СИСТЕМА УПРАВЛЯЕМОГО УСКОРИТЕЛЕМ ПОДКРИТИЧЕСКОГО РЕАКТОРА Российский патент 2019 года по МПК G21C1/30 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящее изобретение испрашивает приоритет заявки на патент США номер 14/208707, поданной 13 марта 2014, заявки на патент США номер 61/802322, поданной 15 марта 2013, и заявки на патент США номер 61/846076, поданной 15 июля 2013, содержание всех этих заявок явным образом включено в настоящий документ посредством ссылок во всей его полноте для любых целей.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение относится в целом к производству, преобразованию и распределению мощности и энергии и в частности к ядерным энергетическим реакторам, уменьшению радиоактивных отходов и синтезу редких веществ в ходе ядерной реакции.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Предмет, описанный в разделе "Уровень техники", не следует рассматривать как просто существующий уровень техники исходя из его значения в разделе "Уровень техники". Аналогично проблема, упомянутая в разделе "Уровень техники" или связанная с предметом из раздела "Уровень техники" не следует рассматривать как ранее принятое в существующем уровне техники. Предмет в разделе "Уровень техники" просто представляет различные подходы, которые сами по себе могут также быть изобретениями.

[0004] В области производства ядерной энергии и уменьшения ядерных отходов 1992 и 1993/1994 годы ознаменовали две страницы в истории главного, малоизвестного знакового события.

[0005] В конце 1992 года К. Боуман (C.D. Bowman) и др. опубликовали статью "Производство ядерной энергии и трансмутация ядерных отходов с помощью управляемого ускорителем интенсивного источника тепловых нейтронов" (Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1992, том A320, стр. 336-367), в которой было сделано предложение использовать ускоритель протонов для сжигания актинидных отходов, производимых легководным реактором (см. также патент US 5160696), с перспективной возможностью производства полезной энергии.

[0006] За этим последовала подача Карлом Руббиа (Carlo Rubbia) в 1994 г. (1993 WIPO) заявки "Усилитель энергии для производства ядерной энергии, управляемый ускорителем пучка частиц" (патент US 5774514). Эти два патента, US 5160696 и US 5774,514, явным образом включены в настоящий документ посредством ссылок во всей их полноте для любых целей.

[0007] После подачи патентной заявки Руббиа, Боуман и др. возразили, что они опередили Руббиа на два года и что они были первыми, кто предложил то, что позже было названо новым типом реактора: "система управляемого ускорителем подкритического ядерного реактора".

[0008] Иногда имеет место недоразумение при испрашивании или передаче авторских прав на изобретение какой-либо стороне, причем Руббиа, как часто бывает, были переданы авторские права на оба изобретения.

[0009] Тем не менее не было упомянуто, является ли статья или подача патентной заявки доказательством того, что изобретение фактически было предложено и опубликовано без подачи патентной заявки в 1990 г. специально для распространения этого потенциально важного изобретения среди сообществ по ядерным реакторам, альтернативной энергии, физике частиц и высоких энергий в то время, когда цены на нефть были на историческом минимуме, и строительство ядерных энергетических установок в качестве дополнительного средства в целом имело массу возражений в большинстве стран. Эта индустрия угасала и отступала по всем фронтам, ядерная энергетика подверглась широкому осуждению, память о Чернобыле была свежа по прошествии чуть более пяти лет. Изобретатель системы управляемого ускорителем подкритического реактора сделал заключение, что будет оказано лучшее содействие индустрии и что коммерческие перспективы его изобретения будут фактически улучшены при потенциальной эксплуатации нераскрытых, неочевидных аспектов и улучшений, с помощью внедрения идеи в индустрию.

[0010] Так как изобретатель был также (что не является редким случаем среди ученых и изобретателей) писателем-фантастом, техническим специалистом и представителем в сфере высоких технологий, а также средств массовой информации, была довольно простая возможность предложить изобретение в научно-фантастическом проекте, который был бы распространен как в технических сообществах, так и в студиях Голливуда. По меньшей мере техническому сообществу будет представлена идея и рабочие компоненты, и в наиболее благоприятном варианте она может быть представлена широкой публике таким образом, чтобы по меньшей мере слегка подготовить почву для ее дальнейшего одобрения.

[0011] Нерасказанная история изобретения и разглашения этой технологии имеет отношение к предпосылкам создания изобретения, не полностью или в первую очередь по причинам передачи авторских прав, но чтобы помочь объяснить причины для различий между тем, что и зачем предложили Боуман и Руббиа и что не было раскрыто техническим или сообществам или сообществам средств массовой информации, что формирует существо настоящего изобретения, которое раскрывает полную сущность изобретения, которое возникло в конце 1989 и 1990 г.

[0012] Сценарий, известный как "СИЛА ПРИРОДЫ", научно-фантастическое приключение, происходящее на Земле, рассказывал историю о нападении пришельцев, пытающихся терраформировать Землю для получения стандартных для пришельцев биологических характеристик процессом, управляемый в частности с помощью несколько "неправильной" живой "биологической машины пришельцев для терраформирования", своего рода жуткого существа Балгор типа "Левиафана", сеющего хаос в масштабе изменения планеты. Оно поддерживало свой процесс преобразования за счет сжигания в качестве топлива залежей урана, актинидов и трансурановых элементов. (Следует отметить, что сценарий был широко распространен и на самых высоких уровнях Голливуда и что идея "терраформирования пришельцами" была "позаимствована" другим сценаристом, Дэвидом Туи, и использована в более прямой и упрощенной форме в его фильме "Прибытие" 1996 г.).

[0013] Окружающая обстановка представляла собой дождевой лес Амазонки, и сценарий (в виду его скрытого плана) были предназначен как для привлечения внимания к проблеме сжигания дождевых лесов, иллюстрации того, что радиоактивные материалы, пока с ними не шутят, являются природными, так и для контраста с "ядерным страшилищем", таким как публика его знала, и чтобы вложить в руки главных героев новый вид энергетических технологий - управляемую ускорителем подкритическую систему, которая была бы частью "хороших" человеческих технологий, которая была бы использована, чтобы сорвать план пришельцев по завоеванию.

[0014] Так как настоящее изобретение было усовершенствовано с помощью информации о текущих событиях согласно действующей дате подачи заявки, параллели с фильмом "Арго", который показал пользу Голливуда для практических целей, могут быть очевидны.

[0015] Распространение сценария началось в 1990 г., и он был отправлен или передан сообществу Cal-Tech/JPL, сообществу по атомной энергетике/технологиям, межконтинентальным баллистическим ракетам (ICBM) и материалам в Калифорнии, сообществу по водородному топливу и развитию/энергетике солнечных печей и в Лос-Аламосскую национальную лабораторию и конкретно команде Боумана. После более раннего и широкого распространения среди ключевых фигур в вышеупомянутых технических сообществах с разрешением копирования и распространения он позже снова был отправлен команде Боумана в Лос-Аламосскую национальную лабораторию конкретно автором настоящего изобретения после распространения опубликованной ссылочной статьи.

[0016] Автор настоящего изобретения, несмотря на то что в статье была предложена система, оптимизированная для сжигания актинидов, а не для производства энергии, призвал Боумана рассмотреть сценарий в большей мере с упором на производство энергии и очевидных кандидатов на кривой дефектов масс (торий по меньшей мере выделен в качестве того самого очевидного кандидата), чем с упором на реактор с урановым циклом для сжигания урановых отходов реактора с дополнительным производством энергии. Тем не менее применение управления с помощью ускорителя, сжигания отходов, было также очевидно.

[0017] Сценарий также был широко распространен среди ряда руководителей студий и продюсеров Голливуда, в том числе директора по кинопроизводству Warner Brothers, Лиза Хэнсон (дочь Джима), а также продюсера Стивена Спилберга в Amblin Productions. Автор настоящего изобретения был к тому времени относительно состоявшимся специалистом в сфере производства и технологий, а также изобретателем и основателем технологических компаний, начиная с ранних восьмидесятых еще во время учебы в университете. Сценарий был принят очень положительно, но из-за качества компьютерной анимации и цифровых спецэффектов, указанных и требуемых в сценарии, в то время (1990-2 г.) бюджет был оценен более чем в 100 млн долларов, и даже если автор сценария (и это изобретение) был экспертом по таким вопросам в индустрии, это было очень большое число в то время.

[0018] Тем не менее самая важная цель сценария была достигнута с помощью опубликования фундаментальной концепции и рабочих элементов, так что лица, являющиеся специалистами в области техники, будут знать, как изготовить и использовать систему описанного типа. Той целью было выпустить идеи на свободу и надеяться, что это могло бы, прежде всего, помочь изменить общественный взгляд на ядерную энергетику. И, во-вторых, что может настать время, когда изобретатель (автор настоящего изобретения) сможет развить те аспекты системы, которые не были ни раскрыты, ни очевидны из аспектов, которые были описаны.

