СПОСОБ ЗАЩИТЫ КОТЛА ВЗРЫВНОГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОГО СИНТЕЗА Российский патент 2005 года по МПК F42D5/45 G21C9/00 

Изобретение относится к способам защиты устройств, использующих энергию термоядерного взрыва для производства энергии. Индексы рубрик МПК 7: G 21 B 1/00, G 21 J 3/00.

Существует два принципиально разных подхода для достижения цели использования термоядерного синтеза. Первый - управляемый термоядерный синтез (ТОКАМАК, лазерный термоядерный синтез), второй - термоядерный синтез посредством инициации термоядерного запала маломощным ядерным взрывом - термоядерный взрыв. Мирная утилизация энергии термоядерного взрыва наталкивается на сложности реализации устройств, способных его выдержать. Известен проект подобного устройства. Этот котел взрывного сгорания (КВС), производящий энергию посредством термоядерного взрыва. КВС, представляющий собой железобетонную бочку диаметром около 100-120 метров и высотой около 200-250 метров с толщиной стенок около 25-30 метров, изнутри облицованной сталью. Для защиты стенок котла применяется способ защиты посредством создания сплошной завесы из струй жидкого натрия (теплоносителя), текущих сверху в момент подрыва термоядерного заряда. После подрыва термоядерного заряда нагретый теплоноситель (натрий) поступает в теплообменник, где отдает накопленное при взрыве тепло для выработки электроэнергии (производит пар высокого давления для паровых турбин). Источник информации - журнал "Изобретатель и рационализатор", №9 за 2001 год, статья - "Атомный взрыв во спасение", автор О.Сердюков, страница 9.

Недостатками указанного способа защиты является ненадежность завесы из струй жидкого натрия, малая масса жидкого натрия, находящегося вокруг термоядерного заряда в момент его подрыва, возможное неполное покрытие пространства вокруг заряда, не покрытие пространства над и под термоядерным зарядом.

Решаемой задачей является нахождение способа максимальной защищенности стенок котла взрывного сгорания от действия термоядерного взрыва.

Достигаемым техническим результатом является обеспечение сплошного слоя теплоносителя, перемешанного с пузырьками газа, между термоядерным зарядом и стенкой котла.

Заявленный технический результат достигается тем, что защитный слой формируют из смеси теплоносителя с пузырьками газа (например, водорода или гелия). Для этого жидкий теплоноситель (например, натрий или его сплав с калием) поступает в котел взрывного сгорания. При подаче или после подачи необходимого для утилизации энергии взрыва объема теплоносителя производится его насыщение пузырьками газа, посредством подачи газа через множество отверстий на дне или боковых стенах котла. Также нужную смесь теплоносителя и пузырьков газа можно получить вызвав закипание предварительно растворенного в теплоносителе газа. Для этого в котел взрывного сгорания (КВС) подают теплоноситель, содержащий растворенный газ, или растворяют газ в теплоносителе непосредственно в КВС, а затем давление в котле сбрасывают, что и вызывает закипание растворенного газа. Для увеличения растворимости газа давление в КВС поддерживают на значении больше атмосферного. Для увеличения перепада давления при его сбросе давление в котле может быть сброшено до значения меньше атмосферного, например, посредством предварительно созданного в отдельной камере разрежения. Растворять газ в теплоносителе можно как непосредственно в КВС, так и в отдельной камере, пропуская газ через теплоноситель. Также можно подавать газ в трубопроводы, подводящие теплоноситель к котлу.

Вспененная масса теплоносителя уменьшает концентрированность ударной волны, а при использование в качестве газового наполнителя водорода или гелия происходит более эффективное улавливание нейтронных потоков взрыва.

Таким образом, можно описать следующую последовательность действий по защите котла. В котел подают теплоноситель. Необходимая для защиты смесь теплоносителя и пузырьков газа будет получена, когда объем теплоносителя равномерно сверху донизу заполнится пузырьками газа. Для чего через него пропускают газ из множества отверстий на дне котла, или сбросом давления в котле вызывают закипание предварительно растворенного в теплоносителе газа. Описанные варианты получения смеси можно комбинировать, одновременно подавая газ через отверстия и вызывая закипание теплоносителя сбросом давления. После того как объем теплоносителя равномерно по высоте заполнится пузырьками газа, термоядерный заряд помещают в котел (сбрасывают через канал доставки) и подрывают, когда заряд будет находится в центре защитной массы.

