СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЯДЕРНЫХ И ТЕРМОЯДЕРНЫХ МИКРОВЗРЫВОВ Российский патент 2004 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к физико-техническим процессам получения и преобразования высоких энергий и касается способа преобразования получаемой энергии ядерных и термоядерных микровзрывов, например, энергии излучения радиоактивного источника в световую энергию, а также может быть использовано в процессах переработки и дезактивации радиоактивных отходов в техногенных процессах.

В настоящее время известны принципиальные направления решений этой важной энергетической проблема уходящего и вскоре наступающего исторических веков человеческой деятельности, из которых наиболее представительным можно считать способ получения ядерных и термоядерных микровзрывов, включающий облучение в реакторном пространстве установки мишеней с ядерным топливом, направленное ориентирование потока медленных линейных протонов, имеющих характеристики преимущественно в пределах менее 1 мэВ, преобразование энергии протонов в энергию нейтронов, последующее преобразование этой энергии в тепловую или световую /1/.

Существенным и очевидным недостатком этого способа получения ядерных и термоядерных реакций микровзрывов является высокая энергоемкость процесса при крайне низкой эффективности преобразования и получения конечного вида энергии, что ставит этот способ в ряд малоперспективных для научного и практического использования в процессах получения и преобразования энергий.

Наиболее близким по технической и физико-технологической сущности по отношению к предлагаемому способу является способ получения ядерных и термоядерных микровзрывов, включающий фокусирование, в реакционной зоне реактора на мишень потока медленных линейных нейтронов, имеющих характеристики в пределах менее 1 мэВ /2/, где в качестве высокоэнергетического рабочего агента используют излучение мощного лазера.

Такой способ более эффективен только при осуществлении поисковых и экспериментальных процессов получения и преобразования энергии ядерных и термоядерных микровзрывов.

Однако этот способ малоэффективен и непроизводителен при осуществлении процессов получения постоянных и репрезентативных потоков энергии, имеющих устойчивые физические характеристики, что является существенным недостатком известного способа получения ядерных и термоядерных микровзрывов и существенно ограничивает область использования данного способа, исключая его эффективное практическое использование в данной сфере деятельности.

Технический и физико-технологический результат предлагаемого изобретения заключается в существенном повышении эффективности способа получения ядерных и термоядерных микровзрывов за счет увеличения удельной плотности энергетического потока, повышения представительности и репрезентативности получаемого энергетического потока, повышения надежности всего процесса получения указанных микровзрывов для практического использования.

Указанного технического результата достигают в способе получения ядерных и термоядерных микровзрывов в реакторе, включающем фокусирование на мишень потока медленных линейных нейтронов за счет выбора мишени калиброванного объема и калиброванной формы, на вещество этой мишени в реакторе фокусируют поток линейных нейтронов с заданными энергетическими характеристиками и плотностью потока и создают в структуре вещества лавинообразный поток нейтронов значительной плотности, достаточной для развития и поддержания непрерывной цепной реакции за счет заданной таким образом критической плотности нейтронов со значительным эффективным сечением захвата нейтронов ядрами делящегося вещества и высокой плотностью нейтронов в указанном калиброванном объеме мишени реактора, с помощью которых создают переход ядерной реакции в термоядерную при непрерывном росте плотности нейтронов в калиброванном объеме мишени реактора.

При этом фокусирование на мишени потока медленных линейных нейтронов осуществляют за счет преломления кольцевого нейтронного потока, охватывающего реакционное пространство, при этом кольцевой нейтронный поток формируют коаксиальным расположением излучателей этого потока.

Предпочтительно отвести полученный продукт реакции из калиброванного объема мишени для непосредственного использования, например для генерирования направленного излучения (светового потока или ионизированного потока и т.п.).

Описываемый способ получения ядерных и термоядерных микровзрывов исследован по своей совокупности существенных признаков на соответствие критериям изобретения, в том числе на соответствие уровню решенной физико-технической задачи. При этом во внимание были приняты источники информации в данной и родственных областях техногенной деятельности человека, а также то условие, что все существенные признаки заявляемого изобретения находятся в единой и неразрывной связи и направлены в своей совокупности на достижение единого технического результата.