[0019] Кроме того, важно то, что является и что не является опубликованным в оригинальном разглашении сущности изобретения, изобретатель (автор настоящего изобретения) управляемого ускорителем подкритического реактора (который он назвал "STEM''-ядерным реактором, который являлся кандидатом на "вынужденное излучение", другими словами, выражаясь фигурально, даже если "стержень" пучка частиц "сломан", то реактор не сможет расплавиться) в неявном виде охарактеризовал предложенную систему как более похожую на реактор синтеза в ключевых конструктивных аспектах. Описание и характеристика были, кроме того, указаны с помощью описания эксплуатационных частей реактора. И эти основные элементы и структура были затем непосредственно отражены при подаче Руббиа патентной заявки парой лет позже, и в действующей редакции перед ее выпуском в 1998 вместе с неявным сравнением с определенными проектами и способами синтеза.

[0020] Одним из преимуществ того, что было раскрыто публике, начиная с 1990 г., достижение которого не было очевидно из раскрытой информации и которое автор настоящего изобретения намеренно утаил с целью сохранения важных инноваций, которые он запатентует в будущем, с учетом того, что почва была должным образом подготовлена за счет разглашения основной идеи, которая, с одной стороны, была освещена Руббиа и, с другой стороны, позже была освещена Боуманом, состоявшей в применимости целой системы (в т.ч. нераскрытых элементов) для использования в топливных циклах, отличных от общепринятых или очевидных, таких как ториевый цикл (уже хорошо развит в реакторах на солевом расплаве тория) и устройствах для переработки отходов уранового цикла.

[0021] Кроме того, не были раскрыты другие отличия от обычных реакторов, которые способствуют реализации более эффективных реакторов, которые используют скорее в обычных топливных системах (ториевых и урановых), чем в системах Руббиа.

[0022] Запоздалое но окончательное обнародование этой истории имеет, кроме того, еще некоторую важность. Благодаря намерению "раздачи" потенциально сильная идея и функциональная структура системы управляемого ускорителем подкритического реактора и системы утилизации ядерных отходов была предназначена для того, чтобы достаточная часть индустрии продвинулась в том направлении для обеспечения в итоге необходимого импульса и успеха. С учетом предубеждений против ядерной энергетики, но теперь в контексте намного более высокой стоимости энергии, автор настоящего изобретения как изобретатель устройства ключевых систем и процессов, которые делают управляемый ускорителем подкритический реактор (AD-SCR) реакторной системы STEM собственно новым классом систем, предпочел бы не видеть патенты, поддерживающие те аспекты, которые могли бы быть в публичном доступе и которые бы были предназначены для публичного доступа с целью обеспечения окончательного успеха идеи.

[0023] Те оставшиеся раскрытые инновации, в т.ч. Руббиа, возможно применительно к особенностям топливного цикла и недавно предложенным улучшениям в контроле и динамической калибровке пучка нейтронов (рассматриваемая заявка, опубликованная заявка US 20130028364, явным образом включенная в настоящий документ посредством ссылок) могут предложить, без сомнения должны быть предметом защиты с помощью патента. Но не те предложения, которые намеренно были опубликованы и предназначены обеспечить поле для разработки.

[0024] Так как изобретатель является коммерциализатором технологий во многих других областях и несколько более тесно, чем остальные, связан с настоящим предметом, таким как магнитооптические, магнитофотонные и электромагнитные распределительные системы, плоскоэкранные системы видеоотображения, системы изготовления эвтектических материалов, структурные системы и программное обеспечение для цифровых средств коммуникации, то очень пристальное внимание уделено важности и ценности охраны прав интеллектуальной собственности.

[0025] Но изобретатель системы AD-SCR (также известной как STEM-реактор) меньше всего хотел бы, чтобы его собственные изобретения, предназначенные для раскрытия области, не только потенциально блокировали более стремительное освоение и развитие области, но и потенциально блокировали его собственное окончательное возвращение в область, в которой он был первооткрывателем, теперь, когда экономические условия и отношение общественности достаточно эволюционировали для наступления того самого момента для стремительной, всеобъемлющей и энергичной коммерциализации этого класса технологии для энергетики и уменьшения ядерных отходов, чье время, возможно, наконец-то пришло.

[0026] Необходимыми являются система и способ для принципиального уменьшения тепловых потерь или их устранения из существующих конструкций управляемых ускорителями реакторов, которые основаны на способах преобразования тепловой энергии, включающих паровые турбины, и, следовательно, дальнейшее увеличение эффективности затрат и безопасности управляемых ускорителями подкритических реакторов, использующих ториевый цикл, при этом также обеспечение более энергопроизводительных конструкций реакторов, оптимизированных для уменьшения/сжигания ядерных отходов из других систем ядерных реакторов, другие программы по отработанным ядерным материалам и ядерному оружию; при этом дальнейшее расширение управляемой ускорителем подкритической модели на другие виды сырьевых материалов и элементов, которые иным образом могут быть кандидатами для схем переработки воспроизводяще-делящихся материалов, недостаточно энергопроизводительных, но которые являются более дешевыми и более широко распространенными в мире, и использование которых может быть источником для синтеза редких и ценных элементов в качестве конечных продуктов деления; и, наконец, обеспечение средств для уменьшения общего порога безубыточности для ядерного синтеза, и, наконец, для обеспечения источника производства и распределения оптической энергии для широкого диапазона нужд промышленности и потребителей.

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ

[0027] Описаны система и способ для принципиального уменьшения тепловых потерь или их устранения из существующих конструкций управляемых ускорителями реакторов, которые основаны на способах преобразования тепловой энергии, включающих паровые турбины, и, следовательно, дальнейшее увеличение эффективности затрат и безопасности управляемых ускорителями подкритических реакторов, использующих ториевый цикл, при этом также обеспечение более энергопроизводительных конструкций реакторов, оптимизированных для уменьшения/сжигания ядерных отходов из других систем ядерных реакторов, другие программы по отработанным ядерным материалам и ядерному оружию; при этом дальнейшее расширение управляемой ускорителем подкритической модели на другие виды сырьевых материалов и элементов, которые иным образом могут быть кандидатами для схем переработки воспроизводяще-делящихся материалов, недостаточно энергопроизводительных, но которые являются более дешевыми и более широко распространенными в мире, и использование которых может быть источником для синтеза редких и ценных элементов в качестве конечных продуктов деления; и, наконец, обеспечение средств для уменьшения общего порога безубыточности для ядерного синтеза, и, наконец, для обеспечения источника производства и распределения оптической энергии для широкого диапазона нужд промышленности и потребителей.

[0028] Дальнейший обзор изобретения обеспечен для облегчения понимания некоторых технических элементов, связанных с реакторами, и не предназначен для представления полного описания настоящего изобретения. Полное понимание различных аспектов изобретения может быть достигнуто при рассмотрении полной спецификации, формулы изобретения, чертежей и реферата в целом. Существующие варианты реализации новой категории системы ядерного реактора (Руббиа и Боуман и др.) с учетом применения для задачи сжигания ядерных отходов из обычных реакторов и возникших в ходе программ в области атомного оружия, являются просто изложением основных принципов и структурных рабочих элементов нового типа системы, первоначально предложенной и опубликованной, начиная с 1990 г., автором настоящего изобретения.

[0029] Существующие варианты реализации новой категории системы ядерного реактора (Руббиа и Боуман и др.) с учетом применения для задачи сжигания ядерных отходов из обычных реакторов и возникших в ходе программ в области атомного оружия, являются просто изложением основных принципов и структурных рабочих элементов нового типа системы, первоначально предложенной и опубликованной, начиная с 1990 г., автором настоящего изобретения.

[0030] Применения к хорошо известному и изученному ториевому циклу с одной стороны и к задаче сжигания отходов уранового топливного цикла с другой были очевидны и указаны конкретно.

[0031] Если оставить в стороне необязательные детали изобретений Боумана и др. и Руббиа, то настоящее изобретение обращено в прошлое, к основному изобретению 1990 г. для более широкой применимости системы AD-SCR (также известной как STEM) для использования другого топлив, включая намного более дешевые и даже более широко распространенные топлива, чем торий (хотя и не столь энергетически продуктивные, но потенциально в целом намного более дешевые и обеспечивающие более дешевые сырьевые материалы).

[0032] Кроме того, существуют главные нераскрытые аспекты оригинальной концепции с акцентом на более эффективное и оригинальное преобразование энергии пучка частиц/плазмы/электромагнитной энергии и энергии излучения лазера на свободных частицах в отличие от основного использования преобразования/извлечения тепловой энергии. Эти аспекты сами по себе значительно улучшают такую систему независимо от топливного цикла для системы с намного более эффективным ториевым циклом и более энергопроизводительной системы переработки отходов уранового цикла.

[0033] Система в настоящем изобретении идет дальше и глубже в направлении первоначально раскрытых основных принципов и подхода с использованием преимуществ систем топливных материалов, которые даже в 1990 г. предлагали дополнительные преимущества, которые обычные и существующие топливные циклы реакторов просто не могли обеспечить. И те преимущества систем-материалов только возросли за эти годы.

[0034] Из раскрытия изобретения будет очевидно, что, так как различные системы топливных циклов/материалов имеют различные преимущества, то они являются компромиссным решением (как уже было указано) при реализации проектов, основанных на этих иных в настоящее время "невозможных" системах топливного цикла/материалов. С другой стороны, они могут не быть такими энергопроизводительными в случае обычного топливного цикла, но они могут более чем компенсировать это за счет широкого распространения топлива и других выгод, полученных при внедрении более широкого диапазона кандидатов для системы топлива.

