Термоядерный реактор Советский патент 1980 года по МПК H05J1/00 F03J1/00 

Изобретение относится к проблеме управляемого термоядерного синтеза и может быть использовано при разработ ке конструкции термоядерных реакторов. Известен термоядерный реактор, со держащий магнитную ловушку, поглотитель из лития-6 или литийсодержащего вещества LiF, в котором нейтроны из плазмы взаимодействуют с литием по схеме ,8 мэВ Это позволяет воспроизводить газо образный тритий для последующего его использования в цикле термоядерного реактора. .Непроизводительные потери нейтронов () компенсируются применением размножителей, например бериллия, вольфрама, молибдена, которые под действием быстрых термоядерных нейтронов испускают добавочные нейтр ны в результате реакции (п, 2п). Недостатком зтого устройства является сравнительно малая эффективность замедления нейтронов в Li или LiF. Это приводит к необходимости увеличивать толщину слоя поглотител |ДО 1-1,5 м, чтобы уловить весь пото термоядерных нейтронов. Кроме того, воспроизводится лишь одна компонента термоядерного топлива-тритий, в то время как оптимальный состав термоядерного горючего включает 50% трития и 50% дейтерия. Недостающий газообразный дейтерий должен храниться в отдельных баллонах и с помощью специального смесителя подмешиваться в нужной пропорции к воспроизводимому тритию. Все это определяет большие габариты и сложность конструкции реактора. Эти недостатки оказываются особенно существенными при применении электромагнитных ловушек с теплоизоляцией высокотемпературной плазмы слоем комбинированных электрических и магнитных полей, имеющих целый ряд преимуществ по сравнению с ловушками с магнитной теплоизоляцией, главное из которых - снижение критических размеров термоядерного реактора. Цель изобретения - упрощение конструкции и уменьшение габаритов реактора. Для этого в предлагаемом устройстве поглотитель выполнен в виде двух групп контейнеров с мелкодисперсным или расплавленным дейтеридом лития, имеющих стенки, обращенные внутрь ловушки, выполненные из вещества, размножакицего нейтроны, например из мсшибдена-100 или урана-238, причем контейнеры одной группы охватывают соленоиды ловушки, а контейнеры дру гой группы расположены таким образо что запирающие электроды находятся между контейнерами и рабочим объемо ловушки. Для число нейтронов вторич ного потока определяется следующим уравнением: N,,2 - ехр(г,По1), первичный поток термоядерных нейтронов с „ энергией 14,1 МэВ, см - сечение реакции Мо 22 (. 2п). п б«10 число атомов Мо в 1 L - толщина слоя размножителя , см. Отсюда следует, что для толщины слоя L 1 см первичный поток нейтронов увеличивается на 21%, для L 2 см - на 38%, для L 5 см - на 70%. Для и N . NO 14, 45 - 3,45 ехр (bf п L ) , ,13-10 сечение реакци реакции деления U нейтронами с энергией 14,1 М 22 л . 4,В-10 см , 1 см, N 1,17 2 см, N 1,35 Nj L 5 см, N 1,81 NO В результате дополнительного замедления быстрых нейтронов на атома дейтерия в дейтериде лития средняя длина замедления до тепловых энерги а следовательно, толщина слоя погло тителя сокращается до 10-30 см. Одн временно с воспроизводством трития освобождается химически связанный с атомами лития дейтерий и газообра ная смесь 50% Т, 50% D может быть в ведена из мелкодисперсного (или находящегося в расплавленном сосасояни . Состав газообразной смеси является оптимальным для использования в термоядерном реакторе синтеза На чертеже изображена часть огра ничивающей плазму поверхности термо ядерного реактора. На чертеже показаны стенки 1 тер моядерного реактора, соленоиды 2 электромагнитной ловушки, создающие остроугольную конфигурацию магнитно го поля, магнитные поверхности 3, отделяющие плазму от вакуумного маг нитного поля, электроды 4, запирающие магнитные щели электромагнитной ловушки, плазма 5, оболочка б контейнеров, слой размножителя 7 нейтронов, дейтерид лития-6 8, кожух 9 тепловой защиты соленоидов, канаты 10, соединяющие контейнеры с внешними системами подачи теплоносителя и регенерации топлива. Устройство работает следующим образом. С помощью источников заряженных частиц, установленных на запирающих электродах 4, через магнитные щели внутрь объема, ограниченного магнитными поверхностями 3, инжектируются потоки высокоэнергетичных электронов и ионов. Заряженные частицы накапливаются в объеме между магнитными поверхностями, образуя высокотемпературную плазму 5. Теплоизоляция плазмы от. стенок камеры осуществляется с помощью собственного электрического поля плазмы, образованного объемным зарядом электронов (образуется внутри объема потенциальная яма для ионов), и комбинированных внешних электрических и магнитных полей, которые удерживают электронную компоненту плазмы. Первичный поток нейтронов из плазмы с энергиями 14,1 МэВ (реакция ДТ) попадает в слой размножителя 7 и увеличивается на 20-80% в зависимости от толщины слоя. Вторичный поток нейтронов из слоя размножителя замедляется и поглощается в дейтериде лития-6, воспроизводя тритий и освобождая дейтерий, химически связанный с литием. Контейнеры с воспроизводящей средой связаны с внешними теплообменниками и регенераторами горючего (на чертеже не показаны) с помощью каналов 10. Через эти каналы производится прокачка теплоносителя, которым может также являться и дейтерид лития-6 в расплавленном состоянии. С потоком теплоносителя захватываются и выносятся дейтерий и тритий. В регенераторах происходит их выделение из расплава и очистка от примесей. Очищенная газообразная смесь 50% Т, 50% Д поступает в плазму термоядерного реактора, где ионизируется, нагревается и CHOBci поступает в реакцию (ДТ) . Формула изобретения Термоядерный реактор, содержащий электромагнитную ловушку с соленоидами и электродами, запирающими выход электронов через магнитные щели ловушки, и поглотитель из литийсодержащего вещества,о тличающийся тем, что, с целью упрощения и уменьшения габаритов конструкции, поглотитель выполнен в виде двух групп контейн€ ров с мелкодисперсным или расплавленным дейтеридом лития, имеющих стенки, обращенные внутрь ловушки, выполненные из вещества, размножающего нейтроны, например из молибдена-100 или урана-238, причем контейнеры одной группы охватывают соленоиды ловушки, а контейнеры другрй группы расположены в зоне магнитных щелей ловуиши таким образом, что запирающие электроды находятся между контейнерами и рабочим объемом ловушки.