмиссии, ускоряются электрическим полем и дополнительно ионизируют плазму, натекающую со стороны области около точки расположения мишени.
Вокруг изолирующих тросов могут быть выполнены несоприкасающиеся друг с другом проводящие кольца, на внешнюю поверхность проводящих колец стекаются заряды статического электричества. Это уменьшает поперечное электрическое поле на изолирующем тросе и снижает вероятность возникновения электрического пробоя материала изолирующего троса. Вакуумная камера может содержать каналы охлаждения, выполненные с возможностью охлаждать стенки изолирующих труб сжиженным газом, например жидким азотом. Сжиженный газ охлаждает стенки вакуумной камеры и за счет этого с их поверхностей не происходит интенсивной тепловой эмиссии электронов.
Ускоритель может содержать несколько устройств, вызывающих перенос зарядов. В этом случае они одновременно увеличивают заряд на основном уединенном проводнике. Также отдельное устройство, вызывающее перенос зарядов может содержать несколько внешних конденсаторов, соединенных параллельно. В этих случаях скорость переноса зарядов увеличивается.
Энергию ускоряемых частиц ускоряемого рабочего тела можно значительно увеличить с помощью системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела. Ускоритель, снабженный системой дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела 93, работает следующим образом. Эта система состоит из двух участков, представляющих каждый по отдельности отдельный вариант системы. На первом участке процесс происходит путем периодического повторения операций в секциях, каждая из которых состоит из двух пар коаксиальных электродов. Операции, описанные для одной секции, последовательно повторяются вдоль всей цепочки секций первого участка, начиная от секции, ближайшей к системе подачи ускоряемого рабочего тела, ближайшей ко входу ускорителя. После прохождения ускоряемым рабочим телом первого участка, начинается последовательное повторение операций на втором участке на каждой секции по очереди.
Система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела включается системой включения коммутаторов 140, которая включается системой подачи ускоряемого рабочего тела в момент электрического соединения электродов пуска 91, 92 проходящим мимо них цилиндром. Сразу вслед за этим мощный источник электромагнитного излучения, например, мощный лазер 141 направляет луч электромагнитного излучения, например, луч оптического излучения на полупрозрачное зеркало 142, которое делит луч на два луча. Отраженный от полупрозрачного зеркала луч и прошедший полупрозрачное зеркало луч пространственно разделяются и направляются на различные непрозрачные зеркала 143, 144, от зеркал лучи отражаются и направляются на два гиперскоростных коммутатора Богданова 145, 146. При этом длина оптического пути обоих лучей вдоль всей траектории от лазера до коммутатора равна. Коммутаторы одновременно нагреваются, нагреваются эмиссионные катоды. Начинается термоэлектронная эмиссия. Между плюсовым уединенным проводником 194 и линиями задержки течет эмиссионный ток.
Рассмотрим более подробно ситуацию с минусовым уединенным проводником. В случае установки системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела, изменяется положение преобразователя напряжения. В этом случае также одно и то же устройство, вызывающее перенос зарядов, заряжает первую обкладку высоким положительным потенциалом и последнюю обкладку высоким отрицательным потенциалом. Последняя обкладка 193 цепочки внешних конденсаторов электрически соединена с внутренней обкладкой минусового конденсатора 147, которая является минусовым уединенным проводником 148. На этих обкладках поддерживается одинаковый потенциал и, значит, на минусовом уединенном проводнике также поддерживается высокий отрицательный потенциал. Преобразователь напряжения подсоединяется к той обкладке одного из внутренних или внешних конденсаторов устройства, вызывающего перенос зарядов, на которой ожидается потенциал, максимально близкий к потенциалу земли. При изготовлении устройства количество внутренних конденсаторов и их параметры выбираются такими, чтобы разности потенциалов между основным уединенным проводником и землей совпадали бы по модулю с разностью потенциалов между минусовым уединенным проводником и землей.
После подачи лазерного импульса коммутаторы одновременно нагреваются, нагреваются эмиссионные катоды. Начинается термоэлектронная эмиссия. Между основным уединенным проводником и линиями задержки течет эмиссионный ток и между минусовым уединенным проводником и линиями задержки течет эмиссионный ток. С коммутатора 146, выполненного на минусовом конденсаторе, от пластины с эмиссионными катодами 192 ток течет на приемник потока электронов 149, а уже с него на провода линий задержки. Приемник потока электронов может быть выполнен в виде проводящего диска, электрически соединенного с линиями задержки. Ток течет через коммутаторы. Коммутаторы включены. Электрическое поле, создаваемое в области эмиссионных катодов коммутаторов, порядка 10 МВ/см. При такой напряженности электрического поля плотность тока автоэлектронной эмиссии еще очень мала. Нагрев электродов вызывает резкое увеличение тока тепловой эмиссии, которая превышает плотность тока автоэлектронной эмиссии в нашем случае на несколько порядков. Поэтому с поверхностей нагретых эмиссионных катодов начинает течь ток эмиссионных электронов. Поток электронов пересекает зазор коммутаторов и поступает на приемники потока электронов. Ток переносит заряды. Электрические заряды в импульсном режиме переходят в линии задержки. Лазер подает оптическое излучение импульсом. Импульс подачи излучения прекращается. Ток по линиям задержки течет до тех пор, пока потенциал на всей линии задержки не сравняется с потенциалом коммутатора. Когда потенциал сравняется, ток течь перестает. К этому времени лазер перестает нагревать эмиссионные катоды коммутаторов. Трубы с жидкостью или газом охлаждают эмиссионные катоды и приемники потока электронов. Они остывают. Тепловая эмиссия электронов прекращается. Коммутаторы выключаются.
Такое выполнение коммутаторов и системы их включения позволяют осуществить синхронную подачу импульса напряжения на линии задержки за время включения коммутаторов порядка 10 нс и быстродействие более 10 импульсов в секунду без замены коммутатора после каждого импульса. При этом пластины коммутаторов разделены зазором, внутри которого выполнен вакуум, что позволяет создавать между пластинами коммутаторов поля порядка 10 МВ/см, не опасаясь электрического пробоя.
Коммутаторы также могут быть выполнены известных типов, например, газоразрядными. Но в этом случае необходимо предусмотреть систему замены коммутаторов коммутатора после каждого импульса или подавать импульсы с малой частотой, чтобы газоразрядный промежуток успел охладиться после импульса. Также в этом случае к линиям задержки можно через эти коммутаторы подсоединять конденсаторы с уменьшенной разностью потенциалов между обкладками и с меньшей напряженностью поля, соединенные со своей системой питания. Такие коммутаторы включаются дистанционно синхронно с пуском системы подачи ускоряемого рабочего тела.
Система подачи ускоряемого рабочего тела подает ускоряемое рабочее тело в межэлектродный зазор между электродами 122 и 123. Коммутаторы 145, 146 электрически соединяют основной конденсатор, основной уединенный проводник и минусовой конденсатор 147, минусовой уединенный проводник 148 с линиями задержки 150, 151, 152, 154.
Тем самым, коммутаторы соединяют систему питания с коаксиальными электродами, поскольку система питания содержит автономные зарядные устройства, выполненные на устройстве, вызывающем перенос зарядов, соединенном с основным и с минусовым уединенным проводниками. Система питания автономными зарядными устройствами поставляет заряды на основной и минусовой уединенный проводники, которые поставляют заряды на линии задержки.
Линии задержки переносят заряды в сторону секций 155, 156 коаксиальных электродов. Процесс подачи ускоряемого рабочего тела и процесс соединения коммутаторами конденсаторов с линиями задержки синхронизованы по времени таким образом, что время τ0 начала замыкания электрической цепи коммутаторами опережает время τ1 сравнивания выступа цилиндра системы подачи ускоряемого рабочего тела с поверхностью основного уединенного проводника на величину τ:
τ = 3/2L/c
где c - скорость света в вакууме,
L - длина самой длинной линии задержки.
Эта формула получается с учетом того факта, что скорость передачи электромагнитного взаимодействия по проводу происходит со скоростью 2/3 с.
Длина каждой линии задержки определяется тем, чтобы в момент начала прихода заряда по проводу линии задержки на коаксиальный электрод ускоряемое рабочее тело только-только входило внутрь проводящей трубы секции.
Линии задержки первого рода электрически соединяют коммутаторы с внутренней парой коаксиальных электродов 156, 157 секции. Электрическое поле приходит через линию задержки на коаксиальные электроды не сразу. Это происходит спустя время τ01, прошедшее после соединения коммутатором линии задержки с конденсатором, или, говоря другими словами, после соединения линии задержки либо с основным уединенным проводником, либо с минусовым уединенным проводником. При этом ближайший к системе подачи ускоряемого рабочего тела (ко входу ускорителя) внутренний коаксиальный электрод электрически соединен с основным уединенным проводником, подвешенным устройством удержания на весу элементов ускорите ля, а более удаленный от входа ускорителя внутренний коаксиальный электрод соединен с внутренней обкладкой минусового конденсатора, подвешенной как минусовый уединенный проводник. После того как ускоряемое рабочее тело пройдет внутри двух внутренних коаксиальных электродов, линии задержки второго рода электрически соединяют через коммутатор основной уединенный проводник и минусовой уединенный проводник с внешними коаксиальными электродами 158, 159 секции. При этом ближайший к системе подачи ускоряемого рабочего тела (ко входу ускорителя) внешний коаксиальный электрод соединен линией задержки с минусовым уединенным проводником 148, а более удаленный от входа ускорителя соединен с основным уединенным проводником.
В результате проведения такой последовательности соединений сначала внутренние коаксиальные электроды ускоряют ускоряемое рабочее тело дополнительно в своем межэлектродном зазоре, ограниченном плоскими проводящими кольцами 160, 161. В тот момент времени, когда ускоряемое рабочее тело выходит из зазора, внешние коаксиальные электроды создают в том же межэлектродном зазоре электрическое поле, направленное в противоположном направлении по отношению к полю внутренних электродов. Поле внешних электродов ускоряет вышедшее из зазора ускоряемое рабочее тело как электрическое поле электрического диполя пропорционально кубу расстояния, а поле внутренних коаксиальных электродов тормозит рабочее тело таким же дипольным электрическим полем. В результате суперпозиции полей эти электрические дипольные поля взаимно уничтожаются и ускоряемое рабочее тело после выхода из зазора, по крайней мере, до следующей секции не тормозится дипольным электрическим полем внутренних электродов. Проводящие трубы коаксиальных электродов 162, 163 частично экранируют ускоряемое рабочее тело от переменных внешних полей и более равномерно распределяют перетекающие заряды вокруг оси ускорителя, пока они движутся по направлению к зазору между проводящими плоскими кольцами.
После соединения коммутаторами линий задержки первого, второго и третьего рода с основным уединенным проводником и с минусовым уединенным проводником, электрический ток импульсом идет по линиям задержки. Ток начинает идти одновременно сразу по всем линиям задержки, но доходит до разных коаксиальных электродов в разное время в зависимости от длины линии задержки. При этом длина линии задержки согласована с ожидаемой скоростью движения ускоряемого рабочего тела для каждой секции по отдельности. Секции получают ток (электрические заряды) от линий задержек последовательно по мере того, как ускоряемое рабочее тело проходит через них. Когда по линии задержки течет ток, она электрически заряжена, на ней есть заряд. Линии задержки третьего рода 188, 189, 190, 191 создают электрические поля, противоположно направленные электрическим полям линий задержки первого и второго рода, создаваемых вокруг них при движении через них электрического заряда на секции. На линии задержки третьего рода заряд противоположного знака, по отношению к линии задержки первого или второго рода, вдоль которой она выполнена. В результате электрические поля, создаваемые электрически заряженными линиями задержки первого и второго рода, когда по ним текут заряды, на оси ускорителя сильно уменьшены линией задержки третьего рода и не оказывают заметного влияния на ускоряемое рабочее тело на оси ускорителя. Когда ток по линии задержки первого рода дошел до внутреннего коаксиального электрода, то сначала электрический заряд входит на электрод со стороны проводящей трубы 162 и заряжает его. Заряд входит со стороны торца электрода, с той стороны, где нет плоского проводящего кольца. Заряд перемещается вдоль коаксиального электрода до плоского кольца коаксиального электрода и заряжает его.