[0035] Некоторые из вариантов реализации настоящего изобретения включают акцент на улучшении общей эффективности производства энергии реактором скорей с помощью исследования всех возможных путей утилизации энергии, чем с помощью перестройки всей конструкции реактора для использования преобразования тепловой энергии/паровой турбины. Система сдерживания для топлива спроектирована так, чтобы не улавливать всю энергию для преобразования тепловой энергии; вместо этого предусмотрены энергетические выходы для одного или более продуктов реакции, те продукты реакции, включающие электромагнитное излучение (например, фотонов), излучение заряженных частиц (например, протонов и электронов) и излучение нейтральных частиц (например, нейтронов). Конструкция реактора включает в себя ряд каналов сбора для целенаправленно предусмотренных продуктов реакции, которые существуют в реакторе; например, каналы сбора оптической энергии для фотонов, каналы сбора электростатической/магнитной энергии для электронов и каналы сбора механической энергии для нейтронов. В некоторых применениях включен обратный канал сбора для возврата нейтронов и/или протонов обратно к топливу, чтобы помочь улучшить эффективность за счет уменьшения/устранения внешнего источника частиц, такого, который может быть использован для запуска процесса. Регулирование сбора общей энергии для различных продуктов реакции влечет за собой иные критерии для эффективности, чем связанные с низким термическим КПД паровой турбины.

[0036] Варианты реализации этого проекта позволяют использовать другое сырье для производства энергии в дополнение к торию или вместо него, такое как другие легкодоступные и менее дорогостоящие материалы, что, кроме того, повышает экономическую эффективность основного проекта. Другие варианты реализации обеспечивают эффективный синтез материалов, так как конструкция реактора с использованием дополнительных каналов сбора обеспечивает включение в общий процесс синтеза полезную энергию при существенном приспособлении для синтеза веществ. Так как эта конструкция не может оптимизировать некоторые обычные критерии конструкции реакторов с помощью синтеза веществ при производстве общей полезной энергии, экономические характеристики производства веществ значительным образом изменяются.

[0037] Любой из вариантов реализации, описанный в настоящем документе, может быть использован отдельно или совместно с другим в любой комбинации. Изобретения, включенные в эту спецификацию, могут также включать варианты реализации, которые были только частично упомянуты или на которые ссылались или которые вообще не были упомянуты и на которые не ссылались в этом кратком обзоре или в реферате. Хотя различные варианты реализации изобретения могли быть продиктованы различными недостатками существующего уровня техники, которые могут быть описаны или на которые ссылались в одном или более мест в спецификации, варианты реализации изобретения не обязательно направлены на устранение каких-либо из этих недостатков. Другими словами, различные варианты реализации изобретения могут быть направлены на устранение различных недостатков, которые могут быть описаны в спецификации. Некоторые варианты реализации могут только частично быть направлены на устранение нескольких недостатков или только одного недостатка, который может быть описан в спецификации, и некоторые варианты реализации могут не быть направлены на устранение каких-либо из этих недостатков.

[0038] Другие характеристики, выгоды и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при рассмотрении настоящего изобретения, в т.ч. спецификации, чертежей и формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0039] Приложенные фигуры, на которых аналогичные номера позиций обозначают идентичный или функционально схожие элементы для всех отдельных видов и которые включены в спецификацию и являются ее частью, кроме того, изображают настоящее изобретение и, вместе с подробным описанием изобретения, служат для объяснения принципов настоящего изобретения.

[0040] ФИГ. 1 изображает подкритический реактор, управляемый ускорителем.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0041] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают систему и способ для принципиального уменьшения тепловых потерь или их устранения из существующих конструкций управляемых ускорителями реакторов, которые основаны на способах преобразования тепловой энергии, включающих паровые турбины, и, следовательно, дальнейшее увеличение эффективности затрат и безопасности управляемых ускорителями подкритических реакторов, использующих ториевый цикл, при этом также обеспечение более энергопроизводительных конструкций реакторов, оптимизированных для уменьшения/сжигания ядерных отходов из других систем ядерных реакторов, другие программы по отработанным ядерным материалам и ядерному оружию; при этом дальнейшее расширение управляемой ускорителем подкритической модели на другие виды сырьевых материалов и элементов, которые иным образом могут быть кандидатами для схем переработки воспроизводяще-делящихся материалов, недостаточно энергопроизводительных, но которые являются более дешевыми и более широко распространенными в мире, и использование которых может быть источником для синтеза редких и ценных элементов в качестве конечных продуктов деления; и, наконец, обеспечение средств для уменьшения общего порога безубыточности для ядерного синтеза, и, наконец, для обеспечения источника производства и распределения оптической энергии для широкого диапазона нужд промышленности и потребителей. Дальнейшее описание представлено для того, чтобы позволить специалисту в данной области техники, создать и использовать изобретение, и обеспечено в контексте патентной заявки и ее требований.

[0042] Различные модификации для предпочтительного варианта реализации и основные принципы и характеристики, описанные в настоящем документе, будут очевидны для специалистов в данной области техники. Таким образом, настоящее изобретение, как предполагается, не ограничено показанными вариантами реализации, но должно в широком масштабе соответствовать принципам и характеристикам, описанным в настоящем документе.

[0043] ФИГ. 1 изображает реактор 100. Фигура представляет собой концептуальное/обобщенное функциональное поперечное сечение реактора, изображающее вариант реализации главных и типичных эксплуатационных систем и дополнительного оборудования для производства и извлечения мощности. Помимо аспектов, дополнений, других вариантов реализации или специальных оптимизаций или конкретных пространственных конфигурация одного или более предложенных и проиллюстрированных систем извлечения/повторного использования и преобразования энергии, вспомогательных систем, компонентов, не были показаны:

[0044] - Не показан ни масштаб, ни требуемое или необходимое взаимное положение структур для извлечения/преобразования энергии.

[0045] - Схема расположения и взаимное положение пропускных каналов для частиц и фотонов, а также направляющие электромагниты, аноды/катоды, керамика с низким коэффициентом трения и другие вспомогательные и обеспечивающие компоненты, как описано в настоящем изобретении, не показаны.

[0046] - Также исключены дополнительные стандартные операционные системы управления питанием, как и системы замены топлива, баки-аккумуляторы тепла (с двигателями Стирлинга и другими вспомогательными системами извлечения/производства энергии, такими как обычные парогенераторы), для не движущихся по замкнутому контуру или "истраченных" частиц; детали центрифужного элемента и системы сепарации химических элементов для использования оптимизированных процессов производства редких элементов; или детали оптимизированных вариантов конструкций для уменьшения ядерных отходов; или детали системы реактора синтеза с использованием предложенных систем для извлечения и преобразования энергии, не были конкретно проиллюстрированы с помощью этой краткой схемы.

[0047] - Не изображены средства магнитного удержания (дополнительные) "за" стенками реактора, охватывающие всю поверхность реакционного сосуда для обеспечения отражения заряженных частиц. Регулируемые для управления и формирования потоков частиц.

[0048] Реактор 100 включает пусковой ускоритель частиц/ источник протонов 102 для пуска мишени для расщепления (может быть аналогичной рабочей мишени); дополнительный источник протонов в процессе работы (опционное исполнение: главный). Мишенью 104 для расщепления управляют с помощью пускового ускорителя частиц/ источника протонов 102. Сосуд 106 с топливом для реакции содержит/формирует излучение из выбранного для экспозиции слоя топлива.

[0049] Средство 108 повторного использования пучка протонов включает средства разделения пучка и магнитного удержания. Главный ускоритель (линия рециркуляции) управляемого ускорителем подкритического реактора (реактора ADS). (опционное исполнение: вспомогательный). Мишень 110 для расщепления для производства нейтронов в ходе работы. Удаленная инерционная система 112 для извлечения энергии включает резонансное преобразование с помощью индукционного генератора. Индукционный генератор 114 пучка/потока протонов "обратного ускорителя".

[0050] Выход 116 для оптической энергии настроен на полезные частоты. "Вигглер" 118 "лазера на свободных протонах" (FPL) производит когерентный лазерный луч. Устройство 120 непосредственного извлечения инерционной/резонансной энергии: резонансное преобразование непосредственно с помощью компонентов стенки реакторного сосуда (например, натянутая мембрана, колеблющиеся панели и др.), расположенных на микроприводах, соединенных с массивами микрогенераторов.

[0051] Соединенное с конструкцией сосуда устройство 122 извлечения инерционной/резонансной энергии: резонансное преобразование непосредственно с помощью стенки реакторного сосуда как цельной структуры или структур главных компонентов, расположенных на микроприводах, соединенных с массивами микрогенераторов. "Вигглер" 124 "лазера на свободных электронах". Выход 126 для оптической энергии, настроенный на полезные частоты. Индукционный генератор 128 пучка/потока электронов "обратного ускорителя". Одна или более дополнительных структур 130 для управления потоком/отражения различных частиц или фотонов.

[0052] Выход фотонов из реактора: А. средства разделения оптических частот (например, фильтры с запрещенной зоной для фотонов, имеющие высокую оптическую мощность, призмы и др.). В. Устройства синхронизации оптических частот для преобразования к обычно меньшему количеству полезных оптических частот для промышленного процесса, фотовольтаического преобразования или распределения световой мощности.

