333890

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДНЕЛЬ авиоимое от авт. свирид тельств Ф..Кл, Н 051 т 1/18 6 21 Ь 1/00 явлено 22,Ч 111.1969 ( 1347761/26-25) рисоединением зая,и омитет по дел П риор итет -зобретеиий и открытий при Совете Мимистро СССРУДК 537.523.74:621.039.6 (088.8) публиковано 08.1.19 ата опублнковання Бюллетень6сания 27.Ч 1.1973 Авторизобретен Л, Капица зических проблем АН С явитель исти ПЕРАТУРНОЙ УСТРОЙСТВО ЛУЧЕНИЯ ВЫСО ПЛАЗМЫеобходнмых дл чя получения те астройюи попереч 1Изобретение относится к устройствам для получения и управления плазмой с помощью ее опраничения и напрева внешними высокочастопными электрома 1 говиппньвми полями, например для ядерного аинтеза, т. е, к термоядерным реакпорам. Одна 1 ко йримененне устройств, выполненных в соответствии с настояшим изюбретевием, не опраничи 1 вается термоядерньпми реакторами. Они могут широко иснользэваться для получения вьвсокотемпаратурной плазмы, в частноспи, при физичесюих исследованиях ее овойст 1 в и характвристик,Известны устройства для получения плазмы, с целью мзучения и осуществления термоядерной реакциями, в которых резонатор, заполненный соо пветствующей средой, например смесью дейтерия с тритием, возбуждается высокочастотной элекпромагнипной энергией; раоочая среда находится пад твизким давлением. Для таюих успройств характерны недостатки, связанные с проблемой удержавия плазмы и необходимостью подавления разного рода неустойчивостей. Это не позволяет получать стационарную,высокотемпврату 1 рную плазму.Извес пны также устройспва, например плазменные горелюи, в которых для получения плазмы используется газ под выооюим давлением, вращающийся дланя стабидизации дугового разряда. Однако в эпих устройспвах разряд не локализован, вследствие чего не удаепся достичь высоких температур, няиоследования и тем более д, рмоядерных реакц(ий.Цель изобретения - уотранить неустойчи 5 вости извеспных термоядерных установок о 1получить стационарную выссткотемпературнуюплазму,Это доспигается использованием высокочастотного объемного резанатора, отличитель 10 ной особенностью которого является локализация областями макоималыного электровчеокогополя в целральной часви резонатора, и одно,временным иопользованием средств, обеспечи(вающих вращательную цифркуляцию рабочей15 ореды - газа, занимающего объем резонатораи находящегося под давлением, достаточнымдля вязкостного течения газа.Для упрощения изготавления н нустройства резонатор имеет круговое20 нюе сечение.С целью уменьшен 1 ия тарцовых потерь энер.гин резонатор выполнен в виде тороида.Кроме того, ус 7 ройспво содернеит средствадля создания в резонаторе постоянного маг 25 нитного поля пипа магнитной ловушюи дляплазмы, Этю улучшает термоизолян 1 ию плазмы,оообен 1 но ее ионной компонентьнДополненительный нагрев плазмы, особенноее ионной компоненты, обеопечивается тем, чтоЗ 0 устройство снабжено аредспвамп для созданняо,езно мощности 10 55 50 65 внутри резонатора нестационарново магнитного поля, возбуждающего,в плазме магнитоакусппческпе ко,еб .Для уме Пе 5 "с 1 рсивек х Отерч особеи при тсрчоядо 1 ом сизе, успрой. ство имеет средства, обвспс воце в резонаторе давление рабочей среды, достаточое для ноглощеняя энергии, уносимой из плазмы нейт 1 рон ами.В состав рабочей среды могут входить дейтерий, смесь дейтврия с тритивм, пары ли"пия и другие вещества, способные к образованию частично или полностью ионизврованной плазмы в используемом диапазоне температур,На фиг, 1 дано успройство с цилиндрчеспим резонато 1 ром, продольный разрез; фиг, 2 - то же, с торсидалыным резонатором; фиг. 3 - устройство с цилиндричесиим резонатором, снабженное соленоидом, создающим постояиное магнитное поле; фиг, 4 - устройство с тороидальным резонатором, анаб кенное соленоидом, постоянное магнитное поле которого улучшает терьиизоляцию плазмы; фиг, 5 - устройство, аналопичное зображениому на фиг, 3, с катушками дополнителыного нагрева алазмы; фиг. 6 - успройство, аналопичное изображенному на фиг, 4, с катушками дополнительнного нагрева плазмы,В резонаторе 1 цилнедр еской формы возбуждают колебания типа Ео, или оолее высоких мод, в тороидалыном резонаторе - колебания электрическово типа. При этом в центральной части резонатора образуется свободно парящий разряд 2. В цилиндричвском резонаторе разряд имеет преимущеспвенно элипсондалыную форму, переходящую в шнуровую с хорошо очерченными границамп, а в тороидалыном он имеет вид заминутого кольцевого шнура, находящегося в центре резонатора, что устраняет торцовые пестери энвргии. Мощность подводится по высокочастопному тракту 3, например по коаксиальной лпии. Бсплывание разряда, обуяловлевное действием архимедовых сил, првдотвращается вращательной циркуляцией газа, возкающей при подаче его по соплам 4 в резонатор. Вращение газа вокруг оси разряда обеспечивается тангенциальной ориентацией сопел. Поток газа выходит через отводы б. Постоянное мачтпое поле внупри резонатора создается солеисидами б, Изменяющуюся составляющую поля создает катушка 7,В раз 1 рядах благодаря тому, что они совсем не касаются стенок резонатора, получается полностью ионизированная плазма. Даже прн малых размерах разряда температура достаточно высока, чтобы в смеси газа происходил синтез, например, в смеси кислорода и азота или водорода и азота получалась окись азота или аммиак, При увеличании размеров резонатора и шнурового разряда температура плазмы повышается до величины, достаточной для того, чтобы в дейтерий или смеси дейтерия с тритивм илн другпми газами произошла термоядерпая реакция и возникло нейтронное пз 15 20 25 30 35 40 45 50 4;учение. При повышении температуры и давле,иия газа .