Заряды вдоль проводов линий задержки первого и второго рода подходят к коаксиальным электродам с разных сторон так, чтобы время прихода зарядов по проводам линий задержки до электрода с разных сторон было бы одинаково. Непосредственно около коаксиального электрода заряды приходят сначала на два кольца 164, 165 по проводам линии задержки первого или второго рода, находящиеся од но внутри другого (внутреннее кольцо 164). Одновременно вдоль внешнего кольца 165 по кольцу 166 из провода линии задержки третьего рода идет заряд, противоположный тому заряду, который идет по линии задержки первого или второго рода. На внешнем кольце есть точка контакта 167 с проводом 168, идущем на коммутатор. Сначала заряды приходят именно на эту точку, а потом с этой точки заряды одновременно растекаются на два контакта 169, 170 с про водами 171, 172, идущими на внутреннее кольцо 164. При этом с каждого из проводов заряды приходят на внутреннее кольцо одновременно, поскольку точки контакта находятся на одинаковом расстоянии от точки контакта 167. С внутреннего кольца заряды идут на коаксиальный электрод через торец 173 электрода, наиболее удаленного от центра секции. Такой сложный путь необходим для того, чтобы заряды распределились симметрично относительно оси на поверхности коаксиального электрода и после этого чтобы именно симметричный сгусток зарядов подходил бы к плоскому проводящему кольцу и к межэлектродному зазору в середине секции. Радиально симметричные электрические поля не будут отклонять электрически заряженные частицы ускоряемого рабочего тела с траектории, проходящей вдоль оси ускорителя, при условии, что рабочее тело движется строго вдоль оси ускорителя.
Ускоряемое рабочее тело ускоряется всеми секциями коаксиальных электродов вдоль оси ускорителя до дополнительных центральных электродов 124 и 125. После того, как заряды всех трех линий задержки распределятся вокруг секции, создадут ускоряющее поле в зазоре, а затем компенсируют его, они перетекают на систему использования электрической энергии 174. В этой системе электрическая энергия, передаваемая по линиям задержки, преобразуется и как либо используется для того, чтобы повысить КПД работы ускорителя.
Между секциями могут быть выполнены дополнительные системы фокусировки, окружающие ось ускорителя. Линии задержки идут вдоль всех секций до последней из них, наиболее удаленной от системы подачи ускоряемого рабочего тела. Вокруг оси ускорителя вдоль системы дополнительного увеличения энергии рабочего тела дополнительные системы фокусировки 175, 176 создают магнитное поле. Магнитное поле удерживает ускоряемое рабочее тело при движении вдоль оси, направляет к оси и фокусирует относительно оси. При этом возможен вариант соединения магнитных катушек систем фокусировки с линиями задержки так, чтобы при изменениях тока в магнитных катушках они дополнительно незначительно ускоряли рабочее тело индукционным электрическим полем. Также возможна запитка магнитных катушек систем фокусировки постоянным током.
Элементы системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела удерживаются на весу и системой удержания элементов ускорителя на весу электрическим полем и системой удержания элементов ускорителя на весу магнитным полем.
Система удержания на весу элементов ускорителя магнитным полем 177 работает следующим образом. На провода удержания 178, 179, 180, 181 пускают электрический ток. Во время протекания по проводам электрические токи создают магнитные поля, которые намагничивают магнитную пленку 182. Например, пленка содержит ферромагнитный материал. Пленка намагничивается. Составляющие пленку магниты ориентируются по магнитному полю, создаваемому протекающими токами, причем полюса магнитов, выполненных на линиях задержки и полюса магнитов, выполненных на проводах удержания ориентированы в разные стороны. Полюса магнитов ориентированы вдоль направлений магнитных полей токов в проводах. Магнитную пленку, окружающую провод линии задержки 183 сначала намагничивают, при этом ориентация магнитов, образующих пленку, противоположна ориентации магнитов, образующих пленку проводов удержания. Потом провод линии задержки вставляют между проводами системы удержания. Провода удержания 178, 179 с помощью намагниченной магнитной пленки, а конкретно, магнитами, образующими магнитную пленку, отталкивают снизу магниты магнитной пленки провода линии задержки в направлении вверх, поскольку их магниты ориентированы противоположно, и удерживают провод линии задержки на весу силой магнитного отталкивания. Провода удержания 180, 181 отталкивают провод линии задержки силой магнитного отталкивания сверху в направлении вниз и не дают ему подняться слишком высоко. Потом по проводу линии задержки пускают ток и по проводам удержания пускают токи, но противоположно направленные току провода линии задержки. Здесь надо уточнить, что магнитные поля токов по мере удаления от проводов ослабляются. Поскольку магнитная пленка, окружающая провод, находится под действием суперпозиции магнитных полей этого провода и полей окружающих проводов, выбирается такое расстояние между проводами и сила токов в проводах, чтобы магнитное поле суперпозиции магнитных полей токов было направлено в ту же сторону, что и магнитное поле данного провода. За счет этого магнитного поля магнитные пленки, магниты, образующие магнитные пленки, намагничиваются дополнительно и сила магнитного отталкивания магнитов магнитных пленок возрастает. Провода удержания удерживаются на весу изолирующими тросами 184, 185, выполненными внутри изолирующих труб, при этом концы тросов закреплены в стенках вакуумной камеры. Провода удержания соединяются друг с другом по четыре с помощью изолирующих колец 186, 187, выполненных из изолятора. Изолирующие тросы присоединяются к кольцам и удерживают их на весу. Вместо кольца может быть выполнен изолирующий каркас в форме квадратной рамки. Один из концов проводов удержания соединен через коммутатор с основным или минусовым конденсатором, а другой конец соединен с системой использования электрической энергии. Провода удержания и поддерживающие их на весу изолирующие тросы удерживаются на весу системой удержания на весу элементов ускорителей электрическим полем. Эта система содержит длинные изолирующие тросы, соединенные с системой удержания на весу элементов ускорителя магнитным полем. На тросах через равные расстояния выполнены дополнительные уединенные проводники с покрытием, содержащем радиоактивное вещество, выполненным с возможностью испускать заряженные частицы. Под длинными тросами и над ними выполнены короткие изолирующие тросы, перпендикулярные им, в середине которых выполнены дополнительные уединенные проводники, также покрытые покрытием с радиоактивным веществом, выполненным с возможностью испускать заряженные частицы. Причем для всех верхних и нижних дополнительных уединенных проводников радиоактивное вещество испускает заряды только одного знака. Расположение и конфигурация дополнительных уединенных проводников такие же, как и для случаев, рассмотренных раньше. Короткие изолирующие тросы расположены так, что рядом с дополнительным уединенным проводником длинного троса выполнен только один дополнительный уединенный проводник короткого троса, причем короткий трос выполнен или сверху, или снизу от верхнего троса. При этом короткие тросы, выполненные сверху, чередуются с короткими тросами, выполненными снизу. Покрытия испускают заряды, заряжаются электрическим зарядом одного знака и заряжают дополнительные уединенные проводники зарядом того же знака. Проводники отталкиваются друг от друга, и проводники нижних коротких тросов удерживают проводники длинного троса на весу силой этого электрического отталкивания, а проводники верхних коротких тросов за счет этого отталкивания не дают им подниматься чрезмерно вверх.
Дополнительные уединенные проводники, на которых удерживаются провода, идущие от минусового конденсатора, содержат покрытие, содержащее радиоактивное вещество, испускающее в ходе радиоактивного распада положительно заряженные частицы, на пример, альфа частицы или позитроны. В этом случае текущий по проводам отрицательный электрический заряд будет вызывать дополнительное электрическое отталкивание, а следовательно, будет удерживаться на весу дополнительной силой отталкивания. Дополнительные уединенные проводники, на которых удерживаются провода, идущие от основного конденсатора, содержат покрытие, содержащее радиоактивное вещество, испускающее в ходе радиоактивного распада отрицательно заряженные частицы, например электроны. В этом случае текущий по проводам положительный электрический заряд будет вызывать дополнительное электрическое отталкивание, а следовательно, будет удерживаться на весу дополнительной силой отталкивания.
Трубы с жидкостью или газом эффективно охлаждают провода линий задержки и провода удержания циркулирующими по трубам жидкостью или газом.
Провода линий задержки и провода удержания могут быть выполнены внутри труб с жидкостью или газом. В этом случае провода одновременно и электрически изолируются и охлаждаются жидкостью или газом. Коаксиальные электроды охлаждаются циркулирующими по каналам охлаждения жидкостью или газом.
На длинных изолирующих тросах могут быть выполнены выпрямители электрического тока, например диоды. Одни выпрямители выполнены так, чтобы пропускать отрицательные заряды, текущие в сторону от провода, идущего от плюсового конденсатора, а другие выпрямители выполнены с возможностью пропускать отрицательные заряды в сторону провода, идущего от минусового конденсатора.
Когда течет заряд по линии задержки, то в разные стороны вдоль длинных изолирующих тросов системы удержания электрическим полем распространяется электрическое поле. Поле вызывает перемещение зарядов. Выпрямители в этот момент времени перетекание зарядов пропускают. Когда заряд по линии задержки прошел, заряды вдоль длинного изолирующего троса направляются в обратном направлении, вот это второе движение зарядов выпрямители задерживают. В результате выпрямители создают квазипостоянное распределение зарядов вдоль длинного изолирующего троса, дополнительные проводники длинного троса заряжаются, отталкиваются от проводников коротких тросов и удерживают длинный трос на весу.