[0053] Система 134 для быстрого регулирования и утилизации тепловой энергии, перенаправление в реактор/слой топлива; средство повторного использования инерционной/резонансной энергии или настроенный инерционный отвод. Поверхности для отражения частиц (например, быстрых/тепловых нейтронов) обратно в слой 136 топлива. Конструкция 138 стенки реакторного сосуда, имеющая такую форму и состоящая из таких материалов для оптимального направления выхода частиц на структуры и каналы для повторного использования.

[0054] I. Преобразование и переработка энергии, общий случай:

[0055] Существуют значительные преимущества, которые можно получить путем увеличения отказа от использования компонентов на основе теплообмена (и обычных потерь, связанных с этим) и также с помощью более значительного устранения и отдаления от работы в области "самопроизвольного" деления / деления вблизи критического порога и парадигмы проекта системы.

[0056] Направленность на устранение потерь мощности, связанных с термодинамическим преобразованием энергии с использованием систем на основе паровых турбин в проекте ядерной энергетической установки, является областью значительной потенциальной выгоды.

[0057] Как известно из существующего уровня техники и как можно рассчитать со ссылкой на цикл Ренкина, применяемый за долгую историю эмпирических случаев, высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы могут быть такими же эффективными, как современные энергетические установки на органическом топливе, но любые из ядерных реакторов с водой под давлением (PWR) или реакторов с кипящей водой (BWR) (как наиболее часто используемых в проектах ядерных реакторов) имеют полную эффективность около 30-40 процентов, это означает, что 60-70 процентов произведенного тепла пропадает и рассеивается в охлаждающей воде конденсатора. В открытом комментарии по этой теме Тим Грин, профессор кафедры "Энергетического машиностроения" Имперского колледжа (Лондон) оценил, что, независимо от используемой технологии, потери в процессе производства энергии, связанные с процессами преобразования тепловой энергии ("генерационными") в среднем составляют от 45 до 55 процентов, в т.ч. для генераторов преобразования тепловой энергии сжигания углеродных топливных сырьевых материалов. Системы на основе паровых турбин, в которых используют конденсаторы, градирни, значительно уменьшают общий КПД "ядерной энергетики" в том виде, в котором это практикуют на сегодняшний день, в т.ч. в других новых предлагаемых типах проектов, таких как реакторы на солевом расплаве тория.

[0058] Напротив, в настоящем изобретении предлагают систему альтернативного преобразования энергии, которую можно использовать в системах с ториевым циклом, системах с урановым циклом, оптимизированным для утилизации радиоактивных отходов из других систем и для применений по переработке ядерных материалов, и для других приложений топливного цикла (описанных далее).

[0059] В данной работе представлен новый и более эффективный план, который найдет применение в ядерных энергетических системах, в которых теплообмен между композицией ядерного топлива и замедлителем (легкая вода, тяжелая вода, графит расплавленные соли или (как предложено Руббиа), расплавленный свинец, висмут или свинцово-висмутовая смесь), служащим для замедления и теплообмена, причем нагреваемая среда (через более или менее многочисленные промежуточные ступени системы преобразования тепловой энергии) нагревает паровую камеру под давлением (или другие теплообменные средства) для приведения турбогенератора в движение.

[0060] Протяженность цепочки выгорания ядер (т.е. деталей размножения/выгорания, связанных с захватом тепловых и/или быстрых нейтронов из внешнего пучка в зависимости от индуцированного излучения по мере превращения исходных воспроизводящих топливных материалов в делящиеся изотопы/материалы) и характеристики цикла, которые применяют при проектировании реакторов и которые известны из существующего уровня техники, не будут повторяться здесь, так как большинство из них доступны для типов систем настоящей заявки в зависимости от конструктивных соображений для оптимизации с помощью новой системы преобразования энергии, чтобы сделать упор на различиях с обычным подходом.

[0061] В новой системе настоящей заявки существует значительно меньший захват тепловых нейтронов или замедление, демонстрируемые любым видом "бланкетов", или контейнеров, или оптимизированной структурой замедлителя/теплоносителя - жидкого или твердого (или даже оптимизированной системы газового теплообмена) - и, в принципе, все это может быть уменьшено до практически минимального или значительно близкого к нулю значения. Таким образом, утечка в тепловой области нейтронов и других частиц и волновой энергии из реакционного процесса сведена к минимуму, хотя она может быть сохранена для некоторых вариантов проекта в качестве части системы локального /местного управления скоростью реакции и баланса ввода нейтронов и величин индуцированного излучения.

[0062] Вместо этого применен процесс эффективной подачи, сбора и непосредственного преобразования энергии:

[0063] 1. Блок(и) выгорания ядерного топлива частично или полностью обеспечен(ы) в камере сбора частиц и фотонов, предпочтительно вблизи края такой камеры для обеспечения эффективной конструкции "труб" для частиц и фотонов.

[0064] 2. Подаваемые нейтроны (канал для тепловых и быстрых нейтронов для обеспечения смешивания и динамического регулирования) направляют к блоку выгорания топлива из наружного пространства блока.

[0065] 3. Камера предпочтительно является камерой низкого вакуума и может быть камерой низкого вакуума с инертным газом при низком давлении, или инертным газом под более высоким давлением, или смесью газов, и может быть оснащена насосным механизмом для создания динамики газового потока над блоком выгорания и установленными элементами и для регулирования теплового баланса топлива и блока выгорания.

[0066] 4. Система магнитных и тепловых экранов обеспечена для тех механических установленных элементов и функциональных блоков, которые связаны с блоком и установленными элементами и устройствами каналов подачи нейтронов; на другом конце камеры размещено сильное наложенное поле для дальнейшего отражения частиц и предотвращения их движения в том направлении.

[0067] 5. Блок расположен достаточно далеко от стенки камеры для того, чтобы обеспечить достаточную свободу для отклонения заряженных частиц утечки с помощью полей, обеспеченных и наложенных на том конце для той цели.

[0068] 6. Все поверхности покрыты или изготовлены как одно целое с теплоотражающими и светоотражающими материалами, такими как керамики (предпочтительно материалы с периодической структурой) для применения эффективных зеркал (причем все эти поверхности направлены внутрь камеры и их дополнительно охлаждают сзади/с наружной стороны камеры сбора) с помощью "многонаправленных" структур с запрещенной зоной (см. технологию компании Omniguide Corporation для программного обеспечения для моделирования фотонных кристаллов "идеального диэлектрического зеркала", которую используют для эксплуатационных требований по отражению и направлению высокоэнергетических фотонов к трубам коллектора солнечной печи (предпочтительно нескольким).

[0069] 7. Кроме того, поверхностям придают геометрическую форму для отражения и сбора нейтронов утечки. Так как нейтроны не имеют заряда, их направляют с помощью соударений с низкими потерями энергии (и в этом случае применяют керамики с крайне низким коэффициентом трения, которые также являются теплоизолирующими).

[0070] 8. Такие конструкции обычно имеют выпуклую форму, как можно ожидать, и для облегчения формирования из больших поверхностей оптически эффективных поверхностей в качестве подложки для создания топологии со сложными изгибами могут быть использованы натянутые композитные материалы. Собственно композитные материалы могут включать теплоизолирующие аэрогели (см. продукцию компании Birdair/Cabot Technologies Tensotherm) и могут быть покрыты и/или обработаны по поверхности используемыми компонентами из теплоотражающих и/или изоляционных материалов (герметизированные керамические порошки/нанопорошки) и материалов с фотонной запрещенной зоной или светоотражающих материалов.

[0071] 9. В термостойких растягивающихся мембранных структурах в проводящем контуре из тканого композитного материала могут быть использованы композитные материалы из высокопроводящих графеновых нанотрубок для облегчения обеспечения сложной или сглаженной формы магнитного поля и поддержки главных электромагнитных массивов с задней стороны. Кроме того, для обеспечения быстрой балансировки уровней мощности на магнитном сдерживании и анодных/катодных системах притяжения частиц могут быть применены быстроразряжаемые графеновые суперконденсаторы.

[0072] 10. Для этой структурной системы камера сбора может быть выполнена в форме множества сглаженных трехмерных "морских звезд" с множеством пар "труб" для выхода частиц во многих точках системы, что уменьшает нагрузку, которая в другом случае будет получена из одного или двух "труб" намного большего размера с применением магнитного и электрического сдерживания и системы подачи, благодаря чему в ином случае для систем с конструкцией из жестких панелей будет очень трудно достигнуть данных геометрических параметров. Использование множества труб меньшего размера означает, что отклонение потоков частиц на выходе из блока(блоков) выгорания в направлении катодных и анодных пластин, расположенных рядом с каналами выхода, сведено к минимуму, что уменьшает потери мощности в процессе непосредственного преобразования мощности.

[0073] 11. Каналы сбора оптической энергии, подобно каналам выхода частиц, выполнены во множественном числе и для них можно использовать любые из промышленных способов, применяемых в высокопоточных коллекторных системах солнечных печей для эффективной концентрации, направления и сбора продуктов реакционного процесса.

[0074] 12. Несущая способность облицовки натянутой стенки (перпендикулярное приложение силы) на один слой превышает пределы для требований по несущей способности покрытия натянутой мембранной кровли международного аэропорта Денвера. Несущая способность в резонансной система возрастает для каждого слоя из N слоев натянутой мембраны.

