ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР Российский патент 2014 года по МПК G21B1/00 

Описание патента на изобретение RU2535263C2

Изобретение относится к области энергетических установок типа токомак и может быть использовано при создании и проектировании магнитных термоядерных установок с активной зоной в виде тора. Изобретение решает скорее не научную проблему, а направлено на оптимизацию инженерной компоновки ее отдельных узлов.

В качестве аналога можно рассмотреть патент РФ [1] на квантовый ядерный реактор. Как утверждается в описании, это устройство помимо получения классической энергии в виде тепла способно вырабатывать и когерентное излучение (подобно лазерному), а также синтезировать новые элементы.

В качестве аналога можно рассмотреть конструкцию термоядерного реактора [2], заполненную под давлением 40 атмосфер газом, например водородом. Две боковые стенки реактора являются зеркалами, между которыми в центре камеры фокусируется энергия волн СВЧ-диапазона. Такая система является объемным резонатором радиоволн.

Однако эти проекты не относятся в полной степени к самому переспективному типу термоядерного реактора магнитного типа с активной зоной в виде тора (так называемого токамака).

В качестве прототипа выбран строящийся проект термоядерного реактора ИТЭР [3], содержащий активную зону в виде тора, систему охлаждения, систему магнитных ловушек плазмы и систему управления. Однако из-за того, что активная зона выполнена в виде обычного тора, возникает масса проблем - не создаются оптимальные условия для устойчивости плазмы, нет технологического пространства для гармоничного монтажа систем магнитных ловушек вокруг активной зоны. Ограниченная площадь теплосъема с активной зоны, имеющей форму обычного тора, создает неразрешимые инженерные теплофизические проблемы, особенно при переходе на строительство термоядерных реакторов энергетического назначения.

Предлагаемый энергетический реактор содержит активную зону в виде тора, систему охлаждения, систему магнитных ловушек плазмы и систему управления.

Особенность предлагаемого ректора заключается в том, что активная зона выполнена в виде вихревого тора, система охлаждения выполнена в виде проточно-испарительного теплообменника, имеющего также форму вихревого тора, эквидистантно расположенного относительно активной зоны, а часть магнитных ловушек размещена между витками вихревого тора.

К особенностям можно отнести и то, что активная зона снабжена двумя типами магнитных ловушек 3а и 3б, согласованных в работе между собой, причем один тип магнитных катушек равномерно распределен по поверхности вихревого тора, а вторая установлена по его оси.

На фиг.1 схематично изображена только активная зона строящегося термоядерного реактора ИТЭР, у которого активная зона выполнена в виде простого тора.

На фиг.2-7 показаны модификации активной зоны с нарастающим приближением к форме вихревого тора. На фиг.2 простой тор сделал первый шаг в формировании более сложного вихревого тора. Оба рисунка фиг.2 - это один и тот же рисунок активной зоны реактора с разных позиций (сверху и сбоку). Аналогично, с разных позиций, но попарно объединенных, показаны усложнения вида активной зоны термоядерного реактора с тремя витками (рис.3), четырьмя (рис.4), пятью, (рис.5), шестью (рис.6) и семью (рис.7) На фиг.8 представлена активная зона с большим числом витков.

На фиг 9 и 10 представлен термоядерный реактор, содержащий активную зону 1в виде тора, систему охлаждения 2, систему магнитных ловушек плазмы 3 и систему управления 4, отличающийся тем, что активная зона выполнена в виде вихревого тора 1, система охлаждения 2 выполнена в виде проточно-испарительного теплообменника, имеющего также форму вихревого тора, эквидистантно расположенного относительно активной зоны, а часть магнитных ловушек 3 размещена между витками вихревого тора 1.

Активная зона 1 снабжена двумя типами магнитных ловушек 3, согласованных в работе между собой, причем один тип магнитных ловушек 3 равномерно распределен по поверхности вихревого тора, а второй тип магнитных ловушек 3 установлен по его оси. Все типы магнитных ловушек 3 однотипны, поскольку кривизна на всех участках цилиндрического тора 1 одинакова. Магнитная ловушка 3, согласованно работающая с магнитными ловушками 3 по оси, обеспечивает условия для зажигания и поддержания устойчивости плазмы вдоль всей активной зоны.

Работает предлагаемый термоядерный реактор следующим образом. Как и в токомаке активная зона выполнена в виде тора, но тора не простого, а вихревого. Перед запуском реактора вихревой тор вакуумируется, обезгаживается и заполняется термоядерным газообразным топливом (например, смесью трития и дейтерия, или на основе гелия). Затем с помощью магнитных ловушек 3 создается тородоидальное магнитное поле, повторяющее форму спирального тора активной зоны 1. Возникающее электрическое поле вызывает протекание тока через термоядерное топливо и зажигание в активной зоне 1 высокотемпературной плазмы. В результате выбора формы активной зоны 1 в виде вихревого тора обеспечиваются более стабильные условия для стабилизации плазмы и предотвращения касания плазмы бесконечно, но многократно выше, чем у реактора с активной зоной 1 в виде простого тора. Для дополнительного разогрева плазмы можно использовать как микроволновое излучение на резонансных частотах, так и инжекцию в плазму предварительно ускоренных нейтральных атомов дейтерия или лития.

Помимо снятия ряда проблем по устойчивости плазмы, выбор активной зоны в виде вихревого тора позволят существенно увеличить объем активной зоны и увеличить площадь теплообмена, что снимает ряд технологических ограничений по организации теплоотвода от активной зоны 1 и других элементов инженерного назначения, которые трудно вписываются в активную зону с простым тором.

Литература, принятая во внимание

1. Патент РФ №2087951 «Квантовый ядерный реактор».

2. Патент РФ №2076358 «Термоядерный реактор».