В случае, если ускоритель содержит два варианта исполнения системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела, то ближе к системе подачи ускоряемого рабочего тела, ближе ко входу ускорителя, на первом участке выполнен первый вариант. Первый участок ускоряет рабочее тело так, как было описано выше, и, после прохождения первого участка, ускоренное рабочее тело входит во второй участок, выполненный сразу вслед за первым в виде второго варианта системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела. Второй вариант системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела выполнен на втором участке, более удаленном от системы подачи ускоряемого рабочего тела. Во втором варианте секции состоят не из двух пар коаксиальных электродов, а только из одной пары, состоящей из внутреннего и внешнего электрода. Электроды выполнены один внутри другого. К электродам подходят заряды по линиям задержки первого и второго рода, выполненных из проводов. При этом по линии задержки первого рода, соединяющей внутренний электрод с основным конденсатором, идут положительные заряды. По линии задержки второго рода, соединяющей внешний электрод с минусовым конденсатором, идут отрицательные заряды. В случае, если ускоритель ускоряет положительно заряженные частицы, то для каждой отдельной секции линия задержки первого рода короче линии задержки второго рода, поэтому сначала на внутренние электроды каждой секции сначала приходят положительные заряды, а уже после этого отрицательные. Разница в длинах линий задержки определяется заранее исходя из предполагаемой скорости движения рабочего тела вдоль конкретных секций. Положительный заряд приходит на электрод в тот момент времени, когда либо положительно заряженная макроскопическая частица или пленка, либо центральная часть сгустка положительных ионов только-только прошли тот торец электрода, на который поступает заряд с линии задержки. Проходит какое-то время, ускоряемое рабочее тело пролетает несколько секций. Все это время на секции ритмично поступают с линий задержки первого рода положительные заряды, время прихода которых приходится на момент начала вхождения ускоряемого рабочего тела в пустое пространство внутри электрода. Образуется ряд положительно заряженных секций, которые одновременно своим электрическим полем ускоряют либо положительно заряженную макроскопическую частицу или пленку, либо положительно заряженные ионы. Поле этих секций напоминает своей конфигурацией поле заряженного цилиндра. Поле действует на сами секции электрической силой отталкивания. Эту силу надо учитывать при расчете прочности конструкций. Поэтому, длина ряда положительно заряженных секций и заряды секций определяются исходя из прочности конструкции устройства удержания на весу элементов ускорителя. Вдоль линий задержки первого и второго рода выполнены линии задержки третьего рода. Они выполнены вдоль линий задержки во втором варианте так же, как и в случае исполнения их для линий задержки первого и второго рода для первого варианта. И работают, в принципе, аналогично. Когда идет положительный заряд по линии задержки первого рода от основного уединенного проводника, параллельно с ним рядом, одновременно по линии задержки третьего рода движется отрицательный заряд от минусового уединенного проводника. Заряды равны по модулю только в начальный момент времени. Идут параллельно оси ускорителя на одинаковом расстоянии от оси до подхода к нужной секции. Все это время суммарное поле зарядов воздействует на ось ускорителя только дипольным электрическим полем, убывающим с ростом расстояния пропорционально кубу расстояния. В случае, если с другой стороны оси на таком же расстоянии от оси выполнена дополнительная пара таких же линий задержек, то они дополнительно уменьшают (компенсируют, но не до нуля, а до полей следующего порядка малости) своими полями и это дипольное поле. При подходе к нужной секции заряд линии задержки третьего рода останавливается, а заряд линии задержки первого рода устремляется к внутреннему электроду и начинает его заряжать. После этого заряд, переносимый линией задержки первого рода начинает заметно превышать тот заряд, который остался на линии задержки третьего рода.
Во время ускорения релятивистских частиц при движении по линиям задержки первого, второго и четвертого, второго рода заряды движутся параллельно зарядам линий задержки третьего рода так, что они вместе сначала обгоняют ускоряемый поток релятивистских частиц, а потом сбоку подходят к нужной секции как раз к тому моменту времени, когда поток релятивистских частиц начнет подходить к торцу ближайшего электрода секции.
Такое опережение, реализуемое посредством линий задержек при ускорении релятивистских частиц, необходимо по той причине, что скорость передачи сигнала по проводу составляет всего 2/3 от скорости света, а скорость релятивистской частицы, по мере роста энергии, может приближаться к скорости света не ограничено.
Действуя таким образом совместно с линиями задержки третьего рода, линии задержки первого рода заряжают положительным зарядом несколько секций, образующих совокупность секций. Назовем эту совокупность секций рядом секций. После этого вдоль оси ускорителя бежит волна положительного заряда, которую образуют все новые и новые ряды положительно заряженных секций. Эта волна бежит вслед ускоряемому рабочему телу и ускоряет его электрическим полем положительного заряда. Вслед за этой волной бегут отрицательные заряды по линиям задержки второго рода и заряжают внешние электроды отрицательными зарядами, компенсирующими положительные заряды. Это уменьшает силы электрического отталкивания, действующие между секциями.
Первый вариант системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела может дополнительно ускорять ускоряемое рабочее тело следующим образом. Предварительно внешние коаксиальные электроды изготавливают намного большей емкости, чем внутренние электроды, например, на них выполняют два плоских проводящих кольца большого диаметра, превышающих по площади поверхности плоское проводящее кольцо внутреннего коаксиального электрода, по крайней мере, в два раза. Кольца выполняют с двух противоположных торцов трубы коаксиального электрода. Назовем этот вариант комбинированным первым вариантом. По мнению автора, этот комбинированный первый вариант является наилучшим случаем выполнения первого варианта и там, где речь идет об использовании первого варианта системы, в первую очередь надо стараться воплотить именно комбинированный первый вариант. После того как ускоряемое рабочее тело прошло зазор между плоскими проводящими кольцами внутреннего коаксиального электрода, на ближайшие ко входу ускорителя края внешнего коаксиального электрода с нескольких сторон симметрично сбоку через линии задержки второго рода подается положительный заряд. При этом линия задержки выполнена так, что на другой внешний коаксиальный электрод секции отрицательный заряд поступает не сразу, а спустя то время, за которое ускоряемое рабочее тело пройдет ряд секций. В этом ряду секций каждый второй внешний электрод успевает зарядиться положительным зарядом. Образуется волна положительного заряда, которая бежит вслед за ускоряемым рабочим телом по совокупности секций, по ряду секций. Положительный заряд волны ускоряет ускоряемое рабочее тело. Во время ускорения ускоряемое рабочее тело ускоряется аналогично тому, как оно ускоряется во втором варианте выполнения системы.
Длина проводящих труб коаксиальных электродов и, соответственно, длина коаксиальных электродов вдоль оси, может увеличиваться от входа ускорителя к выходу ускорителя. Это даст следующий полезный эффект. В процессе ускорения, после прохождения каждой секции коаксиальных электродов скорость ускоряемого рабочего тела возрастает. Учитывая это, можно добиться такого соотношения длин свободного пространства внутри проводящих труб каждого коаксиального электрода, при котором ускоряемое рабочее тело будет проводить в этой полости внутри каждого коаксиального электрода примерно одинаковое время. За счет этого можно рассчитать заранее то время, в течение которого гиперскоростные коммутаторы будут включены для подачи напряжения на линии задержки. Именно это время заряжается каждый коаксиальный электрод электрическим зарядом. Если это время будет согласовано со временем нахождения ускоряемого рабочего тела внутри внутренней осевой полости каждого коаксиального электрода, то это увеличит КПД ускорителя.
Система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела может быть выполнена без минусового уединенного проводника и без минусового конденсатора. В этом случае линии задержки первого рода соединены по-прежнему с основным уединенным проводником с помощью гиперскоростного коммутатора, а линии задержки второго и третьего рода соединены непосредственно без коммутатора напрямую с проводящим покрытием 61 и с электродом 123. То есть, с электродом, совмещенным с проводящим покрытием, выполненным на внутренней поверхности изолирующей трубы вакуумной камеры, окружающей основной уединенный проводник. Преобразователь напряжения 126 поддерживает на этом электроде потенциал земли. После того как на секции коаксиальных электродов пойдут положительные заряды через линию задержки первого рода с основного уединенного проводника, по линиям задержки второго и третьего рода с преобразователя напряжения и с электрода 123 вслед за ними пойдут отрицательные заряды. Они будут выполнять все те функции, которые выполняют отрицательные заряды, идущие с минусового уединенного проводника. Система в этом случае работает так же, как и в предыдущих вариантах.
Использование минусового уединенного проводника и минусового конденсатора позволяет в два раза увеличить энергию ускоряемого рабочего тела. Однако в этом случае конструкция становится намного более сложной, чем в случае без них, поскольку минусовой уединенный проводник и соединенные с ним через коммутатор линии задержки второго и третьего рода удерживаются на весу дополнительным устройством удержания на весу элементов ускорителя.
Суммарный заряд, который можно подать на коаксиальные электроды и на линии задержки, определяется емкостью плюсового конденсатора и емкостью минусового конденсатора. От этих емкостей зависит и результирующая энергия, до которой можно ускорить ускоряемое рабочее тело. Заряд и энергию можно увеличить путем установки дополнительных плюсовых конденсаторов и дополнительных минусовых конденсаторов.
Если будет установлена система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела с несколькими гиперскоростными коммутаторами, то в этом случае работа эмиссионных катодов нескольких гиперскоростных коммутаторов может быть согласована с работой системы подачи ускоряемого рабочего тела так, чтобы они включались через определенное, рассчитанное для каждого из них время. При этом вдоль оси ускорителя или вдали от нее могут быть выполнены дополнительные уединенные проводники, электрически изолированные от основного уединенного проводника, назовем их дополнительными плюсовыми уединенными проводниками и дополнительными минусовыми уединенными проводниками. И те и те соединены с дополнительными устройствами, вызывающими перенос зарядов. Дополнительные плюсовые уединенные проводники выполнены так же, как и основные уединенные проводники. Дополнительные минусовые уединенные проводники выполнены так же, как и минусовые уединенные проводники. Дополнительные плюсовые уединенные проводники и дополнительные отрицательные уединенные проводники соединены с дополнительными гиперскоростными коммутаторами, соединенными с системой пуска ускорителя и с линиями задержки таким образом, что сигнал о пуске ускорителя и включении коммутаторов поступает на гиперскоростные коммутаторы в такое время, что после включения гиперскоростного коммутатора на каждом дополнительном плюсовом или минусовом уединенном проводнике заряд с него поступает на секции коаксиальных электродов синхронно с прохождением через секцию ускоряемого рабочего тела. То, что дополнительные плюсовые уединенные проводники электрически изолированы от основного уединенного проводника, существенно, поскольку в этом случае истечение с них положительных зарядов не будет вызывать вертикальных перемещений системы подачи ускоряемого рабочего тела, выполненного внутри основного уединенного проводника.
Возможно ускорять положительно заряженные частицы, подавая на линии задержки первого рода отрицательные заряды с минусового уединенного проводника и с дополнительных минусовых уединенных проводников. При этом линии задержки первого рода делаются длиннее линий задержек второго рода, соединенных с внешними обкладками минусовых конденсаторов, соединенных с преобразователем напряжения и находящихся при потенциале земли.
В этом случае отрицательные заряды обгоняют по линиям задержки первого рода ускоряемое рабочее тело и поступают на те коаксиальные электроды, которые выполнены ближе к выходу ускорителя, а положительные заряды с внешней обкладки минусовых конденсаторов поступают на те электроды, которые выполнены ближе ко входу ускорителя. Возможно формирование таким образом волны отрицательного заряда, которая движется впереди ускоряемого рабочего тела по совокупности секций коаксиальных электродов и ускоряет его по направлению к выходу ускорителя, а уже вслед за этой волной движутся компенсирующие положительные заряды аналогично тому, как это было описано для ускорения волной положительного заряда. По мнению автора, для реализации управляемой реакции термоядерного синтеза, от входа ускорителя примерно до середины системы дополнительного увеличения ускоряемого рабочего тела следует ускорять ускоряемое рабочее тело волной положительного электрического заряда, а потом, начиная с середины до выхода ускорителя, следует ускорять ускоряемое рабочее тело волной отрицательного электрического заряда.
Наибольшую энергию ускоряемому рабочему телу можно сообщить в том случае, если сзади него бежит волна положительного заряда, а спереди от него бежит волна отрицательного заряда.