Так, в источниках /3, 4, 6 и 7/, выявлены отдельные признаки: использование потока электронов или использование потока протонов для облучения мишени и провоцирования реакции генерирования энергии; отвод энергетического потока; преобразование. Однако при выполнении сопоставительного предметного анализа выявлено, что указанная совокупность существенных признаков, как она заявлена в данном способе, не выявлена в доступных заявителю источниках информации, что свидетельствует о новизне и соответствующем уровне предлагаемого технического решения и дает основание для взятия Патента РФ на данное изобретение.

Описываемый способ получения ядерных и термоядерных микровзрывов раскрывается далее с приведением установки для его осуществления, принципиальная конструкция которой приведена на чертеже.

Установка для осуществления способа получения ядерных и термоядерных микровзрывов содержит источник электронов (или источник протонов) 1, имеющий излучатель в виде кольца вокруг оси симметрии О-О установки (центральной оси), ускоритель 2 этих электронов(или протонов) выполнен также в виде кольца относительно оси О-О симметрии установки (следует указать, что установка показана при симметричной геометрической компоновке всех ее блоков и узлов относительно ее центральной оси О-О, являющееся ее осью геометрической симметрии, относительно которой показано продольное сечение установки). Установка содержит также кольцевую мишень 3, материал которой подвергают воздействию указанных электронов (или протонов), содержит замедлитель 4 - нейтроновод, задающий траекторию движения полученного потока линейных медленных нейтронов, поток 5 которых попадает на преломляющий отражатель 6.

Установка также включает электромагнитный отсекатель 7, также выполненный в виде кольца (вокруг оси О-О), в геометрическом центре которого расположена мишень 8, которую вводят в фокус схождения отраженного потока нейтронов, таким фокусом является вершина конуса (на чертеже показана однозначно и четко). Наличие конуса и его вершины гарантирует абсолютное направление потока нейтронов на мишень 8, существенно повышая степень надежности и резко увеличивая общую эффективность способа получения ядерных и термоядерных микровзрывов за счет полной и абсолютной отдачи энергии нейтронами веществу мишени 8, которую подают по каналу 9, совпадающему с осью О-О установки, по которой за мишенью расположена трубка-аккумулятор 10 медленных линейных нейтронов. Трубка-аккумулятор 10 является преобразователем энергии нейтронов в другие виды практически потребляемой энергии, например для формирования направленного излучения через светопрозрачное окно в стенке 11 этой трубки-аккумулятора; для такого преобразования энергии она заполнена специальным веществом (состав которого может быть раскрыт дополнительно). Внутренние стенки трубки-аккумулятора покрыты слоем отражающего вещества, направляющего нейтроны к средней части, при этом полость трубки-аккумулятора заполнена газом, способным преобразовывать кинетическую энергию частиц в лучевую энергию путем ударной ионизации частиц газа.

Способ получения ядерных и термоядерных микровзрывов, с помощью раскрытой установки, осуществляют следующим образом.

В реакторе установки, который представлен ее конструктивными блоками и узлами 7, 8, 9 и 10, и его реакционном пространстве вокруг мишени 8 осуществляют фокусирование потока медленных линейных нейтронов на эту мишень 8, характеристики нейтронов задают в пределах менее 1 мэВ. Формируемый на мишень 8 поток нейтронов в виде вершины конуса организуют благодаря кольцевому преломляющему отражателю 6, на который направляют кольцевой (цилиндрический) поток 5 медленных линейных нейтронов, истекающий из кольцевого замедлителя 4 потока нейтронов, выбиваемых из кольцевой мишени 3 с помощью источника электронов 1 (или источника протонов), направленно формируемых кольцевым ускорителем 2 на указанную мишень 3.

Из реакционного пространства установки (зоны мишени 8) поток нейтронов направляют в полость трубки-аккумулятора 10, где, как указано выше, осуществляют преобразование энергии нейтронов в другую энергию, необходимую для потребителя, например в световое излучение, которое испускают через светопрозрачное окно в стенке 11 этой трубки-аккумулятора. При этом сущность способа заключается в выборе мишени 8 при ее калиброванном объеме и калиброванной форме (величины калибратора могут быть приведены дополнительно), причем задают энергетические характеристики фокусируемого потока линейных нейтронов и плотность потока нейтронов, что позволяет создать в структуре вещества мишени 8 (вещество - или обогащенный уран или смесь дейтерий - тритий при плотности 0,2-0,25 г/см³) лавинообразный поток нейтронов значительной плотности, которая достаточна для развития и поддержания непрерывной цепной реакции за счет заданной таким указанным образом критической плотности нейтронов, позволяющей организовать значительное эффективное сечение захвата нейтронов ядрами делящегося в материале мишени 8 вещества и создания высокой плотности нейтронов в указанном калиброванном объеме мишени, размещенной в реакционной зоне реактора установки.