[0075] 13. Возможно использование магнитопроницаемых материалов для реализации эффективного пропускания создаваемых полей из внутреннего помещения и, что более важно, в пространство за натянутой поверхностью.

[0076] 14. За защищенными композитными материалами натянутой мембраны, массивами активных электромагнитов и пассивными магнитными материалами для направления потоков заряженных частиц применяют магнитное поле в форме "бутылки"/"трубы".

[0077] 15. Вместо натянутых мембран или совместно с ними могут быть использованы жесткие конструкции.

[0078] 16. Повторим всю схему: Используют трехкомпонентную систему для направления и сбора энергии заряженных частиц и электромагнитного излучения/фотонов И механическую систему направления и сбора энергии для нейтронов с целью преобразования в эффективный инерционный луч для сбора, концентрации и дальнейшего повышения/понижения частоты (в случае продукта реакции в виде электромагнитного излучения/фотонов) или отбора и притяжения с помощью заряженных "анодных" и "катодных" аналогов (полюсные приемники, пространственно разделенные в камере сбора) и сформированной полем "трубы" потоков частиц утечки из массы топливной композиции и направления указанных потоков в индукционный двигатель-генератор на заряженных частицах на основе тех же принципов (но которые могут быть рассмотрены как "обратные" по отношению к схемам ускорителей частиц), или они могут быть дополнительно помещены в "вигглер" частиц, что используют в лазерных системах на свободных электронах, но разработанные для работы с пучками частиц всех типов, причем инерционный пучок нейтронов отклоняют с помощью теплоотражающего трубопровода и низким коэффициентом трения либо обратно в собственно блок реактора, либо для совершения работы в системе прямого извлечения механической энергии, отдельно или совместно с газовой плазмой.

[0079] 17. Действие высокоэнергетических частиц, совершающих работу против приложенных полей управляемых электромагнитным полем путей обеспечивает преобразование энергии и отвод исходной тепловой энергии частиц, а также предотвращение преобразования энергии в тепловую энергию фотонов.

[0080] 18. Нейтроны механически направляют обратно в систему выгорания с изменением из энергетических уровней.

[0081] 19. Часть потока частиц может быть отклонена на любой удобной стадии (перед отводом/преобразованием с помощью серий катушек индукции в электрическую мощность и/или отвод/преобразование с помощью "вигглера" частиц в мощность лазерного излечения) обратно в трубопровод ускорителя и направлена в блок ядерного выгорания; то же для комбинации быстрых и тепловых нейтронов после отвода их высокоэнергетической части из процессов непосредственного индукционного производства электрической мощности и/или производства лазерного излучения.

[0082] 20. Солнечная печь, блоки сбора высокоэнергетических электромагнитных волн/фотонов обеспечивают выход волновой энергии на стадии переработки волновой энергии/энергии фотонов:

[0083] а. Эта стадия может состоять из разделения частот (отбора) с помощью множества призм повышенной прочности и других способов спектрального разделения, известных из существующего уровня техники, в т.ч. оптических компонентов с высокой устойчивостью к термическим нагрузкам для любой объемной/ высокоэнергетической выборки.

[0084] b. Дополнительно дальнейшее разделение нагрузки оптической мощности на множественные уровни объемных оптических каналов, при этом разделение продолжают до достижения энергетических уровней, которые обеспечивают практическое проникновение и передачу в оптические волокна для близкой или удаленной передачи.

[0085] с. Далее можно эффективно применять дополнительную модуляцию/смещение частоты/длины волны на оптимальных уровнях мощности (повышение или понижение частоты), на данном этапе синхронизировать полученное волновое излучение на удобные частоты, такие как околоинфракрасные и инфракрасные, которые могут быть "закачаны" в телекоммуникационную сеть и, таким образом, снизить потребляемую мощность для систем телекоммуникации.

[0086] d. Как отобранный, так и неотобранный когерентный световой поток, может быть более необходимым или предпочтительным, чем некогерентный. Могут быть осуществлены отбор и пассивное/активное когерентное выравнивание, включающее в себя использование фазовой пластинки/методов интерферометрии (Маха-Цендера и др.).

[0087] е. Дополнительно в качестве излучения "накачки" в лазерные устройства (крупномасштабные или множественные устройства малого размера в массивах) может быть введена "сырое" собранное волновое излучение, отобранное или неотобранное, для обеспечения когерентного светового излучения для телекоммуникаций или распределения сырой "обработанной энергии". Этот вариант не является предпочтительным из-за ожидаемых потерь при преобразовании.

[0088] f. Дополнительно необработанное полученное излучение (отобранное или неотобранное) также может быть направлено к системам фотоэлектрического преобразования. Эта возможность может быть предпочтительной, так как она обеспечивает использование любых наиболее подходящих доступных систем: массива фотоэлектрического типа для фотоэлектронного преобразования, но это менее предпочтительно из-за ожидаемой более низкой эффективности преобразования.

[0089] g. Предпочтительно для сбора, обработки и распределения полученного волнового излучения процесса ядерного выгорания, чтобы излучение было отобрано и уменьшено (в отношении мощности на канал) для увеличения количества тканых каналов меньшей модности для локального распределения или распределения на большое расстояние.

[0090] h. Оптическую энергию, независимо от прохождения через стадию когерентного преобразования, далее можно передавать "непрерывно" или в импульсном режиме при использовании оптоэлектронного/фотонного метода переключения для "разбивания" выходной мощности на дискретные порции.

[0091] i. Это, таким образом, обеспечивает и снабжает одну составляющую связанной полностью оптической системы распределения мощности в соответствии с отдельным изобретением автора настоящего изобретения.

[0092] 21. В индукционной системе производства электроэнергии электроны и протоны отбирают в отдельные линии обработки, в которых потоки частиц последовательно индуцируют ток в индукционных кольцах. Могут быть применены многие дополнительные элементы конструкции, известные из существующего уровня техники в области генерации электроэнергии и конструкции ускорителей, в т.ч. как линейная, так и нелинейная система (геометрических характеристик).

[0093] 22. Преобразование тепловой мощности, интегрированное как часть любой "рубашки" замедляющих материалов, которое может быть использовано как часть оптимальной конструкции блока выгорания, может быть применено с помощью реализации теплообмена при протекании горячего инертного газа над охлаждающими ребрами блока выгорания или в случае использования охлаждения жидкостью или расплавом через ограниченный контур, применяемый для той цели. Можно применять прозрачные аэрогели с высокой устойчивостью к термическим нагрузкам (цельные или порошковые) в качестве структурных/термических элементов блока выгорания и механических установленных элементов в качестве части решения направленного на механическую прочности на сжатие, легкий вес, тепловую изоляцию и оптическую прозрачность (которая может быть изменена за счет выбора типа аэрогеля и композитных материалов аэрогеля).

[0094] 23. Тем не менее значительная, если не большая, часть поверхности топливной матрицы будет иметь такую форму и расположена так, чтобы частицы и фотоны свободно утекали из топливного слоя. Таким образом, слой выгорания повернут в направлении точек контакта механических установленных элементов, которые для повышения эффективности представляют собой замедляющие материалы, и повернуты в направлении потока смеси инертного газа под низким давлении, а также экранирован с помощью наложенных магнитных полей в соответствии с необходимостью обеспечения пути наименьшего сопротивления для статистически вычисленных главных путей утечки частиц и фотонов, не поглощенных в "прокладках" замедлителя точек контакта механических установленных элементов.

[0095] 24. Формирование топливного слоя также может влиять на статистически усредненные и средние пути утечки частиц, что обеспечивает магнитное экранирование и стратегическое расположение электрических полей.

[0096] 25. Систему обычно приводят в действие с помощью источника расщепления наподобие свечи зажигания, в то время как определенную порцию необработанных "быстрых" нейтронов, отобранных и направленных на выход из камеры (камер) сбора, отклоняют и направляют на переработку обратно в блок выгорания; любой недостаток потока нейтронов компенсируют с помощью протонов, направляемых обратно в блок выгорания; порция тепловых нейтронов, чей избыток энергии был отобран в процессе преобразования, также подают в отдельный канал (каналы) в направлении блока для обеспечения регулируемого баланса ввода частиц для любой топливной системы.

[0097] 26. В других вариантах предлагаемой системы, в которых ядерный энергетический топливный цикл или процесс отличается от основных описанных типов другие частицы и вводимые элементы могут быть повторно использованы или введены в цикл из других источников, как может быть необходимо, но все это как часть прямого непосредственного сбора частиц и фотонов и ускорительной системы "циркуляции-рециркуляции".

[0098] 27. Дополнительно, когда работа системы может быть временно приостановлена для технического обслуживания, или для обеспечения текущего технического обслуживания блока выгорания при поломке реактора "STEM", или в качестве составляющей балансировки нагрузки в контексте энергетической сети, могут быть применены накопительные кольца синхротрона для отклонения части или всего номинального потока частиц и "запасания" мощности потоков частиц, произведенных реактором и собранных с помощью процесса сбора.

