Термоядерный реактор

Союз Советских СоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 496889 Ф(22) Заявлено 05 Д 173 (21) 1967899/26-25с присоединением заявки ИоГосударственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(54) ТЕРМОЯДЕРНЫЧ РЕАКТОР Изобретение относится к проблемеуправляемого термоядерного синтеза иможет быть использовано при разработке конструкции термоядерных реакторов.Известен термоядерный реактор, содержащий магнитную ловушку, поглотитель из литияили литийсодержащеговещества Г, в котором нейтроны изплазмы взаимодействуют с литием посхемеп - + Т Ф Не + 4,8 мэВЭто позволяет воспроизводить газообразный тритий для последующего его 15использования в цикле термоядерногореактора,.Непроизводительные потери нейтро-,нов (10) компенсируются применением размножителей, например бериллия, вольфрама, молибдена, которыепод действием быстрых термоядерныхнейтронов испускают добавочные нейтроны в результате реакции (и, 2 п).Недостатком этого устройства яв сляется сравнительно малая эффективность замедления нейтронов вилиГ. Это приводит к необходимостиувеличивать толщину слоя поглотителя,до 1-1,5 м, чтобы уловить весь поток З 0 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 иэ 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 мелкодисперснымили расплавленным дейтеридом лития,имеющих стенки, обращенные внутрьловушки, выполненные из вещества,размножающего нейтроны, например изьклибденаили урана, причемконтейнеры одной группы охватываютсоленоиды ловушки, а контейнеры другой группы расположены таким образом,что запирающие электроды находятсямежду контейнерами и рабочим объемомловушки.Для Моют число нейтронов вторичного потока определяется следующимуравнением:й й (2 - ехрпо),где й - первичный поток термоядерных нейтронов с 15энергией 14,1 МэВ,б=4 ф 10 см - сечение реакции Мо3(и2 п),и =бф 10 см - число атомов Мо в 1 см,о- толщина слоя размножителя, см.Отсюда следует, что для толщиныслоя= 1 см первичный поток нейтронов увеличивается на 21, для2 см - на 38, для= 5 см - дна 70.Д, 0258йНо 4,45 - 345 ехр (Впо т)где Ю =1,1310 см- сечение реакцииделения Онейтронами сэнеРгией 14,1 МэВ,пр 4 ф 8 10 смщ 1 см, Н = 1,17 й2 см, И = 1,35 М(.щ 5 см, М=1 ю 81 йоВ результате дополнительного замедления быстрых нейтронов на атомахдейтерия в дейтериде лития средняядлина замедления до тепловых энергий,а следовательно, толщина слоя поглотителя сокращается до 10-30 см. Одновременно с воспроизводством тритияосвобождается химически связанныйс атомами лития дейтерий и газообразная смесь 50 Т, 50 Р может быть выведена из мелкодисперсного (или находящегося в расплавленном состоянии)(в Р, Состав газообразной смеси является оптимальным для использования в термоядерном реакторе синтеза.На чертеже изображена часть ограничивающей плазму поверхности термоядерного реактора.На чертеже показаны стенки 1 термоядерного реактора, соленоиды 2электромагнитной ловушки, создающиеостроугольную конфигурацию магнитного поля, магнитные поверхности 3,отделяющие плазму от вакуумного магнитного поля, электроды 4, запирающие магнитные щели электромагнитной р)ловушки, плазма 5, оболочка б контейнеров, слой размножителя 7 нейтронов, дейтерид лития8, кожух 9тепловой защиты соленоидов, каналы10, соединяющие контейнеры с внеш- у 5 ними 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-б, 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 литияв расплавленном состоянии. С потоком теплоносителя захватываются и выносятся дейтерий и тритий. В регенераторах происхоцит их выделение из расплава и очистка от примесейОчищенная газообразная смесь 50 Т, 50 Д поступает в плазму термоядерного реактора, где ионизируется, нагревается и снова поступает в реакцию (ДТ).Формула изобретенияТермоядерный реактор, содержащий электромагнитную ловушку с соленоидами и электродами, запирающими выход электронов через магнитные щели ловушки, и поглотитель из литийсодержащего вещества,о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью упрощения и уменьшения габаритов конструкции, поглотитель выполнен в виде двух групп контейнеров с мелкодисперсным или расплавленным дейтеридом лития, имеющих стенки, обращенные внутрь ловушки, выполненные из вещества, размножающего нейтроны, например из молибденаили урана, причем контейнеры одной группы охватывают соленоиды ловушки, а контейнеры другрй группы расположены в зоне магнитных щелей ловушки таким образом, что запирающие электроды находятся между контейнерами и рабочим объемом ловушки.496889 Тираж 885 Подписное ПНИИПИ Государственяого комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5