Система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела позволяет ускорять ускоряемое рабочее тело до требуемых энергий при уменьшенных значениях разности потенциалов, развиваемых устройством, вызывающим перенос зарядов. Соответственно, могут использоваться тоннели изолирующих труб меньшего диаметра и от краев устройства до стенок вакуумной камеры может быть сделано меньше расстояние, например не 10 м, а всего 0,5 м. При этом параллельно основному конденсатору соединяется несколько дополнительных основных конденсаторов и с основным уединенным проводником соединяется несколько дополнительных основных уединенных проводников для того, чтобы увеличить их суммарную емкость. Также возможно, чтобы к каждому дополнительному основному уединенному проводнику электрически присоединялось дополнительное устройство, вызывающее перемещение зарядов. Это дает возможность, например, разгонять тяжелые ионы до энергии 10 ГэВ при развиваемом напряжении между основным уединенным проводником и землей не 10 000 MB, а значительно меньше. Например, если зазор между основным уединенным проводником и поверхностью стенки изолирующей трубы вакуумной камеры сокращается с 10 м до 0,5 м, то соответственно это напряжение нельзя увеличивать выше 500 MB из-за угрозы электрического пробоя. В свою очередь, система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела позволяет разогнать даже при таких значениях напряжения между основным уединенным проводником и землей поток тяжелых ионов до энергии порядка 10 ГэВ. Причем в случае если максимальное напряжение будет всего 500 MB, для достижения такого результата длина всей цепочки внешних и внутренних конденсаторов может быть уменьшена с 5 км, как было ранее, до 250 м. При этом, в нашем конкретном примере уменьшения напряжения в 20 раз, минимальное число секций системы должно быть не меньше 19 секций. Причем надо заметить, что 19 секций могут обеспечить необходимую энергию ионов только для идеального случая, когда все секции и все линии задержки работают идеально. В реальном исполнении системы для гарантированного разгона ионов до энергии порядка 10 ГэВ потребуется секций значительно больше, например около 30 секций.
При ускорении тяжелых ионов система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела содержит намного меньше секций на первом участке с первым вариантом системы, чем на втором участке со вторым вариантом системы. Например, на первом участке может быть выполнена всего одна или две секции первого варианта. Это обусловлено тем, что первый вариант требует намного более точного согласования по времени работы всех элементов системы, чем второй вариант. Ограничения применения первого варианта системы обусловлены быстродействием устройства включения коммутаторов и погрешностью, с которой происходит согласование времени выброса ускоряемого рабочего тела в зазор между электродами системой подачи ускоряемого рабочего тела. Для ускорения ионов первый вариант системы может вообще не использоваться.
При ускорении макроскопической частицы или пленки система содержит и первый участок с первым вариантом системы и второй участок со вторым вариантом системы. Соотношение длин первого и второго участка зависит от той погрешности, с которой можно рассчитать
заранее и согласовать время прихода внутрь ускоряющего межэлектродного зазора последней секции первого участка, наиболее удаленной от входа ускорителя, ускоряемого рабочего тела со временем подачи на этот зазор ускоряющего напряжения.
Согласовать длины линий задержки со временем прохода ускоряемого рабочего тела через межэлектродный зазор можно не только теоретически, но и экспериментально. Для этого для каждой линии задержки каждой секции проводят пробные пуски ускорителя с подачей через нее ускоряемого рабочего тела и с ускорением этой секцией ускоряемого рабочего тела. В промежуток времени между пусками равномерно меняем длину линии задержки. Начинаем с первой секции от входа ускорителя. Находим для нее такую длину линий задержек, при которой энергия ускоряемого рабочего тела будет максимальной. Устанавливаем для этой пробной секции эти конкретные длины линий задержек. Пуски ускорителя для каждой пробной секции проводят до тех пор, пока для совокупности работающих секций от входа ускорителя до пробной секции не будет получена максимальная энергия ускоряемого рабочего тела. Устанавливаем для всех пробных секций те длины линий задержек, которые давали наибольшую энергию ускоряемого рабочего тела.
Поскольку система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела позволяет ускорять ускоряемое рабочее тело до требуемых энергий при уменьшенных значениях разности потенциалов, развиваемых устройством, вызывающим перенос зарядов между основным уединенным проводником и землей, то возникает возможность использовать упрощенное устройство удержания на весу элементов ускорителя. При уменьшенных электрических напряжениях между элементами ускорителя и землей это устройство может содержать только изолирующие тросы, один конец которых соединен со стенкой вакуумной камеры, а второй конец соединен либо с самим элементом, либо с тросом, соединенным с элементом. При этом тросы выполнены наклонно, под углом к вертикали. Изолирующие трубы, в которых выполнены эти тросы, также выполнены наклонно. Висящий наклонно трос не прямой, а изогнутый. Сила тяготения изгибает его вниз так, что его поверхность образует кривую линию параболу. Параметры этой линии можно рассчитать заранее. Изолирующие трубы вакуумной камеры, в которой выполнены тросы, также выполнены наклонными. При этом изолирующие трубы вакуумной камеры можно делать изогнутыми вдоль той параболы, которую, в соответствии с предварительным расчетом, образуют изолирующие тросы, удерживающие элементы на весу.
Поскольку в этом случае элементы ускорителя висят только на изолирующих тросах без удержания на весу электрическим полем, то ускоритель электронов 39 может отсутствовать.
В общем случае вместо коаксиальных электродов указанной формы можно делать электроды, выполненные в виде фигур вращения, ось которых совпадает с осью ускорителя. Например, электроды могут иметь форму колец. Секции электродов в этом случае могут состоять либо из двух пар колец, либо из одной пары колец. Одно кольцо в паре окружает другое кольцо. Использование электродов в виде колец увеличивает быстродействие системы и может быть рекомендовано для ускорения релятивистских частиц, например тяжелых ионов с энергией выше 1 ГэВ.
Система удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем может содержать систему растяжки, содержащую, по крайней мере, один первый дополнительный уединенный проводник 195, выполненный в виде фигуры вращения с выступами на торцах, при этом расстояние от оси фигуры вращения до поверхности фигуры вращения уменьшается в центральной части фигуры вращения и возрастает в сторону торцов фигуры вращения, причем, по крайней мере, один торец фигуры вращения соединен со штангой 196, соединенной с элементом ускорителя 197, при этом между первым дополнительным уединенным проводником и элементом выполнен в виде фигуры вращения второй дополнительный уединенный проводник 198, закрепленный на изолирующем тросе 199, причем длина первого уединенного проводника более чем в два раза превышает ширину второго проводника и длина штанги более чем в два раза превышает ширину второго проводника, а на поверхности второго проводника, обращенной в сторону внутренней поверхности изолирующей трубы, выполнено покрытие 200, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы одного знака, причем концы троса закреплены в стенках изолирующих труб вакуумной камеры, а электрическая емкость первого уединенного проводника превышает емкость штанги более чем в пять раз. Радиоактивное вещество выполнено с возможностью испускать электроны. Оси первого и второго дополнительного уединенного проводника перпендикулярны. Между штангой и элементом выполнена пружина 201. Штанга выполнена изогнутой. Штанга выполнена изогнутой в сторону от линии, проходящей через центр первого уединенного проводника и через центр второго дополнительного уединенного проводника. Ось первого дополнительного уединенного проводника перпендикулярна линии, приходящей через центр масс проводника и через элемент ускорителя, удерживаемый на весу системой растяжки. С первым дополнительным изолирующим проводником может быть соединено две штанги, присоединенных по одной с каждого торца. В этом случае электрическая емкость каждой штанги меньше электрической емкости первого проводника более чем в десять раз. Расстояние от элемента ускорителя, соединенного с системой растяжки, до первого уединенного проводника более чем в пять раз превышает ширину элемента ускорителя. На поверхности первого проводника, более удаленной от элемента выполнено покрытие, содержащее радиоактивное вещество, выполненное с возможностью испускать в ходе радиоактивного распада заряженные частицы одного знака. Система удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем, содержит, по крайней мере, три системы растяжки, выполненные с возможностью тянуть элемент ускорителя в разные стороны, в том числе и вдоль вертикали, при этом, по крайней мере, одна система растяжки 202 выполнена над элементом и, по крайней мере, одна система растяжки выполнена под элементом. По крайней мере, две системы растяжки 203, 204 выполнены по разные стороны от вертикали, проходящей через элемент.
Система растяжки работает следующим образом. Первый дополнительный уединенный проводник 195 через штангу 196 заряжается положительным электрическим зарядом за счет работы устройства, вызывающего перенос зарядов, поскольку он соединен с элементом ускорителя 197, находящимся под высоким напряжением, созданным этим устройством. Второй дополнительный уединенный проводник 198 удерживается на весу изолирующим тросом 199 и за счет испускания радиоактивным веществом покрытия 200 заряженных частиц, например электронов, заряжается электрическим зарядом, например положительным. Знаки зарядов первого и второго проводников совпадают, и они отталкиваются за счет электрического отталкивания одноименно заряженных зарядов. Форма первого проводника с выступами на краях создает минимум электрического поля на перпендикуляре к оси проводника, проходящей через его центр. Второй проводник оказывается в потенциальной яме сил отталкивания и стремится оказаться в положении с минимумом потенциальной энергии отталкивания, то есть на перпендикуляре к оси. Поскольку электрические емкости штанг много меньше емкости первого проводника, то их поля не могут существенно сдвинуть второй проводник из положения с минимумом потенциальной энергии отталкивания. Поэтому проводники отталкиваются друг от друга и между ними образуется зазор. Таким образом, проводники свободно висят за счет сил отталкивания, не касаясь друг друга, и удерживают на весу соединенные с первым проводником элементы ускорителя. Весь вес элемента ускорителя и проводников держат на весу изолирующие провода, соединенные со вторым проводником. Перед началом работы пружина 201 слабо прижимает проводники друг к другу так, чтобы ось одного оказалась между выступами другого. Предварительный заряд на первый и второй проводники можно нанести с помощью проводящего зажима, соединенного высоковольтным проводом с источником высокого напряжения. Зажим управляется манипулятором дистанционно. Несколько зажимов одновременно могут удерживать на весу элемент ускорителя, в то время как другие зажимы наносят заряды. При этом часть зажимов могут отодвигать первый уединенный проводник от второго так, чтобы между ними был зазор, и растягивать пружину. После подачи заряда на проводники через провод и зажим с источника, манипулятор убирает зажим в сторону. Заряды остаются на проводниках. Проводники начинают отталкиваться. Пружина растягивается сильнее. В тех местах, где дополнительные уединенные проводники соприкасаются, на поверхности, по крайней мере, одного из них выполнено из изолятора изолирующее покрытие. Подача заряда через зажим от источника нужна в том случае, когда проводники предварительно прижаты друг к другу и скорость поступления зарядов от элемента и от радиоактивного покрытия равна скорости утечки зарядов через изолирующие тросы. То, что расстояние от элемента ускорителя, соединенного с системой растяжки, до первого уединенного проводника более чем в пять раз превышает ширину элемента ускорителя, приводит к тому, что электрическое поле первого уединенного проводника превышает электрическое поле элемента ускорителя, соединенного с системой растяжки в зоне расположения второго уединенного проводника. Поэтому сила электрического отталкивания действует именно так, как было описано выше. То есть реализуется тот случай суперпозиции электрических полей, когда второй уединенный проводник сильнее отталкивается от первого уединенного проводника, чем от элемента ускорителя.
Система создания давления создает в трубах с жидкостью или газом давление, обеспечивающее напор жидкости или газа и движение жидкости или газа. Система создания давления может создавать давление с помощью насосов и турбин, выполненных вне вакуумной камеры. Система создания давления содержит, по крайней мере, одну турбину, выполненную вне вакуумной камеры. Система создания давления может содержать, по крайней мере, один нагреватель. Нагреватель может быть совмещен с термоядерным реактором, например с контуром охлаждения термоядерного реактора. Нагреватель может бать совмещен с автономными зарядными устройствами, содержащими радиоактивное покрытие с радиоактивным материалом. Система создания давления направляет жидкость или газ, прошедшие нагреватель, по трубам с жидкостью или газом на систему охлаждения.
Система охлаждения может быть выполнена двух типов. В первом варианте трубы с жидкостью или газом выполнены так, что часть трубы выполнена снаружи вакуумной камеры и часть внутри. Хладагент нагревается внутри вакуумной камеры элементами ускорителя, выходит по трубам с жидкостью или газом наружу и снаружи охлаждается. Потом возвращается внутрь и цикл повторяется.