[0099] 28. Для более эффективного улавливания энергия потока нейтронов, в которых может не быть необходимости для пучка реактора STEM, в качестве альтернативы для индукционной системы генерации типа "обратного ускорителя" может быть применена электромеханическая система по типу "механическая часть + газоплазменный двигатель",

[0100] а. в котором "плазменное тело" на основе протонов (и других положительно заряженных частиц) создают в канале для частиц, обеспечиваемом реакционной системой, или в другом варианте множество каналов выхода могут быть совмещены, для этой цели используют либо частицы одинакового типа, либо более сложных типов, соединенные в структуре самостягивающегося разряда в плазме и применяемые в отдельных камерах сдерживания;

[0101] b. но в целом массу плазмы из положительно заряженных частиц и инерционную энергию нейтронов, для которых энергию и количество частиц обновляют по мере потребления потенциальной энергии при "работе плазменного двигателя", понижают (с помощью потока из каналов, обеспеченных камерой сбора), камера с магнитным поршнем возвратно-поступательного типа (для привода обычной системы генерации) или поверхность смещения типа двигателя Стирлинга для генератора типа двигателя Стирлинга; все поверхности покрыты магнитопроницаемой, теплоизоляционной керамикой с низким коэффициентом трения.

[0102] При добавлении к массе плазмы из заряженных частиц инерционной энергии пучка/потока нейтронов нет необходимости в их повторном направлении обратно в реактор.

[0103] d. Внутри этой "поршневой" камеры - от стенок и от облицовочной поверхности подвижного поршня - обеспечивают электромагнитные поля (с помощью электромагнитов/постоянных магнитов и др.).

[0104] е. Масса плазмы + поток нейтронов, обновляемые из реакторного источника, таким образом, затрачивают свою энергию в этом процессе преобразования электромагнитной энергии в механическую; так как энергетический уровень массы уменьшается и она охлаждается, камеру опорожняют и частицы, при необходимости, далее могут быть повторно использованы в системе циркуляции частиц.

[0105] f. После опорожнения камеры по мере охлаждения плазмы и нейтронов канал выхода обеспечивает отделение тепловых нейтронов от положительно заряженных частиц для повторного использования;

[0106] g. Часть "плазменный двигатель" этого целого "плазменного генератора пучка нейтронов", как очевидно, имеет более широкое применение при компактных размерах, а также больших формах, для систем, которые обеспечивают снабжение и создание тела плазмы из различных источников и способами, отличными от способов, показанных для других элементов настоящей предложенной системы в целом, которое отлично от того способа для системы ядерного реактора.

[0107] h. Также в качестве альтернативного дополнительного элемента конфигурации конструкции для систем, в которых существует значительный избыток доступных нейтронов, но в которых требования двойной системы луч/плазма не являются оптимальными для генерационной установки в целом, предложен вариант, в котором используют только высокомощный, но рассеянный пучок нейтронов, распределенный в поршневой системе с низким коэффициентом трения (т.е. с исключением плазменного компонента),

[0108] i. Еще одним вариантом конструкции, обеспечивающим меньшую потерю нейтронов, которые должны быть отклонены в термодинамически эффективной механической системе направления, является система, в которой потоки нейтронов из первого блока выгорания испытывают минимальное отклонение и простираются вдоль значительно прямых путей, и которые вводят во множественные другие камеры реактора/сбора, каждый в виде серий; при этом полезный избыток нейтронов применяют в конечной точке в прямой системе двигателя Стирлинга.

[0109] j. Дополнительно в камере сбора определенный процент механических поверхностей сформированы для двойного назначения с целью механического отражения нейтронов обратно к источнику.

[0110] k. Поверхность камеры сбора (либо с помощью системы натянутой мембраны, либо с помощь других механических поверхностей восприятия инерции) дополнительно и более предпочтительно является по существу гибкой и резонансно настроенной на скорость потока быстрых нейтронов, которые могут отражаться и рикошетить от стенок, которые поглощают энергию столкновений путем механического резонанса; такую резонансную энергию отводят через механическое средство связи механически вибрирующих частей на противоположной стороне камеры сдерживания, которые функционально связаны как части электромагнитных индукционных генераторных устройств, для которых известно много конфигураций из существующего уровня техники или которые могут быть усовершенствованы в будущем; арматура/приводы движутся через магнитный поля во многих микроиндукционных генераторах малого размера и, таким образом, обеспечивают индукцию электрического тока, который вносит вклад в совокупную электрогенерацию и общее эффективное преобразование энергии системы.

[0111] l. И, наконец, вместо одной или более других дополнительных элементов или совместно с ними и как можно выбрать на основании энергетических уровней полученных нейтронов, может быть использована более традиционная система преобразования тепловой энергии на основе жидкости/расплава или газа, в которой нейтроны обеспечивают нагрев промежуточного тела или структуры или объема газа или жидкости, которые далее обеспечивают движение турбины (в отличие от уже описанной предпочтительной системы типа двигателя Стирлинга либо в исключительно нейтронной, либо в системе с комбинацией газовой плазмы/нейтронов.

[0112] m. При потере эффективности по сравнению с поточной системой прямой индукции (описанной выше) система пригодна для механических систем генерации мощности, для которых необходимо производство механической работы в целом, а не единственно вращение компонента типа динамо-машины.

[0113] 29. Любые аспекты или компоненты конструкции реактора, которые известны из существующего уровня техники и которые могут быть перспективными или быть реализованными в будущем того, что сейчас (наконец) является динамичной областью, но на которые конкретно не ссылались в данном документе, не предназначены для обеспечения достаточности схемы за счет своего отсутствия, но в большей степени ожидают, что специалисты в данной области техники поймут соответствующее значение для других обычных компонентов многочисленных вариантов деталей и систем реактора и проекта энергоустановки, а также связанных с ними деталей и систем. Такие компоненты и задачи не изменяют крайне важных особенностей сущности и выгод систем, заключенных в настоящем проекте.

[0114] 30. Крайне важной особенностью системы является то, что она представляет собой непрямой и расщепленный процесс на реакторной стадии и пространственно разделенный вариант системы AD-SCR, в которой продукты реакции предпочтительно удаляют из топливной массы и системы выгорания так эффективно и так быстро, как это возможно, с минимальной потерей тепловой энергии частиц, а также малой потерей интенсивности волновой энергии фотонов и более прямым и эффективным преобразованием всех продуктов реакции любой реакторной системы.

[0115] 31. Из вышесказанного следует особая важность системы для рационального сбора и извлечения энергии, обеспечивающей переработку и извлечение продуктов распада в виде заряженных и нейтральных частиц, а также продуктов распада в виде электромагнитных волн/фотонов и направление тех высокоэнергетических продуктов к системам эффективного непосредственного преобразования и инерционно-массо-резонансного преобразования с повторным направлением части избыточных продуктов деления, при необходимости, обратно реакционный блок и/или источника для расщепления, если необходимо.

[0116] Для рассмотрения практических выгод перехода от преобразования тепловой энергии к прямому преобразованию и обработке полевой/волновой энергии частиц/фотонов важно отметить повышение эффективности, которое было достигнуто с помощью продуктов промышленных ускорителей и конструкций с 1990 г., а также серьезное уменьшение габаритов и затрат и улучшения объединенных взаимно-полезных устройств и процессов, в которых используют пучки частиц и высокоэнергетические лазеры (в основном, энергия обработки оптического излучения) для изготовления полупроводников и наноматериалов, материалов подложки, измерительных устройств, системы силовых установок космического корабля и медицинских устройств и многих других.

[0117] Эффективность промышленной, доступной в компактной форме распределенной системы ускорителя DISAC компании еМ Cube Corporation является показательной в плане улучшений в плане стоимости, эффективности и компактности ускорителей, и больше чем на 60% или в 10 раз эффективней более ранних технологий.

[0118] Как ожидают, показатели эффективности проекта "обратного" индукционно-поточного генератора настоящего изобретения могут значительно превышать эту цифру, которая сама по себе значительно больше, чем показатели эффективности обычных тепловых/турбинных систем Rubbia и других проектов AD-SCR-реакторов, которые в настоящее время возникают на их основе.

[0119] И основное число не включает и не принимает во внимание более высокие показатели эффективности, полученные за свет улавливания волнового/фотонного излучения и преобразования с помощью лазера на свободных частицах энергии заряженных частиц для потенциальной системы распределения оптической мощности с такими же низкими потерями, как и для сверхпроводящей генерации электрической мощности, которая, как ожидают, теоретически возможна.

[0120] Система с трубопроводом с крайне низким коэффициентом трения для повторного использования нейтронов с дополнительными инерционными системами преобразования мощности более мощными, чем обычные турбинные системы, могут быть исполнены во многих вариантах, помимо приведенных в данном документе для иллюстрации основного подхода, и которые сосредоточены в рамках основного предложенного класса решений.

[0121] При параллельном развитии компактных ускорителей, совершенствуемых в качестве составного элемента применения для применения в системах AD-SCR, существует ускорительная система EMMA ("электронная модель для многих применений"), разработанная в Великобритании, которую определяют как "немасштабируемый ускоритель с фиксированным полем и изменяемым градиентом" (NS-FFAG) и которая была публично представлена в 2011 г. под эгидой ThorEA (Ассоциации Ториевой Энергии, коалиции экспертов из нескольких университетов исследовательских институтов Британии).