С помощью нейтронов высокой плотности создают переход ядерной реакции в термоядерную при непрерывном росте плотности нейтронов в данном калиброванном объеме мишени в реакторе установки.

Полученный продукт - плотный поток нейтронов отводят от калиброванного объема мишени 8 в полость трубки 10 и преобразуют энергию в вид энергии для непосредственного использования, например для генерирования, как указано, направленного излучения.

Таким образом, способ позволяет существенно повысить надежность и эффективность всего процесса и используемой для его реализации установки; позволяет также повысить представительность реакции и репрезентативность получения устойчивого преобразования энергии источника 1 и конического потока нейтронов в практическую энергию, необходимую для эксперимента иди для энергогенерирования.

При необходимости заявитель может привести дополнительные сведения, более полно раскрывающие сущность и физико-техничеcкие характеристики данного способа.

Источники информации

1. Арцимович Л.А. Управляемые термоядерные реакции. М.: Физматтиз, 1963.

2. Басов Н.Г. и др. Физика лазерного термоядерного синтеза. М.: Знание, 1988, с. 160-165, р.5.1 - (прототип).

3. Гончаров В.В. Исследовательские реакторы. Создание и развитие. М.: Наука, 1986, с. 10-14, 30.

4. Басов Н.Г. Лазерные термоядерные мишени и сверхпрочные микробаллоны. ФИАН им.Лебедева. М.: Наука, 1992, т.220, с.114.

5. Теория нагрева и сжатия низкоэнтропийных термоядерных мишеней. ФИАН. М.: Наука, 1986, т. 170.

6. Дж. Никколс. Проблемы лазерного термоядерного синтеза. М.: Атомиздат, 1976.

7. Бабаев Ю.И. и др. Прямое преобразование ядерной энергии в излучение. М.: Знание, 1982, вып.15.

8. SU № 1190432, 1984.

9. US № 4459145, 1984.

10. JP № 47-01907, 1979.

Изобретение относится к способам получения ядерных и термоядерных микровзрывов, предназначено для использования в различных физико-технологических процессах получения и преобразования энергий. Заявленный способ включает фокусирование на мишень потока медленных линейных нейтронов. При этом выбирают мишень калиброванного объёма и калиброванной формы. На вещество этой мишени в реакторе фокусируют поток линейных нейтронов с заданными энергетическими характеристиками и плотностью потока и создают в структуре вещества лавинообразный поток нейтронов значительной плотности. Эта плотность должна быть достаточной для развития и поддержания непрерывной цепной реакции за счёт заданной таким образом критической плотности нейтронов со значительным эффективным сечением захвата нейтронов ядрами делящегося вещества. Затем с помощью этих нейтронов создают переход ядерной реакции в термоядерную при непрерывном росте плотности нейтронов в калиброванном объёме мишени реактора. Технический результат: повышение эффективности способа получения ядерных и термоядерных микровзрывов, повышения представительности и репрезентативности получаемого энергетического потока, повышения надёжности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения ядерных и термоядерных микровзрывов в реакторе, включающий фокусирование на мишень потока медленных линейных нейтронов, имеющих характеристики в пределах менее 1 мэВ, отличающийся тем, что выбирают мишень калиброванного объема и калиброванной формы, на вещество этой мишени в реакторе фокусируют поток линейных нейтронов с заданными энергетическими характеристиками и плотностью потока и создают в структуре вещества лавинообразный поток нейтронов значительной плотности, достаточной для развития и поддержания непрерывной цепной реакции за счет заданной таким образом критической плотности нейтронов со значительным эффективным сечением захвата нейтронов ядрами делящегося вещества и высокой плотностью нейтронов в указанном калиброванном объеме мишени реактора, с помощью которых создают переход ядерной реакции в термоядерную при непрерывном росте плотности нейтронов в калиброванном объеме мишени реактора.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фокусирование на мишени потока медленных линейных нейтронов осуществляют за счет преломления кольцевого нейтронного потока, охватывающего реакционное пространство, при этом кольцевой нейтронный поток формируют коаксиальным расположением излучателей.3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что полученный продукт реакции отводят из калиброванного объема мишени для непосредственного использования, например, для генерирования направленного излучения.