Во втором варианте система охлаждения содержит верхнюю и нижнюю системы подачи хладагента, верхнюю и нижнюю системы приема хладагента, при этом верхняя система подачи хладагента выполнена на верхней внутренней поверхности изолирующей трубы, причем верхняя система приема хладагента выполнена снизу под системой подачи хладагента на верхней поверхности элемента ускорителя, удерживаемого на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя, кроме того, верхняя система приема хладагента соединена с трубами с жидкостью или газом, выполненными от верхней части элемента ускорителя до нижней части элемента ускорителя с возможностью охлаждения элемента ускорителя, а на нижней части элемента выполнена нижняя система подачи хладагента, соединенная с трубами с жидкостью или газом, причем на нижней поверхности вакуумной камеры выполнена нижняя система приема хладагента, соединенная с внешней частью системы охлаждения, выполненной вне вакуумной камеры, при этом система подачи и приема хладагента выполнены в виде герметичных камер с герметичными люками входа и выхода, и с герметичными клапанами на трубах с жидкостью или газом, кроме того, система подачи хладагента выполнена с возможностью наполнять герметичную емкость хладагентом, герметично закрывать герметичную емкость и сбрасывать вниз, а система приема хладагента выполнена с возможностью извлекать хладагент из герметичной емкости и направлять герметичную емкость вверх, причем хладагент выполнен с возможностью в рабочем интервале температур наполнять трубы с жидкостью или газом.
Системы подачи и приема хладагента содержат системы захвата, выполненные с возможностью захватывать летящие в их стороны герметичные емкости. Система захвата содержит стыковочное устройство. Система захвата захватывет летящие в их стороны герметичные емкости с помощью стыковочного устройства. По крайней мере, одна система подачи хладагента выполнена с возможностью бросать герметичную емкость. По крайней мере, одна система приема хладагента содержит катапульту. По крайней мере, одна система подачи хладагента содержит зарядное устройство, выполненное с возможностью заряжать герметичную емкость электрическим зарядом. По крайней мере, одна система приема хладагента содержит зарядное устройство, выполненное с возможностью заряжать герметичную емкость электрическим зарядом. По крайней мере, одна система захвата выполнена над элементом ускорителя, удерживаемым на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя. По крайней мере, одна система захвата выполнена под элементом ускорителя, удерживаемым на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя. По крайней мере, одна система захвата выполнена сбоку от элемента ускорителя, удерживаемым на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя. Герметичная емкость выполнена в виде цистерны с герметичным люком. Герметичная емкость выполнена в виде контейнера с герметичным люком.
Система охлаждения второго варианта работает следующим образом. Сверху с верхней системы подачи падает внутрь верхней системы приема герметичная емкость с хладагентом, при этом внутри герметичной емкости находится либо холодное твердое вещество, например литий или лед, либо холодная жидкость, например вода. Во внутренней части герметичной камеры системы приема хладагента хладагент нагревается, если хладагент твердый, то расплавляется, течет вниз по трубам с жидкостью или газом и охлаждает элемент ускорителя. В нижней части элемента ускорителя в системе подачи нагретого вещества упаковывается в герметичную емкость, а герметичная емкость, например контейнер или цистерна, сбрасывается в нижнюю систему приема хладагента, оттуда уже хладагент начинает транспортироваться внутри внешней части системы охлаждения.
После прохода герметичной емкости внутрь герметичной камеры системы приема или подачи, а также после выхода из герметичной камеры, герметичные люки закрываются. Всякий раз перед открытием герметичных люков с помощью вакуумных насосов внутри герметичной камеры дополнительно создается вакуум. В герметичной камере, соединенной со стенкой изолирующей трубы вакуумной камеры, вакуум создают вакуумные насосы, соединенные с герметичной камерой. Вакуумные насосы могут быть выполнены внутри герметичной емкости. В герметичной камере, соединенной с элементом ускорителя, удерживаемым на весу системой удержания на весу элементов ускорителя, вакуум создается вакуумными насосами, выполненными внутри герметичных емкостей. В этом случае сначала хладагент выкачивается внутрь трубы с жидкостью или газом обычным насосом для жидкости, входящим в систему создания давления. Затем герметичные клапаны трубы с жидкостью или газом перекрываются и вакуумный насос начинает закачивать внутрь герметичной емкости воздух из герметичной камеры, поскольку в момент перехода хладагента вакуум может ухудшаться. Потом герметичная емкость выбрасывается из герметичной камеры и заменяется новой.
Системы подачи и приема хладагента могут выстреливать герметичные емкости в боковом направлении и вверх несколькими способами. Первый способ. Зарядное устройство наносит на герметичную емкость электрический заряд. Если в это время герметичная емкость находится на элементе ускорителя, то это заряд того знака, которым заряжен элемент ускорителя, например положительный для положительно заряженного элемента. Если в это время герметичная емкость находится на изолирующей трубе вакуумной камеры, то это заряд противоположного знака, по отношению к знаку того заряда, которым заряжен элемент ускорителя, например отрицательный для положительно заряженного элемента. Второй способ. Катапульта выстреливает герметичную емкость. Третий способ. Герметичная емкость разгоняется на тележке с электромотором. Тележка резко останавливается и герметичная емкость вылетает. Вместо нее в сторону элемента ускорителя, удерживаемом на весу системой удержания, выстреливается другая герметичная емкость, предварительно наполненная охлажденным хладагентом. Другая герметичная емкость также ловится, но уже другой системой захвата с другим стыковочным устройством, установленным на элементе ускорителя. Герметичные емкости меняются местами и работа ускорителя продолжается. Выстреливать герметичные емкости проще всего тележкой. Герметичная емкость установлена на тележке с электромотором. Тележка разгоняется в горизонтальном направлении и резко тормозит. Герметичная емкость вылетает с нее, преодолевает зазор между элементом ускорителя и стенкой вакуумной камеры и приземляется на другую тележку, где захватывается системой захвата с помощью стыковочного устройства. Тележка с герметичной емкостью по инерции откатывается и за счет этого движения гасит кинетическую энергию прилетевшей герметичной емкости. Тележка может быть выполнена на рельсах.
После того как герметичная емкость оказывается в герметичной камере, хладагент из герметичной емкости извлекается, в герметичной камере создается вакуум и герметичная емкость либо выстреливается вверх или в боковом направлении, либо сбрасывается вниз.
Очень существенно то, что в этом варианте элементы ускорителя, удерживаемые на весу, могут не касаться стенок вакуумной камеры никакими соединенными с ними трубами с жидкостью или газом. Это идеальный вариант для системы растяжки. При реализации одновременно этих двух систем происходит бесконтактное удержание на весу полем и бесконтактное охлаждение перелетающими с элементов ускорителя на стенки вакуумной камеры и обратно герметичных емкостей с хладагентом. При одновременной реализации этих двух систем реально работать при максимальных напряженностях электрического поля и при минимальных линейных размерах устройства удержания на весу элементов ускорителя полем.
Например, в этом случае можно использовать вариант системы растяжки, при котором на обкладке внутреннего конденсатора выполнено автономное зарядное устройство, источник электронов и ускоритель электронов, при этом обкладка выполнена в виде проводящей пластины и не соединена с другой обкладкой конденсатора, а соединена с системой растяжки устройства удержания на весу элементов ускорителя. В этом случае пластина будет висеть так, что стенок вакуумной камеры не будет касаться никакой соединенный с ней элемент ускорителя. На пластине может быть выполнен мощный ускоритель электронов на большую энергию, например микротрон на энергию электронов 100 МэВ. При этом ускоритель Богданова без системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела, ускоряющий частицы до 10 ГэВ, содержит порядка 100 таких пластин, на которых выполнено в сумме 100 микротронов на 100 МэВ каждый. Расстояние между соседними пластинами в этом варианте 1 метр. Толщина пластины с микротроном и с автономным зарядным устройством может быть сделана 1 метр. Батарея выполненных последовательно внутренних конденсаторов, обкладками которых являются такие пластины, имеет высоту всего 200 метров (мы рассматриваем вертикальную установку внутрь вертикальной вакуумной камеры горизонтальных проводящих пластин). Поскольку расстояние до стенок вакуумной камеры 10 метров, то высота всего ускорителя 220 метров.
Ускоритель в этом случае работает следующим образом. Микротрон с каждой пластины ускоряет электроны в одном направлении, например вниз. Электроны долетают до соседней нижней обкладки и проникают в нижнюю обкладку, отдавая обкладке свой заряд. Электроны могут перелетать зазоры до тех пор, пока разность потенциалов между зазорами не достигнет 100 МэВ. Через какое-то время такая разность потенциалов будет создана между всеми соседними обкладками, а значит между крайними обкладками разность потенциалов будет равна сумме таких разностей потенциалов между всеми обкладками, составляющей 10 ГэВ.
Кроме использования ускорителя для реализации ионного термоядерного синтеза, ускоритель может использоваться для других за дач ускорительной техники. Например, ускоритель, снабженный системой дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела длиной 20 километров способен ускорять заряженные частицы до энергий порядка нескольких ТэВ. Это дает возможность организовать с его помощью синтез трансурановых элементов острова стабильности. Гипотетически, такие трансурановые элементы могут использоваться в двигательных установках НЛО.
Рассмотрим второй вариант конструкции ускорителя. Отличие от первой конструкции состоит в том, что автономное зарядное устройство содержит турбину, выполненную внутри трубы с жидкостью или газом. Турбина содержит турбогенератор, выполненный с возможностью выработки электроэнергии под напором потока жидкости или газа. Участок трубы, внутри которого выполнена турбина, покрыт экраном, выполненным из проводящего материала. Снаружи экрана выполнен источник электронов и ускоритель электронов. Турбогенератор электрически соединен с системой питания ускорителя электронов. Система питания покрыта экраном. Турбогенератор выполнен с возможностью выработки электроэнергии. Ускоритель электронов содержит эмиссионные катоды и ускоряющие электроды. Труба с жидкостью или газом соединена с нагревателем и с системой охлаждения. Нагреватель может быть выполнен в виде контура охлаждения термоядерного реактора.
Автономное зарядное устройство работает следующим образом. В трубе с жидкостью или газом жидкость или газ с силой давят на турбину и приводят ее во вращение. Во время вращения турбины турбогенератор вырабатывает электроэнергию. Электроэнергия подается на систему питания ускорителя электронов. Система питания ускорителя электронов подает импульсное высокое напряжение на источник электронов и на ускоритель электронов. Например, на эмиссионные катоды и на ускоряющие электроды. Источник электронов, например система эмиссионных катодов, подает электроны в ускоритель электронов, например в зазор между электродами. На электроды поступает высокое импульсное напряжение и ускоряет электроны. Электроны уносят с собой нескомпенсированный отрицательный заряд, и на автономном зарядном устройстве остается равный ему по модулю избыточный положительный заряд. Этот избыточный заряд распределяется по поверхности экрана. Внутри объема, ограниченного проводящим экраном, внешнее электрическое поле, в соответствии с теоремой Гауса, или равно нулю, или, поскольку в экране есть отверстия, по крайней мере, значительно ослаблено. Таким образом, экран уменьшает воздействие внешнего электрического поля на турбогенератор и на систему питания ускорителя электронов.
Такие автономные зарядные устройства выполнены на обкладках внутренних конденсаторов так, чтобы источник электронов и ускорители электронов были выполнены на нечетных поверхностях обкладок, считая от первой обкладки первого внешнего конденсатора. Автономные зарядные устройства за счет энергии, вырабатываемой турбогенератором, испускают электроны, ускоряют электроны и направляют их в зазор между обкладками внутреннего конденсатора так, чтобы поток ускоренных электронов был направлен от нечетной поверхности обкладки внутреннего конденсатора к четной поверхности другой обкладки внутреннего конденсатора. Также такие же автономные зарядные устройства выполнены и на системе удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем. Они расположены на таких же коротких изолирующих тросах, как и в предыдущем случае.