[0122] Как видно из названия коалиции, с 1990 г. многое изменилось. В 2010 г. компания Aker Solutions (Осло, Норвегия), работающая совместно с Carlo Rubbia, завершила этап разработки своей программы "Управляемый ускорителем ториевый реактор".

[0123] Полезность всех структурных элементов улучшенной и более эффективной версии системы AD-SCR, с которой полностью осуществляют основные предпосылки оригинального изобретения в контексте побочной концепции конструкции подкритического реактора, которая, в то же время и как следствие и возможность для этой "расщепленной" и подкритической конструкции, сосредоточена на извлечении полной энергии и более высоких показателей эффективности преобразования энергии, чем для обычных турбинных систем преобразования тепловой энергии, которые являются просто пережитками и памятниками проектов критических реакторов, использующих деление урана, уход от которых специально обеспечивают для оригинальной системы AD-SCR "STEM".

[0124] II. Системы топливных циклов и материалов, применение: более легкие и более широко распространенные и многочисленные элементы в цепочке деления

[0125] В дополнение к намного более эффективным системам сбора и преобразования энергии и дополнительных элементов, предложенных в предыдущем разделе I, существуют другие ценные аспекты оригинального изобретения 1989/1990 г., опубликованного в 1990 г. которые не были обнародованы в то время и очевидно не были также реализованы.

[0126] Крайне важной особенностью более эффективных, но также более "непрямых" систем оригинального и настоящего изобретения является то, что они, таким образом, достаточно гибкие в конфигурации для обеспечения более широкого разнообразия сырьевых материалов и их утилизации, в частности, более легких элементов, которые также являются значительно более широко распространенными, чем торий (который, тем не менее, также является значительно более широко распространенным, чем уран, а также более дешевым и безопасным для обработка, и который является более безопасным в контексте отходов и производит больше мощности). Поскольку известно, что в то же время может казаться проще (и так и было) разработать реактор, использующий уран, так как он может в сущности самопроизвольно реализовать реактор даже в природе при надлежащих концентрациях и условиях. В свою очередь использование тория требует непрямого подхода, но обеспечивает превосходные результаты совершенно во всех остальных отношениях.

[0127] Показательно, что, кажется, ни Rubbia, ни Bowman в действительности не оценили этого более глубокого предвидения и в сущности остановились на самом основном варианте, но затем, понимая, что идея была бесплатно "роздана" сообществу, но в сокращенной форме без аспектов настоящего изобретения, совсем неудивительно, что то, до чего они догадались, было всего лишь двумя очевидными и конкретными применениями и вариантами реализации, вытекающими из оригинального изобретения.

[0128] Тем не менее оригинальное изобретение всегда было намного более важным и существенным, чем обнародованное описание.

[0129] Далее: цель оригинального изобретения, которое также послужило причиной обнародования, всегда состояла в том, чтобы страны, не имеющие широко распространенных залежей тория, могли использовать другие элементы в качестве сырьевых материалов для более эффективной и гибкой системы AD-SCR "STEM" настоящего изобретения в оригинальной версии 1990 г.

[0130] Дополнительные усилия и протяженность во времени для разработки систем более сложного и комплексного улавливания и извлечения энергии являются ключевым элементом в контексте компенсации меньшей энергопроизводительности, что справедливо для других сырьевых материалов при "обратном" движении вдоль кривой дефектов масс.

[0131] Если наложить карту, отражающую распространенность элементов в земной коре по атомному номеру, на кривую энергии связи нуклонов, то можно увидеть размещение многочисленных элементов-кандидатов, для которых процессы деления возможны и фактически конкретно обеспечены с помощью комплексной настоящей и оригинальной версий системы управляемого ускорителем подкритического реактора.

[0132] Целью настоящего изобретения не является анализ всех кандидатов на предмет из относительной эффективности в качестве кандидатов для воспроизводящей размножающей управляемой ускорителем и в целом поддерживаемой непрямым образом "накачиваемой" системы.

[0133] В целом, плюсы и минусы по сравнению с торием включают:

[0134] Недостатки:

[0135] 1. В целом можно ожидать, что система будет менее энергопродуктивной (хотя определенные планы реакционного процесса могут раскрыть другие возможности) с учетом системы сбора и преобразования энергии настоящего изобретения той же эффективности.

[0136] 2. Некоторые кандидаты могут быть приемлемыми кандидатами в качестве воспроизводящих источников для размножения делящихся изотопов, но продукты деления в других циклах могут производить радиоактивные продукты деления, которые сохраняют радиоактивность намного дольше, по меньшей мере без дальнейшей переработки в системе типа AD-SCR.

[0137] Преимущества:

[0138] 1. Более дешевые и более доступные и широко распространенные материалы.

[0139] 2. Потенциально ценные нерадиоактивные и сравнительно более редкие (и, таким образом, обычно очень востребованные рынком) элементы в качестве продуктов деления (следует понимать, что мгновенные продукты деления, которые быстро распадаются, производят другие элементы, которые могут быть ценными продуктами, а не отходами). Это может сделать систему настоящего изобретения экономически более эффективной для очень редких элементов в такой степени, чтобы фактически сделать ее своего рода технологическим способом производства материалов на основе синтеза.

[0140] 3. более легкие топливные компоненты, которые могут способствовать более легкой переработке и обращению.

[0141] 4. Более широко распространенные элементы, которые перерабатывают и обрабатывают в более широком масштабе для других промышленных процессов и технологий могут привнести намного больше сведений о переработке материалов и дополнительных способах, которые могут оказывать влияние на выгоды формирования и переработки материалов для использования в качестве топлива, что позволит обеспечить систему для производства топлива и энергии, которая будет намного более производительной, в т.ч. больше сведений о свойствах элементов в наномасштабных порошках и кристаллах, аэрозолях и др., которые могут обеспечить различные формы топлива и новые и более эффективные способы реализации этих материалов, изготовленных не в виде монолитов, а в виде наномасштабных композиций, единых или в комбинациях с метаматериалами, а также о подложках, эффективных для бомбардировки нейтронами.

[0142] 5. Дальнейшее эффективное использование сведений о реализации и переработке материалов, которые могут быть получены из использования более широко распространенных и известных элементов в качестве топлива, которые, тем не менее, являются кандидатами для размножения с помощью воспроизводящего материала, может включать реализацию композитных топлив не в чисто элементарной форме, но скорей в виде композитных материалов, разработанных для обеспечения более эффективных нуклонных взаимодействий посредством эффективного использования слабых взаимодействий или с учетом выгод от ориентации элементов в "фиксирующей" решетке. И это всего один пример дополнительных преимуществ от использования более известных систем материалов, которые могут обеспечить более эффективные реакционные процессы.

[0143] 6. Расширение сведений в области промышленной обработки фотонно-ионных взаимодействий может раскрыть способы усовершенствования реакционных процессов и конструкций реакторов, таких как потенциальное использование лазерно-стимулированных способов, включающих способы на основе сведений, полученных в области систем лазерного синтеза.

[0144] Это сравнение не предназначено для утверждения того, что, по сравнению с ураном, торий не является очевидным первым объектом такой системы, в соответствии с ожиданиями на основании изначального обнародования изобретения действительным изобретателем.

[0145] В значительной степени предполагают, что ценность настоящей и полной системы состоит в ее более высокой эффективности для тория, а также для раскрытия возможности метода и подхода, потенциально менее технически эффективных, но потенциально экономически конкурентоспособных, или в целом более выгодных, а также обеспечивающих все это без доступа к торию, которые могут обеспечить использование потенциально широкого диапазона элементов.

[0146] И в качестве еще одной стороны той гибкости использования топлива, существует потенциально ценный побочный продукт синтеза сравнительно редких элементов, которые иным образом имеют малую распространенность в природе или которые может быть намного более дорого и трудно получать путем добычи из горной породы, такие как определенные металлы и редкоземельные элементы.

[0147] Наконец, эта важнейшая характеристика настоящей системы, таким образом, предлагает применение настоящей системы эффективного сбора и преобразования для ядерного синтеза. Таким образом, продолжая предыдущую цепочку описания изобретения:

[0148] 1. Таким образом, эта форма системы сбора и преобразования энергии может также быть использована в системе реактора для синтеза. Повышение полной эффективности для этого дополнения может значительно изменить то, что можно назвать полной "точкой безубыточности" системы синтеза, с помощью применения основного повышения эффективности.

[0149] 2. Таким образом, предложенные способы, структуры и системы сбора и преобразования могут быть в равной степени расценены как в равной степени обеспечивающие новую категорию системы реактора для синтеза, адаптированную к различающимся деталям таких систем с меньшим количеством отличий в системах на основе излучения частиц и лазера, чем в системах типа "токамак", но тем не менее приспосабливаемых для схемы любой системы синтеза.