интенсивность тврмоядорной реаиции возрастает, ц пхчученное нейтронное излученн может быть использовано для генарироваДальнейшее повшвнпе гвмпературы плазмы в разряде достигается помещением его в постояное ыагнтное пароле соленоидов б, так как это уменьшает теплонроводность плазмы и увеличивает эффективность ее нагрева высоко- частотным полем.В случае, когда требуется дальнейшее повышение температуры, дополНительный наирев плазмы может, быть создан либо мапнвтоакустическими колебанияли, либо периодическим адиабатичесьзим сжатием. Это достигается твм, что на постоянное магнитное поле в том же направлепии накладывается составляющая поля, которая пвродичвски изменяется по силе. Тогда на поверхности плазмы вознкают изменения в давлении, пропорционалыные величне постоянного поля и величи не его изменения. Если по катушке 7, создающей переменную составляющую поля, течет переменный ток соответспэующей частоты, в ,разряде образуются магнитоакустичеаиие волны. Если же,в катушку поступают сильные импульсы, то происходит адиабатичвакое сжатие шнура.При использовааии описанного устройства в термоядерном реакторе необходимо отвести мощность, выделяемую при термоядерной реакции, Для этого давлвние газа повышают настолько, чтобы испускаемые плазмой нейтроны не покидали рабочего объема и отдавали значтелыпую часть своей энврпии молекулам газа, окружающего разряда. При этом резонатор необходимо поместить внутрь контейнера из более прочного материала, например из аустеитно стали, а устройство дополнить внешним контуром, напримвр, содержащим газовую турбину и ксмиреасор. В турбине нагретый газвыходящий,из контейнера, адиабатически расширяется, а в комирессоре изотермически сжимается до рабочего давлвния,в контейнере, куда сн снова поступает, Мощность турбины, за вычетом мощности, потребляемой компрессором, реализуется в генераторе и направляет. ся в электрическую цепь для иопользования.Повышение к. и. д. успройства можно достигнуть применением для создания постоянного магиитного поля вместо обычного соленоида сверхпроводящий. Предмет изобр етеч ия 1. Устройство для получения высокотемпературной плазмы, предназнаученное для изучения и осущвствления термоядерных 1 реакций, содержащее резонатор, заполненный рабочей созрелой, наиример смесью дейтврия с тритием, и схему подвода к резонатору высокочастотной электромагнитной энерпи, отличающееся тем, что, с целью повышвния устойчивости плазмы н увеличения ее температуры, резонатор и схе333890 5 А-А А г. ма подвода энергии выполноны так, что возбуждаемое в резонаторе электромапнитное поле характеризуется локализацией в центральгой асти резонатора обласзи максийального э екрического поля, причем резоиатор содержи г средства, осуществляощие вращательиую циркуляцию среды, находящейся под давлением, достаточным для обеспечения ее вязкостного перемещения.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью упрощения изготовления я вастроки устройства, резонатор имеет круговое оперечное сечение.3. Устройство по и, 2, отличаощееся тем, что, с целью умеиьшения торцовых потерь эиерпии, резонатОр выполонен в виде тороида.4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что, с целью улучшения термаизоляции блззмы, ОсОбснО ее иВно компоисТь, устроство содержит средства для создания в резонаторе постоянного магипного пароля типхягнято лову,пки для плазмы,в 5. Устноство по пи. 1 - 4, отличающееетем, что, с целью дополатенного напрев:,плазмы, особенно ее ионной компоненты, оносодержит средства для создания внутри резонатОра нестационарного мапнитного поля,10 обеспечивающего возбуждение в плазме магитоакустическх колебании.6. Устройство по пп. 1 - 5, отличаюиееся тем,что, с целью уменьшения эщргепических потерь, особено при реализации термоядернох5 ситеза, устройство анабжео средст 1 вам,обеспечиваощими в резоцатсре давление рабочей среды, достаточное для поглощенпяэнергии, уосимой из плазмы нейпронами, 333890333890 ыг.о Заказ 1040 Изд. зак. 1090 Тираж 755ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете МиниМосква, )К.35, Раугиская паб., д, 4/5 Подписаоов СССР Загорская типограф и Составитель Е. Буряк едактор В. Диоооес Текрсд Т. Курилко Корректор Н. Ау