Третий вариант исполнения ускорителя. Турбины соединены с электростатическими генераторами. На обкладке внутреннего конденсатора выполнен электростатический генератор, соединенный с турбиной. Турбина выполнена внутри трубы с жидкостью или газом. Генератор выполнен с возможностью переносить заряды на другую обкладку.
В этом варианте турбина также приводится во вращение напором жидкости или газа и вращает вал, на котором выполнен транспортер электростатического генератора, например диэлектрическая, изолирующая лента. На одной обкладке выполнена система коронирующих острий или щеток, наносящих на поверхность транспортера электрический заряд одного знака. Транспортер движется и переносит заряд на другую обкладку. На другой обкладке система коронирующих острий или щеток снимает с транспортера электрический заряд этого знака и, возможно, наносит заряд другого знака. Электростатические генераторы выполнены на каждой обкладке внутреннего конденсатора и в большом количестве. Электростатические генераторы, действуя таким образом, переносят заряды между всеми обкладками всех внутренних конденсаторов, причем только в одну сторону. Такое перемещение зарядов постепенно наращивает потенциал первой обкладки первого внешнего конденсатора.
Четвертый вариант выполнения ускорителя. Вдоль батареи внутренних конденсаторов выполнена труба с жидкостью или газом, причем в жидкости или газе в виде взвеси находятся твердые частицы, при этом стенки трубы выполнены из чередующихся последовательно секций, состоящих из участков двух типов, электрически соединенных с обкладками конденсаторов, причем материал участка первого типа выполнен с возможностью заряжаться положительным зарядом при трении об него материала твердой частицы, а материал участка второго типа выполнен с возможностью заряжаться отрицательным зарядом при трении об него материала твердой частицы. При этом вокруг конденсаторов выполнены внешние электроды с отверстиями, электрически соединенные с участками первого типа, а также внешние электроды без отверстий и внутренние электроды, электрически соединенные с участками второго типа, причем внутренние электроды выполнены внутри внешних и на внешних поверхностях внутренних электродов выполнены эмиссионные катоды, а конденсаторы выполнены вокруг участков в виде проводящих цилиндров, при этом с участком второго типа со стороны одной обкладки внешнего конденсатора соединен внешний электрод без отверстий, а со стороны другой обкладки внутренний электрод, вдобавок внешний электрод с отверстиями выполнен между внешним электродом без отверстий и внутренним электродом так, чтобы между электродами был зазор, при этом внешний электрод с отверстиями выполнен в виде сетки с возможностью обеспечить возможность электронам свободно пролетать сквозь сетку, причем внешний электрод без отверстий одной обкладки электрически изолирован от внешнего электрода с отверстиями другой обкладки. Внутри трубы с жидкостью или газом выполнены вложенные друг в друга проводящие трубы, при этом между трубами выполнены зазоры с возможностью свободного прохода в зазоре жидкости или газа, причем трубы электрически соединены друг с другом и с конденсатором и покрыты изолирующим покрытием либо из материала первого участка, либо из материала второго участка.
В этом варианте поток жидкости или газа несет вдоль трубы с жидкостью или газом твердые частицы. Они трутся об стенки и электрически заряжают оба участка зарядами разных знаков. Создается разность потенциалов между внешними электродами с отверстиями и внутренними электродами. Внутренние электроды нагреваются от трения по поверхности трубы с жидкостью или газом твердых частиц. Происходит тепловая эмиссия электронов с поверхности эмиссионных катодов. Электроны ускоряются электрическим полем, действующим между внешним электродом с отверстиями и внутренним электродом, пролетают межэлектродный зазор сквозь отверстия внутреннего электрода с отверстиями и внутренним электродом, пролетают межэлектродный зазор сквозь отверстия внутреннего электрода с отверстиями и попадают на внешний электрод без отверстий. Обкладки внутренних конденсаторов выполнены в виде электрически изолированных друг от друга цилиндров, выполненных вокруг участков первого и второго типа по отдельности. Перемещаясь таким образом, электроны переносятся между обкладками, соединенными с участками второго типа от первой обкладки внешнего конденсатора вдоль всей цепочки внутренних конденсаторов. Вдоль всей внутренней поверхности трубы с жидкостью или газом выполнены выступы, полоски, канавки и ответвления труб меньшего диаметра с целью увеличить площадь контакта участков первого и второго типа с жидкостью или газом.
Пятый вариант исполнения ускорителя. На поверхности обкладки внутреннего конденсатора, обращенной к одной обкладке внутреннего конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, а на другой поверхности обкладки - эмиссионных катодов нет, причем эта поверхность покрыта материалом с работой выхода более 4 эВ. Вокруг внутренних конденсаторов выполнены индукционные катушки. Индукционные катушки могут быть выполнены в двух вариантах. Они либо подвешены на изолирующих тросах вместе с батареей внутренних конденсаторов, либо они выполнены на внутренней поверхности изолирующей трубы. В первом варианте питание индукционной катушки поступает от автономного зарядного устройства, выполненного либо с радиоактивным веществом, либо с турбогенератором. Во втором случае питание может поступать либо от автономного зарядного устройства, либо от внешнего источника питания, выполненного снаружи вакуумной камеры.
На индукционные катушки подаются импульсы напряжения различной полярности. При изменении магнитного поля катушки возникает индукционное электрическое поле, направленное перпендикулярно обкладкам внутреннего конденсатора, ускоряющее с поверхности эмиссионных катодов электроны, испущенные в ходе тепловой эмиссии. При этом, когда поле ускоряет эмиссионные электроны в сторону соседней обкладки, электроны ускоряются и пересекают зазор между обкладками. При этом между обкладками внутреннего конденсатора течет ток и вдоль всей цепочки внутренних конденсаторов течет электрический ток. Когда поле направлено в противоположную сторону, испущенные с поверхности катодов тепловые электроны ускоряются в направлении той обкладки, с поверхности которой они были испущены. Поэтому эти электроны не могут преодолеть зазор между обкладками. С другой поверхности другой обкладки ток пренебрежимо мал, поскольку материал этой поверхности имеет работу выхода более 4 эВ. Поток электронов, испущенных с этой поверхности имеет плотность, по крайней мере, на несколько порядков меньше тока в обратном направлении и, поэтому, существенного влияния на перенос зарядов оказать не может.
Шестой вариант исполнения ускорителя. Вдоль батареи внутренних конденсаторов выполнены колебательные контуры. При этом колебательный контур выполнен около обкладки внутреннего конденсатора и содержит конденсатор и катушку индуктивности. Конденсатор контура может быть либо совмещен с внутренним конденсатором, либо обкладки конденсатора контура могут быть выполнены в виде плоских колец вокруг внутреннего конденсатора. Обкладки внутренних конденсаторов выполнены в виде параллельных пластин. На поверхности пластины, обращенной к последней обкладке внешнего конденсатора выполнены эмиссионные катоды, а на поверхности обкладки, обращенной к первой обкладке внешнего конденсатора, эмиссионных катодов нет и эта поверхность покрыта материалом с работой выхода более 4 эВ.
Ось катушки индуктивности перпендикулярна обкладке внутреннего конденсатора. Колебательный контур может быть выполнен в двух вариантах. Он либо подвешен вместе с внутренними конденсаторами на изолирующих тросах, либо выполнен на внутренних стенках изолирующей трубы вакуумной камеры. В обоих случаях питание колебательному контуру может поступать от автономных зарядных устройств. Автономные зарядные устройства могут быть либо с радиоактивным покрытием, либо устройства могут быть с турбогенератором. Если колебательный контур выполнен на внутренних стенках изолирующей трубы, то он может получать энергию от внешнего источника питания. Колебательные контуры работают в разных фазах так, чтобы в соседних контурах не были одновременно заряжены конденсаторы, находящиеся в одинаковой фазе работы колебательного контура. Другими словами, обязательно, чтобы соседние конденсаторы были в парных фазах работы колебательного контура. Когда энергия контура находится в конденсаторе контура (в электрическом поле), то контур ускоряет электроны, испущенные в ходе тепловой эмиссии в том случае, если поле конденсатора контура ускоряет электроны в направлении от первой обкладки внешнего конденсатора к последней обкладке. Это электрическое поле, направленное перпендикулярно обкладкам внутреннего конденсатора, ускоряет с поверхности эмиссионных катодов электроны, испущенные в ходе тепловой эмиссии. При этом, когда поле ускоряет эмиссионные электроны в сторону соседней обкладки, электроны ускоряются и пересекают зазор между обкладками. При этом между обкладками внутреннего конденсатора течет ток. Когда поле направлено в противоположную сторону, испущенные с поверхности катодов тепловые электроны ускоряются в направлении той обкладки, с поверхности которой они были испущены. Поэтому эти электроны не могут преодолеть зазор между обкладками. С другой поверхности другой обкладки зазора ток пренебрежимо мал, поскольку материал этой поверхности имеет работу выхода более 4 эВ. Поток электронов, испущенных с этой поверхности имеет плотность, по крайней мере, на несколько порядков меньше тока в обратном направлении и поэтому существенного влияния на перенос зарядов оказать не может. Катушка индуктивности ускоряет электроны, испущенные с поверхности эмиссионных катодов за счет тепловой эмиссии с помощью индукционного электрического поля, возникающего во время изменения магнитного поля. Процесс ускорения идет так же, как и для пятого варианта исполнения ускорителя, который был описан выше.
Внешний источник питания может быть выполнен в двух вариантах. В первом варианте это источник переменного электрического тока. Ток подается на колебательный контур по проводам. Провода в этом случае состоят из коротких отрезков, соединенных между собой посредством конденсаторов и катушек индуктивности, выполненных с возможностью менять ток в обмотках за счет взаимной индукции. Между обкладками конденсаторов и катушками со взаимной индукцией выполнен зазор, в котором поддерживается вакуум. Во втором варианте около изолирующей трубы выполнен источник электромагнитного излучения. На внутренней поверхности изолирующей трубы выполнен волновод и выходное отверстие источника электромагнитного излучения. Волновод, например, может содержать проводящие кольца электрически изолированные друг от друга, ось которых совпадает с осью изолирующей трубы, а расстояние между кольцами меньше длины волны электромагнитного излучения источника электромагнитного излучения. Параметры волновода согласованы с параметрами источника электромагнитного излучения так, чтобы вдоль волновода это излучение могло распространяться. Длина волны излучения от 1 м до 30 м. Колебательный контур выполнен так, что частота волны электромагнитного излучения является его резонансной частотой.
Ускоритель в этом варианте работает следующим образом. Электромагнитное излучение вводится внутрь волновода, возбуждает резонансные колебания колебательных контуров и передает им энергию. Колебательный контур, работающий на одной резонансной частоте, ускоряет электроны от одной обкладки внутреннего конденсатора к другой обкладке внутреннего конденсатора. Цепочка колебательных контуров ускоряет электроны вдоль всей цепочки внутренних конденсаторов и вызывает перенос зарядов между обкладками внешнего конденсатора.