Для оценки промышленной применимости предлагаемого способа защиты КВС требуется оценить минимально необходимый размер КВС, в котором защитную функцию играет смесь теплоносителя и газа, полностью заполняющая объем котла. Оценка будет строится на предположении, что достаточным для защиты является масса теплоносителя, обеспечивающая после термоядерного взрыва температуру теплоносителя меньшую, чем температура плавления стальных стенок котла (примерно 1500 градусов Цельсия). Таким образом, предполагаем, что максимальный разогрев содержимого котла от начальной (примерно 150 градусов Цельсия) будет не более чем на 1000° Цельсия. Количество энергии, выделяющейся при однократном термоядерном взрыве в КВС, ожидается порядка 10¹⁴ Дж. Отсюда, предположив утилизацию всей энергии взрыва в нагрев защитного теплоносителя (натрия), получаем грубую оценку необходимой массы в 100000 тонн, то есть примерно 100000 кубометров. Предположив, что разбавление пузырьками газа объема теплоносителя происходит наполовину, оцениваем внутренний объем КВС в 200000 кубометров. Что соответствует примерным внутренним линейным размерам КВС (длина, ширина, высота) в 60 метров.

Источник информации

1. Журнал "Изобретатель и рационализатор", 2001 г., №9, статья - "Атомный взрыв во спасение", автор О.Сердюков, с.9.

Способ может быть применен в атомной энергетике. Способ включает создание защитного слоя из струй теплоносителя, текущих вокруг термоядерного заряда, помещенного внутрь котла, причем защитный внутренний слой для котла создают из смеси теплоносителя (например, сплава натрия/калия) с пузырьками газа, например, водорода или гелия, заполняющей объем котла полностью или частично; смесь может быть создана после или во время подачи в котел теплоносителя или посредством того, что в теплоносителе растворяют газ, а после заполнения котла теплоносителем давление в котле сбрасывают, чем вызывают выделение растворенного газа по всему объему теплоносителя. Газ в теплоносителе может быть растворен вне котла или подан в трубопроводы, подводящие теплоноситель к котлу, а формирование защитного слоя может быть осуществлено в отдельной камере. Изобретение обеспечивает надежную защиту от взрыва. 9 з.п. ф-лы.

1. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза, включающий в себя создание защитного слоя из струй теплоносителя, текущих вокруг термоядерного заряда, помещенного внутрь котла, отличающийся тем, что защитный внутренний слой для котла создают из смеси теплоносителя (например, сплава натрия/калия) с пузырьками газа, например водорода или гелия, заполняющей объем котла полностью или частично.2. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.1, отличающийся тем, что смесь теплоносителя с пузырьками газа создают после или во время подачи в котел теплоносителя, пропуская через него из отверстий на дне или стенках котла газ, подводимый извне.3. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.1, отличающийся тем, что защитную для котла смесь теплоносителя с пузырьками газа создают посредством того, что в теплоносителе растворяют газ, а после заполнения котла теплоносителем давление в котле сбрасывают, чем вызывают выделение растворенного газа по всему объеме теплоносителя.4. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.3, отличающийся тем, что газ в теплоносителе растворяют вне котла взрывного сгорания.5. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.4, отличающийся тем, что газ подают в трубопроводы, подводящие теплоноситель к котлу.6. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.4, отличающийся тем, что газ в теплоносителе растворяют в отдельной камере, например, пропуская через отверстия на дне или боковых стенках камеры газ, а после подают теплоноситель в котел.7. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.3, отличающийся тем, что газ в теплоносителе растворяют непосредственно в котле взрывного сгорания, пропуская через теплоноситель газ.8. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.3, отличающийся тем, что для увеличения растворимости газа в теплоносителе в котле взрывного сгорания поддерживают давление больше атмосферного.9. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.3, отличающийся тем, что давление в котле сбрасывают до значения меньше атмосферного, для чего, например, используют предварительно созданное в отдельной камере разрежение.10. Способ защиты котла взрывного сгорания для термоядерного синтеза по п.1, отличающийся тем, что формирование защитного слоя для котла проводят вне котла, например, в отдельной камере, из которой сформированная пузырьковая защитная смесь теплоносителя и газа подается в котел, или формирование пузырьковой защитной смеси производят в трубопроводах, подводящих теплоноситель к котлу.