3. Федеральная целевая программа РФ «Международный термоядерный реактор ИТЭР» на 2002 - 2005 годы. www.programs-gov.rn/ext/113/content.htm - 3k -.

Похожие патенты RU2535263C2

название год авторы номер документа
Сверхпроводящий накопитель энергии 2018
  • Шкилев Владимир Дмитриевич
  • Коржавый Алексей Пантелеевич
  • Сысенко Никита Григорьевич
  • Голиков Андрей Сергеевич
RU2696831C1
СПОСОБ СИРОТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ВЗРЫВНОЙ РЕАКЦИИ, В ТОМ ЧИСЛЕ ЯДЕРНОЙ ИЛИ ТЕРМОЯДЕРНОЙ 2014
  • Сирота Владимир Анатольевич
RU2572804C2
СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ 2016
  • Шкилев Владимир Дмитриевич
  • Коржавый Алексей Пантелеевич
  • Симаков Илья Марсович
  • Голиков Андрей Сергеевич
RU2663365C2
РЕГИСТРАЦИОННЫЙ НОМЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2008
  • Шкилев Владимир Дмитриевич
  • Мартынюк Николай Павлович
  • Шкилев Дмитрий Владимирович
  • Бойко Александр Николаевич
RU2503556C2
Способ магнитогидродинамического перемещения в циркуляционном контуре жидкого металла 2016
  • Шкилев Владимир Дмитриевич
  • Коржавый Алексей Пантелеевич
  • Коротков Виталий Владимирович
  • Анкудинов Анатолий Александрович
RU2648988C1
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2009
  • Бойко Александр Николаевич
  • Шкилев Владимир Дмитриевич
  • Паршутин Владимир Викторович
  • Шкилев Дмитрий Владимирович
RU2436155C2
ЛЕВИТИРУЮЩИЙ КВАДРУПОЛЬ (ВАРИАНТЫ) 2011
  • Бишаев Андрей Михайлович
  • Бугрова Антонина Ивановна
  • Буш Александр Андреевич
  • Гавриков Михаил Борисович
  • Каменцев Константин Евгеньевич
  • Козинцева Марина Валентиновна
  • Куроедов Юрий Дмитриевич
  • Липатов Александр Семенович
  • Савельев Вячеслав Владимирович
  • Сигов Александр Сергеевич
  • Тарелкин Иван Андреевич
RU2467423C1
АМОРФНЫЙ ЛЕНТОЧНЫЙ ПРИПОЙ НА ОСНОВЕ МЕДИ 2011
  • Калин Борис Александрович
  • Сучков Алексей Николаевич
  • Федотов Владимир Тимофеевич
  • Севрюков Олег Николаевич
  • Мазуль Игорь Всеволодович
  • Маханьков Алексей Николаевич
RU2464143C1
МИШЕНЬ ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛА ИЗ ПОТОКА ПЛАЗМЫ 1992
  • Муравьев Е.В.
  • Петров В.С.
  • Чуянов В.А.
RU2061261C1
СПОСОБ УДЕРЖАНИЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ ПЛАЗМЫ В ЗАМКНУТОЙ МАГНИТНОЙ ЛОВУШКЕ 1999
  • Звонков А.В.
  • Михайлов М.И.
  • Сковорода А.А.
  • Субботин А.А.
  • Шафранов В.Д.
RU2152082C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 535 263 C2

Реферат патента 2014 года ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

Заявленное изобретение относится к области энергетических установок типа токомак и может быть использовано при создании и проектировании магнитных термоядерных установок с активной зоной в виде тора. В заявленном термоядерном реакторе активная зона выполнена в виде вихревого тора, при этом система охлаждения выполнена в виде проточно-испарительного теплообменника, имеющего также форму вихревого тора, эквидистантно расположенного относительно активной зоны. Часть магнитных ловушек размещена между витками вихревого тора. Техническим результатом является увеличение объема активной зоны, увеличение площади теплообмена, возможность создания условий для более эффективной стабилизации плазмы и предотвращения касания плазмы стенок активной зоны. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула изобретения RU 2 535 263 C2

1. Термоядерный реактор, содержащий активную зону в виде тора, систему охлаждения, систему магнитных ловушек плазмы и систему управления, отличающийся тем, что активная зона выполнена в виде вихревого тора, система охлаждения выполнена в виде проточно-испарительного теплообменника, имеющего также форму вихревого тора, эквидистантно расположенного относительно активной зоны, а часть магнитных ловушек размещена между витками вихревого тора.

2. Термоядерный реактор по п.1, отличающийся тем, что активная зона снабжена двумя типами магнитных ловушек, согласованных в работе между собой, причем один тип магнитных ловушек равномерно распределен по поверхности вихревого тора, а второй установлен по его оси.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2535263C2

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА ПЛАЗМЫ под ред
А.И.Ахиезера, Издательство "Наука", Главная редакция Физико-математической литературы, Москва, 1974
Физическая энциклопедия под ред
А.М.Прохорова, М.: "Советская энциклопедия", 1992, Т
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
Приспособление для удаления таянием снега с железнодорожных путей 1920
  • Строганов Н.С.
SU176A1
СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПУЧКА УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА, ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ЛИНЕЙНЫЙ И ЦИКЛИЧЕСКИЙ УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, КОЛЛАЙДЕР И СРЕДСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, СОЗДАВАЕМОГО ТОКОМ УСКОРЕННЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ 2011
  • Кумахов Мурадин Абубекирович
RU2462009C1
RU 2009142081 A, 27.05.2011
US 20050135531A1, 23.06.2005 A1
KR 200800645978 A, 09.07.2008

RU 2 535 263 C2

Авторы

Шкилев Владимир Дмитриевич

Бойко Александр Николаевич

Даты

2014-12-10Публикация

2010-12-15Подача