Седьмой вариант исполнения ускорителя. Около изолирующей трубы выполнен источник электромагнитного излучения, а на внутренней поверхности изолирующей трубы выполнен волновод с возможностью ввода внутрь волновода излучения и распространения излучения вдоль волновода. На стенках волновода между обкладками внешнего конденсатора выполнен Богданова автоэлектронный модулятор электромагнитного излучения [10] , содержащий внешний конденсатор, причем между обкладками внешнего конденсатора выполнена батарея внутренних конденсаторов, обкладки которых выполнены в виде параллельных пластин, при этом на поверхности пластин, обращенных к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, а на поверхности, обращенной к другой обкладке, эмиссионных катодов нет, причем расстояние между пластинами много меньше длины волны электромагнитного излучения. Обкладки соединены друг с другом изолирующими прокладками.
Ускоритель в этом варианте работает следующим образом. Электромагнитное излучение поступает внутрь волновода, распространяется вдоль него и падает на боковые торцы обкладок внутренних конденсаторов, нагревая эмиссионные катоды. При этом с поверхности эмиссионных катодов начинается тепловая электронная эмиссия. Электрическое поле волны в одной определенной фазе ускоряет электроны в сторону от первой обкладки внешнего конденсатора. В этой фазе электроны, вылетевшие с эмиссионных катодов, успевают преодолеть зазор между обкладками, и вдоль цепочки внутренних конденсаторов течет электрический ток. В другой фазе, отличной от предыдущей на полпериода, электрическое поле волны уже тормозит электроны, вылетевшие с поверхности эмиссионных катодов, и возвращает их на катоды. Тока при этой фазе вдоль цепочки внутренних конденсаторов нет.
На выходе излучателя электромагнитного излучения может быть выполнен поляризатор. В этом случае электромагнитное излучение падает на торцы обкладок внутреннего конденсатора так, чтобы плоскость колебаний электрического вектора волны была перпендикулярна обкладке.
Восьмой вариант исполнения ускорителя. Автономное зарядное устройство содержит индуктивный накопитель энергии, систему коммутации энергии, эмиссионные катоды и ускоритель электронов, причем индуктивный накопитель энергии выполнен в виде многовитковой магнитной катушки Богданова, выполненной но основе магнитной катушки Богданова [11], содержащей, по крайней мере, одну, пару одинаковых сверхпроводящих обмоток, выполненных одна вдоль другой и запитанных токами противоположных направлений, причем катушка содержит, по крайней мере, одну секцию, содержащую либо более двух витков пары обмоток, либо более двух пар обмоток, выполненных одна вдоль другой и запитанных токами противоположных направлений. Автономное зарядное устройство выполнено на обкладке внутреннего конденсатора.
Ускоритель в этом варианте работает следующим образом. В магнитной катушке запасена энергия, определяемая по следующей формуле расчета энергии в многовитковой катушке [12]:
Wm= 1/2∑LkI
где k,i - номера контуров, ограниченных витками катушки,
Lk - индуктивность k-го контура,
Mki - взаимная индуктивность k-го и i-го контуров,
Ik, Ii - сила электрического тока k-го и i-го контуров.
В этой формуле первый член представляет собой сумму собственных энергий всех токов. Второй член представляет собой взаимную энергию токов.
В случае, если витки обмоток с противоположным направлением токов запитываются током одновременно так, чтобы сила тока в витках была примерно все время одинаковой, то суммарное поле катушки при большом числе витков стремится к нулю, поэтому стремятся к нулю радиальные напряжения и индукционные токи, препятствующие запитке, и плотность тока в катушке можно значительно увеличить. Поэтому первый член может быть значительно выше, чем в существующих на сегодняшний день магнитных катушках. Второй член при росте числа витков с противоположным направлением токов резко уменьшается, поскольку увеличение тока в витке обмотки одного направления тока, назовем эту обмотку основной обмоткой, вызывает увеличение тока в витке обмотки другого направления тока, назовем эту обмотку дополнительной, и вызывает уменьшение тока в других витках основных обмоток. Поэтому члены с взаимной индукцией витков одного направления тока входят в формулу с одним знакам, а члены с взаимной индукцией токов противоположных направлений в витках обмоток входят с противоположным знаком. Эти слагаемые в результате взаимно уменьшают друг друга и сумма уменьшается. Второй член уменьшается, становится намного меньше первого члена. Поэтому основной вклад в энергию магнитной катушки Богданова дает именно первый член, равный сумме собственных энергий токов.
Существует способ запитки магнитной катушки энергией, при которой магнитная катушка полностью находится в свехпроводящем состоянии с помощью Богданова автоэлектронного модулятора электромагнитного излучения [10].
При запитке электромагнитная волна из излучателя электромагнитных волн направляется на Богданова автоэлектронный модулятор электромагнитного излучения и модулируется так, что отраженная волна становится линейно поляризованной и в каждой точке пространства имеет электрическое поле, вектор которого в каждой точке пространства направлен только в одном направлении.
Необходимо подчеркнуть еще раз. Речь идет именно о направлении вектора электрического поля в конкретную сторону. Модулированная волна имеет поле, которое в конкретной точке пространства имеет только одно направление, изменяясь только по амплитуде.
Отраженная волна направляется в один волновод, на одной из стенок которого и на противоположной ей стенке выполнены участки основной обмотки магнитной катушки Богданова. Другой излучатель электромагнитных волн направляет свое излучение на другой автоэлектронный модулятор и отраженная от него волна направляется в другой волновод, на одной из стенок которого и на противоположной ей выполнены участки дополнительной обмотки магнитной катушки Богданова.
Основная и дополнительная обмотки катушки на участках, находящихся на стенках волновода, выполнены так, чтобы электромагнитная волна в волноводе, падая на них, за счет эффекта Мейснепа полностью от них отражалась. Параметры волновода так согласуются с углом падения волны на модулятор, что отраженная волна падает на стенки с обмотками катушки с таким направлением вектора электрического поля, что на поверхности обмоток вектор направлен преимущественно в сторону вектора плотности тока в обмотках. Это позволяет запитывать магнитную катушку, находящуюся полностью в сверхпроводящем состоянии. При этом возможно достичь плотности тока коротких образцов порядка 
Если при этом конструктивная плотность тока меньше в 3 раза, то это дает возможность запитывать в магнитную катушку Богданова весом 2500 кг порядка 1000 ГДж энергии. Эта энергия потом может быть использована для работы выполненного на обкладке внутреннего конденсатора ускорителя электронов, в качестве которого можно использовать микротрон.
Коммутация запасенной энергии и вывод ее из магнитной катушки Богданова происходит следующим образом.
Сверхпроводящие обмотки устройством коммутации на небольших участках нагреваются, переходят на участках в нормальное состояние и одновременно небольшими порциями импульсами выделяют на токовводы во время коммутации запасенную в них энергию. Энергия выводится одновременно с основной и с дополнительной обмоток так, чтобы сила тока в одной из них все время была равна силе тока в другой. Энергия поступает в ускоритель электронов. Электроны ускоряются в направлении другой обкладки в направлении от первой обкладки к последней. Процесс происходит на всех внутренних конденсаторах, и вдоль батареи внутренних конденсаторов течет электрический ток. При этом происходит перенос заряда. Охлаждение магнитной катушки может происходить также трубами с жидкостью или газом с тем отличием, что по этим трубам циркулирует жидкий азот и жидкий гелий, или их пары.
После того как энергия магнитной катушки будет использована, магнитная катушка вместе с криостатом снимается с обкладки конденсатора и выстреливается в сторону стенки вакуумной камеры. На стенке вакуумной камеры она захватывается системой захвата с помощью стыковочного устройства и ее снова запитывают магнитной энергией. Вместо нее в сторону элемента ускорителя, удерживаемом на весу системой удержания, выстреливается другая магнитная катушка, предварительно запитанная энергией. Другая катушка также ловится, но уже другой системой захвата с другим стыковочным устройством, установленном на элементе ускорителя. Катушки меняются местами и работа ускорителя продолжается. Выстреливать катушки проще всего тележкой. Магнитная катушка установлена на тележке с электромотором. Тележка разгоняется в горизонтальном направлении и резко тормозит. Магнитная катушка вылетает с нее, преодолевает зазор между элементом ускорителя и стенкой вакуумной камеры и приземляется на другую тележку, где захватывается системой захвата с помощью стыковочного устройства. Тележка с магнитной катушкой по инерции откатывается и за счет этого движения гасит кинетическую энергию прилетевшей магнитной катушки. Тележка может быть выполнена на рельсах.
Девятый вариант выполнения ускорителя. Обкладки внутреннего конденсатора выполнены в виде сегментов фигур вращения, ось которых лежит на оси, проходящей через точку расположения мишени. При этом на поверхности обкладки внутреннего конденсатора, обращенной к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, а на другой поверхности эмиссионных катодов нет.
Ускоритель для этого варианта работает так же, как и было описано ранее. Отличие заключается в том, что перенос зарядов происходит вдоль оси, проходящей через центры сегментов. Вариант используется в случае, если ускоритель установлен в драйвере с другими ускорителями.
Десятый вариант выполнения ускорителя. Обкладки внутренних конденсаторов выполнены в виде фигур вращения, вложенных одна в другую, при этом ось фигур вращения проходит через точку расположения мишени. На поверхности обкладки внутреннего конденсатора, обращенной к одной обкладке внешнего конденсатора, выполнены эмиссионные катоды, а на другой стороне обкладки эмиссионных катодов нет.
В этом варианте исполнения устройство, вызывающее перемещение зарядов, может быть выполнено одно для всех ускорителей драйвера. Перенос зарядов осуществляется теми же способами, что и были описаны ранее.
Одиннадцатый вариант исполнения ускорителя. Обкладка внутреннего конденсатора соединена, по крайней мере, с тремя изолирующими тросами и выполнена с возможностью удержания изолирующими тросами на весу без контакта с другими обкладками. Изолирующие тросы, в свою очередь, удерживаются на весу устройством удержания на весу элементов ускорителя. На обкладке выполнено автономное зарядное устройство. В качестве такого устройства может использоваться автономное зарядное устройство с радиоактивным покрытием, с индуктивным накопителем энергии или с турбогенератором.
В этом варианте ускоритель работает следующим образом. Ускорители электронов ускоряют электроны и перебрасывают их с одной обкладки внутренних конденсаторов на другую так, чтобы вдоль батареи подвешенных на изолирующих тросах внутренних конденсаторов тек электрический ток.
В этом варианте исполнения ускорителя можно создать более высокую напряженность электрического поля между обкладками внутренних конденсаторов и, за счет этого, уменьшить длину цепочки внутренних конденсаторов.
Двенадцатый вариант выполнения ускорителя. Ускоритель содержит дополнительную систему ускоряющих электродов, выполненную между основным уединенным проводником и точкой расположения мишени, и дополнительное устройство, вызывающее перемещение зарядов. При этом дополнительное устройство, вызывающее перенос зарядов, содержит внутренние конденсаторы, обкладки которых выполнены либо в виде сегментов фигур вращения, ось которых лежит на оси, проходящей через точку расположения мишени, либо в виде фигур вращения с общей осью вращения, выполненных одна в другой, ось которых проходит через точку расположения мишени, причем дополнительное устройство, вызывающее перенос зарядов, выполнено с возможностью переносить электроны в направлении от основного уединенного проводника к точке расположения мишени, а наиболее удаленная от точки расположения мишени обкладка дополнительного устройства электрически соединена с основным уединенным проводником, при этом дополнительные электроды совпадают с обкладками внутренних конденсаторов дополнительного устройства, вызывающего перенос зарядов, и в обкладках на оси ускорителя выполнены сквозные отверстия.
Ускоритель в этом варианте исполнения работает следующим образом. Система подачи ускоряемого рабочего тела подает для ускорения ускоряемое рабочее тело, например макроскопическую частицу или пленку. Частица или пленка электрически заряжается и ускоряется в зазоре между электродами 122, 123, как было описано выше. Затем предварительно ускоренная частица или пленка попадает в зазоры между дополнительными электродами, поле между которыми создается дополнительным устройством, вызывающим перенос зарядов. Дополнительное ускорение в этих зазорах позволяет дополнительно ускорить ускоряемое рабочее тело.