[0150] В целом, настоящее изобретение в первый раз с момента изобретения в 1989 г. полной системы и обнародования теперь известных основных компонентов управляемой ускорителем системы в 1990 г. представляет полную систему и все ее преимущества, которые, кроме того, дополняют очевидный случай для управляемых ускорителем реакторов на тории, который стал возможен благодаря обнародования первоначальному обнародованию изобретения около 25 лет назад, при этом изобретение открывает широкий мир вариантов топлива, синтеза редких элементов, способов преобразования мощности и станций распределения оптической энергии, а также обеспечивает потенциал уменьшения барьера для мощности синтеза с целью достижения безубыточных систем реакторов на тории и других реакторных систем типа AD-SCR "STEM" для обеспечения мира совершенно нового источника энергии, который:

[0151] - крайне широко распространенный

[0152] - абсолютно безопасный

[0153] - революционный в своей эффективности и потенциале для снижения стоимости энергии

[0154] - не изменяет химическое равновесие атмосферы, суши или моря

[0155] - и при этом, кроме того, обеспечивает возможность ликвидации радиоактивных отходов, которые лишили блеска достояние ранних первооткрывателей в области ядерной энергетики, которые дали нам так много и проложили путь в этом направлении.

[0156] Описанные выше система и способы были описаны в общих чертах для того, чтобы помочь понять детали предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения. В приведенном здесь описании представлены многочисленные конкретные детали, такие как примеры компонентов и/или способов, чтобы обеспечить полное понимание вариантов реализации настоящего изобретения. Таким образом реализованы некоторые характеристики и преимущества настоящего изобретения и они не являются необходимыми для каждого случая. Тем не менее специалист в соответствующей области техники определит, что вариант реализации изобретения может быть практически реализован без одной или более конкретных деталей или с использованием других аппаратов, систем, сборок, способов, компонентов, материалов, частей и/или подобных объектов. В других примерах известные структуры, материалы или операции специально не показаны или не описаны в подробностях во избежание неясности аспектов вариантов реализации настоящего изобретения.

[0157] Во всем объеме этой спецификации обращение к выражениям "один вариант реализации", "вариант реализации" или "конкретный вариант реализации" означает, что конкретный элемент, структура или характеристика, описанная в соответствии с вариантом реализации, включена по меньшей мере в один вариант реализации настоящего изобретения и необязательно во все варианты реализации. Таким образом, соответственные появления фраз "в одном варианте реализации", "в варианте реализации" или "в конкретном варианте реализации" в различных местах во всем объеме этой спецификации необязательно соответствуют одному и тому же варианту реализации. Кроме того, отдельные элементы, структуры и характеристики любого конкретного варианта реализации настоящего изобретения могут быть объединены любым подходящим образом с одним или большим количеством других вариантов реализации. Следует понимать, что возможны другие варианты и модификации вариантов реализации настоящего изобретения, описанных и проиллюстрированных в настоящем документе, с учетом принципов, приведенных в настоящем документе, и их следует рассматривать как часть существа и объема настоящего изобретения.

[0158] Также следует принять во внимание то, что один или более элементов, изображенных на чертежах/фигурах, также могут быть применены в более обособленном или комплексном виде или даже быть удалены или представлены в определенных случаях как недействующие и как полезные в соответствии с конкретным применением.

[0159] Кроме того, любые стрелки связи на чертежах/фигурах следует рассматривать только как приведенные в качестве примера без ограничения, если специально не указано иное. Кроме того, термин "или" в соответствии с использование в настоящем документе в целом предназначены для обозначения "и/или", если не указано иное. Комбинации компонентов или стадий также следует рассматривать как указано в тех случаях, когда неизвестно заранее, соответствует ли толкование разделению или обобщению.

[0160] Как принято в описании в настоящем документе и во всем объеме формулы изобретения, приведенной далее, слова в единственном числе включают обращение к словам во множественном числе, если из контекста явно не следует иное. Как принято в описании в настоящем документе и во всем объеме формулы изобретения, приведенной далее, значение слова "в" включает "в" и "на", если из контекста явно не следует иное.

[0161] Дальнейшее описание проиллюстрированных вариантов реализации настоящего изобретения, включающее то, что описано в разделе "Реферат", не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или для ограничения изобретения однозначными формами, описанными в настоящем документе. Так как конкретные варианты реализации и примеры изобретения описаны в настоящем документе только с целью иллюстрации, то возможны различные эквивалентные модификации, соответствующие существу и объему настоящего изобретения, так как специалисты в соответствующей области техники их определят и примут во внимание. Как было указано, эти модификации могут быть применены к настоящему изобретению с учетом дальнейшего описания проиллюстрированных вариантов реализации настоящего изобретения и которые должны быть включены в соответствии с существом и объемом настоящего изобретения.

[0162] Таким образом, так как настоящее изобретение было описано в настоящем документе со ссылкой не конкретные варианты его реализации, то модификации, различные изменения и замещения в широком диапазоне предназначены для дальнейших описания изобретения, и следует принять во внимание, что в некоторых примерах некоторые характеристики и варианты реализации изобретения применены без соответствующего использования других характеристик без отступления от установленных существа и объема изобретения. Следовательно, могут быть реализованы многие модификации для адаптации к конкретной ситуации или материалу в соответствии с существом и объемом настоящего изобретения. Предполагают, что изобретение не ограничено конкретными терминами, используемыми в дальнейшей формуле изобретения и/или конкретными вариантами описанными реализации в качестве лучшего способа, предусмотренного для реализации этого изобретения, но что изобретение включает любые и все варианты реализации и эквиваленты в соответствии с объемом приложенной формулы изобретения. Таким образом, обзор изобретения будет определен единственно с помощью приложенной формулы изобретения.

Заявленное изобретение относится к управляемому ускорителем подкритическому реактору. Заявленное изобретение включает систему со значительно более эффективным ториевым циклом в одной конфигурации, более энергопроизводительную систему уменьшения ядерных отходов, управляемые ускорителем системы для других элементов - кандидатов для воспроизводства и деления, и может быть применено для систем синтеза (для замещения блока деления в предлагаемом классе и категории систем) таким образом, что возможно понижение точки безубыточности для таких систем. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования оптической мощности в электрическую и оптимизация распределения мощности в реакторе. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы управляемого ускорителем подкритического реактора, который включает в себя активную зону подкритического ядерного реактора, соединенную с высокоэнергетическим ускорителем частиц,

при этом активная зона подкритического ядерного реактора включает в себя топливо, достигающее критического отклика на множество нейтронов и производящее множество продуктов реакции,

причем топливо расположено в системе сдерживания, а способ содержит операции, согласно которым:

a) обеспечивают выход множества различных классов продуктов реакции из системы сдерживания и

b) улавливают указанное множество различных классов продуктов реакции с использованием множества каналов сбора,

причем определенный канал сбора связан с определенным классом продукта реакции и настроен для улавливания своего определенного класса продукта реакции.

2. Способ по п. 1, в котором указанное множество различных классов продуктов реакции включает один или более классов, выбранных из группы, состоящей из класса электромагнитного излучения, класса излучения заряженных частиц, класса излучения нейтральных частиц и их комбинаций.

3. Способ по п. 2, в котором указанное множество каналов сбора включает один или более каналов, выбранных из группы, состоящей из канала сбора оптической энергии, канала сбора электростатической/магнитной энергии и канала сбора механической энергии и их комбинаций.

4. Способ по п. 3, в котором один определенный канал сбора связан с одним определенным продуктом реакции, причем

любой указанный канал сбора оптической энергии связан с любым классом электромагнитного излучения,

любой указанный канал сбора электростатической/магнитной энергии связан с любым классом излучения заряженных частиц и

любой указанный канал сбора механической энергии связан с любым классом излучения нейтральных частиц.

5. Способ по п. 3, в котором указанная группа дополнительно содержит обратный канал, возвращающий класс продукта реакции обратно в систему сдерживания.

6. Способ по п. 4, в котором указанная группа дополнительно содержит обратный канал, возвращающий класс продукта реакции обратно в систему сдерживания.

7. Управляемый ускорителем подкритический реактор, который включает в себя активную зону подкритического ядерного реактора, соединенную с высокоэнергетическим ускорителем частиц,

при этом активная зона подкритического ядерного реактора включает в себя топливо, достигающее способности критического отклика на множество нейтронов и производящее множество продуктов реакции,

содержащий:

a) систему сдерживания для топлива, включающую множество выходных каналов, каждый из которых обеспечивает выход различного класса продуктов реакции из топлива; и

b) множество каналов сбора, причем определенный канал сбора связан с определенным классом продукта реакции и каждый указанный канал сбора настроен для улавливания своего определенного класса продукта реакции.

8. Реактор по п. 7, в котором указанное множество различных классов продуктов реакции включает один или более классов, выбранных из группы, состоящей из класса электромагнитного излучения, класса излучения заряженных частиц, класса излучения нейтральных частиц и их комбинаций.

9. Реактор по п. 8, в котором указанное множество каналов сбора включает один или более каналов, выбранных из группы, состоящей из канала сбора оптической энергии, канала сбора электростатической/магнитной энергии и канала сбора механической энергии и их комбинаций.

10. Реактор по п. 9, в котором один определенный канал сбора связан с одним определенным продуктом реакции, причем

любой указанный канал сбора оптической энергии связан с любым классом электромагнитного излучения,

любой указанный канал сбора электростатической/магнитной энергии связан с любым классом излучения заряженных частиц и

любой указанный канал сбора механической энергии связан с любым классом излучения нейтральных частиц.

11. Реактор по п. 9, в котором указанная группа, кроме того, содержит обратный канал, возвращающий класс продукта реакции обратно в систему сдерживания.

12. Реактор по п. 10, в котором указанная группа, кроме того, содержит обратный канал, возвращающий класс продукта реакции обратно в систему сдерживания.