Ускоритель может содержать основной конденсатор, внутри которого практически весь объем занят автономным зарядным устройством. Это позволяет увеличить импульс ускорителя электронов.
Ускоритель может ускорять отрицательно заряженные частицы, например отрицательные ионы, электроны и отрицательно заряженные макроскопические частицы или пленки. В этом случае элементы ускорителя выполнены так, чтобы увеличивать отрицательный потенциал на основном уединенном проводнике. Ничего принципиально нового для этого не требуется. Просто устройство, вызывающее перенос зарядов, выполнено с возможностью направлять электроны в сторону основного уединенного проводника. Этого можно добиться теми же составными частями ускорителя, но расположенными по-другому. Например, выступы с радиоактивным покрытием могут быть выполнены на поверхностях обкладок внутренних конденсаторов, обращенных в сторону от первой поверхности первой обкладки, то есть на нечетных поверхностях, а выступы без радиоактивного покрытия могут быть выполнены на поверхностях, обращенных в сторону первой обкладки, то есть на четных поверхностях.
Цилиндры 78, 79 могут содержать магниты, выполненные вдоль всей длины цилиндра, при этом между изолирующим покрытием и магнитом выполнен слой диамагнетика. Это надо для того, чтобы при ускорении цилиндра в ускоряющем стволе магнит не перенамагнитился заново сильным магнитным полем, возникающем при ускорении цилиндра в ускоряющем стволе.
Плюсовой уединенный проводник и основной уединенный проводник выполнены в различных изолирующих трубах так, что подвешены в них и не касаются стенок вакуумной камеры. Плюсовой уединенный проводник и основной уединенный проводник электрически соединены друг с другом проводящим соединением 58. На передней поверхности цилиндра может быть выполнено из мягкого материала проводящее покрытие, электрически изолированное от покрытия, выполненного на боковой поверхности цилиндра и электрически соединенное с выступом. Это надо для того, чтобы при столкновении лобовой поверхности цилиндра с ограничителем более эффективно происходило перетекание заряда на выступ цилиндра и на систему размещения ускоряемого рабочего тела.
Прорезь соединена с отверстием, выполненным во внешней оболочке основного уединенного проводника, при этом отверстие выполнено ниже прорези и ширина отверстия превышает ширину прорези.
Во внешней оболочке основного уединенного проводника выполнено отверстие, при этом отверстие выполнено на оси ускорителя, причем вокруг отверстия выполнена пружина так, что одним концом пружина соединена с оболочкой, а другим концом с проводящим кольцом, причем ось кольца совпадает с осью ускорителя.
Возможен другой вариант системы подачи ускоряемого рабочего тела. В этом варианте во внешней оболочке основного уединенного проводника выполнено отверстие, при этом отверстие выполнено на оси ускорителя, причем вокруг отверстия выполнена пружина так, что одним концом пружина соединена с оболочкой, а другим концом с проводящим кольцом, причем ось кольца совпадает с осью ускорителя. Радиус внутреннего отверстия кольца превышает радиус основания выступа цилиндра, но меньше радиуса цилиндра. Проводящее кольцо соединено с пружиной с помощью шарикоподшипника с возможностью вращаться вокруг оси. Пружины с кольцами установлены на транспортер. Транспортер соединен с шаговым двигателем.
Система работает следующим образом. Транспортер перед пуском ускоряемого рабочего тела устанавливает кольцо с пружиной так, чтобы ось ускорителя совпадала с осью кольца. Цилиндр ускоряется в ускоряющем стволе и направляется на кольцо. Сталкивается с кольцом. Пружина растягивается. Выступ цилиндра оказывается над внешней оболочкой основного уединенного проводника и на выступ действует электрическое поле зазора между электродами 122 и 123. Электрическое поле действует на ускоряемое рабочее тело. Оно отделяется от выступа и продолжает ускоряться самостоятельно. Преимущество этого варианта перед первым вариантом в том, что увеличено время в течение которого заряд может перетекать на поверхность выступа цилиндра. Увеличение времени происходит за счет амортизации пружины. Пружина растягивается дольше, чем длится время столкновения цилиндра с ограничителем.
Пружина растягивается. Возникает сила, стремящаяся вернуть пружину в исходное состояние. Растянутая пружина действует на цилиндр и отбрасывает его назад. Система сброса направляет цилиндр в систему сбора.
После одного пуска шаговый двигатель перемещает транспортер, транспортер перемещает новое кольцо с пружиной на ось ускорителя. Это надо для замены кольца. Замена кольца нужна либо для охлаждения кольца с пружиной, либо по той причине, что на кольце может вспыхнуть электрическая дуга и часть кольца расплавится.
Внутри кольца может быть выполнен маховик с электромотором. В этом случае электромотор вращает маховик так, чтобы кольцо вращалось, причем ось вращения маховика совпадает с осью вращения цилиндра и с осью ускорителя. Вдобавок скорость вращения маховика и кольца может быть синхронизирована со скоростью вращения цилиндра. Это надо для того, чтобы процесс столкновения вращающегося цилиндра с кольцом происходил более плавно. После столкновения цилиндра с кольцом они будут вращаться с одной скоростью и это улучшит перетекание заряда на кольцо и на выступ цилиндра.
Около кольца со стороны центральной части основного уединенного проводника может быть выполнен боек и ударный механизм, выполненный с возможностью ударять по кольцу, при этом в центре кольца выполнена система размещения вещества ускоряемого рабочего тела.
Боек ударяет по вращающемуся кольцу, кольцо выдвигается над поверхностью основного уединенного проводника, и на ускоряемое рабочее тело начинает действовать электрическое поле межэлектродного зазора. Ускоряемое рабочее тело отделяется от системы размещения ускоряемого рабочего тела и ускоряется в зазоре электрическим полем. После этого транспортер подает под боек новое вращающееся кольцо с системой размещения ускоряемого рабочего тела.
Система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела может содержать волоконно-оптические линии задержки, соединяющие коммутаторы с системой пуска драйвера и с плюсовыми и минусовыми конденсаторами и уединенными проводниками.
В этом случае запуск системы дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела происходит системой пуска драйвера. Эта система передает синхронно на различные ускорители драйвера сигналы по волоконно-оптическим линиям связи, которые образуют волоконно-оптические линии задержки. Сигналы приходят на коммутаторы с заранее рассчитанным опозданием, включают коммутаторы и коммутаторы поочередно синхронно соединяют плюсовые и минусовые уединенные проводники с секциями коаксиальных электродов вдоль траектории движения ускоряемого рабочего тела вдоль оси ускорителя. Момент включения согласован со временем прохождения вдоль конкретной определенной секции ускоряемого рабочего тела.
Система дополнительного увеличения энергии ускоряемого рабочего тела может содержать датчики прохождения ускоряемого рабочего тела вдоль оси ускорителя. При этом датчики соединены с системой включения коммутаторов, а коммутаторы выполнены на плюсовых и минусовых конденсаторах, причем коммутатор соединен через линию задержки с секцией коаксиальных электродов.
Датчики фиксируют прохождение ускоряемого рабочего тела вдоль конкретной секции и подают сигнал об этом на устройство включения коммутаторов. Устройство включения коммутаторов включает коммутаторы, коммутаторы включаются и соединяют минусовые и плюсовые уединенные проводники с секциями коаксиальных электродов синхронно и согласованно со временем прохождения через определенные секции ускоряемого рабочего тела. Секции заряжаются электрическими зарядами и ускоряют ускоряемое рабочее тело.
Система удержания на весу элементов ускорителя электрическим полем содержит, по крайней мере, три системы растяжки, выполненные с возможностью тянуть элемент ускорителя в разные стороны, в том числе и вдоль вертикали, при этом, по крайней мере, одна система растяжки 202 выполнена над элементом и, по крайней мере, одна система растяжки 203 выполнена под элементом. По крайней мере, две системы растяжки 203, 204 выполнены по разные стороны от вертикали, проходящей через элемент.
Три системы растяжки 202, 203, 204 тянут в разные стороны и удерживают элемент на весу.
Источники информации
1. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. М.,1981.
2. Дюдерштадт Дж., Мозес Г. Инерциальный термоядерный синтез. Пер. с англ. М., 1984, стр. 18.
3. Дюдерштадт Дж., Мозес Г. Инерциальный термоядерный синтез. Пер. с англ. М., 1984, стр. 20.
4. Дюдерштадт Дж., Мозес Г. Инерциальный термоядерный синтез. Пер. с англ. М., 1984, стр. 225.
5. Дюдерштадт Дж., Мозес Г. Инерциальный термоядерный синтез. Пер. с англ. М., 1984, стр. 226.
6. Дюдерштадт Дж., Мозес Г. Инерциальный термоядерный синтез. Пер. с англ. М., 1984, стр. 223.
7. Дюдерштадт Дж., Мозес Г. Инерциальный термоядерный синтез. Пер. с англ. М., 1984, стр. 227.
8. Дюдерштадт Дж., Мозес Г. Инерциальный термоядерный синтез. Пер. с англ. М., 1984, стр. 220.
9. Физическая энциклопедия, том 5, М., 1998, стр. 593.
10. Богданов И.Г. Богданова автоэлектронный модулятор электромагнитного излучения. Патент 2095897. Приоритет изобретения 24 августа 1994 г.
11. Богданов И.Г. Магнитная катушка Богданова. Патент 2123215. Приоритет от 19.09.97 г.
12. Яворский Б.М., А.А. Детлаф. Справочник по физике. 1996, стр. 283.
Изобретение относится к ускорительной технике, а конкретнее к ускорителям, применяемым для осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза. Ускоритель содержит систему питания, магнитную катушку, вакуумную камеру, систему фокусировки, ускоряющие электроды, систему подачи ускоряемого рабочего тела, по крайней мере, один конденсатор, высоковольтный генератор, содержащий устройство, вызывающее перенос зарядов. Ускоритель содержит также уединенный проводник, причем внутри проводника выполнен источник ускоряемого рабочего тела, вакуумная камера содержит стенки, выполненные из изолятора в виде изолирующих труб, а в камере выполнено устройство удержания на весу элементов ускорителя, содержащее выполненный из изолятора внутри, по крайней мере, одной трубы, по крайней мере, один изолирующий трос с возможностью находиться внутри камеры на весу, не касаясь стенок вакуумной камеры ни в какой точке, кроме точки соединения с камерой своего конца, причем устройство, вызывающее перемещение зарядов, содержит, по крайней мере, один внешний конденсатор и батарею соединенных последовательно внутренних конденсаторов, выполненных внутри вакуумной камеры. Технический результат - увеличение энергии ускоряемых частиц и обеспечение возможности работы с частотой повторения импульсов от 1 до 10 Гц. 157 з.п. ф-лы, 25 ил.
| Ускоритель прямого действия | 1973 |
|
SU486628A1 |
| ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР | 1995 |
|
RU2100849C1 |
| RU 95102060 А1, 27.12.1996 | |||
| RU 9401342 A1, 10.07.1996 | |||
| ТОРОИДАЛЬНАЯ ТЕРМОЯДЕРНАЯ УСТАНОВКА С ВЫТЯНУТЫМ СЕЧЕНИЕМ ПЛАЗМЫ | 1992 |
|
RU2029996C1 |
| Устройство для изготовления массивных шин | 1983 |
|
SU1177171A1 |
| US 4639348 A, 27.01.1987 | |||
| US 4381280 A, 26.04.1983. | |||
