Термоядерний реактор

Патент "Термоядерний реактор" UA №76788 C2 (2006р.)
Патент "Термоядерний реактор" UA №84514 (2008р.)

Пропонується виготовити перший у світі діючий термоядерний реактор: термін – 3 роки, бюджет – $15 млн, окупність – 1 рік. Обсяг монопольного ринку від продажу ноу-хау, технологічних та конструктивних рішень – десять мільйонів доларів. Отже, потенційний конкурент - проект ITER: термін - 2016 рік, бюджет - $ 16 млрд. Виявляється не конкурентним за цими показниками, а про окупність конкурента і годі й говорити, оскільки проект ITER, за висновками багатьох експертів, безперспективний. Остання підтверджується і наступним.

Загальновідомо, що на шляху вирішення проблеми керованого термоядерного синтезу (УТС) стоять умови критерію Лоусона. Відповідно до цього критерію необхідно забезпечити певні значення величин: щільність частинок-ядер (n), час їх утримання (τ) та температуру (T). Так, наприклад, для дейтерій-тритієвої реакції необхідно забезпечити:

n τ = с/ і T = K

Внаслідок того, що важливим є власне твір nτ, є свобода вибору: або має бути розріджена плазма і великий час утримання, або навпаки – надщільна плазма і малий час утримання. Наприклад, для отримання 10⁶ кВт потужності є варіанти:

а) об'єм плазми 100 м³, n = 10¹⁴ 1/ і τ ≥ 1 c;
б) об'єм плазми 1 м³, n = 10²⁰ 1/ і τ ≥ 10^-6 c;
в) обсяг плазми 10^-9 м³, n = 10²³ 1/ і τ ≥ 10^-9 c;

Ці співвідношення загальновідомі [1, стор 696], але жодне з них практично не реалізовано.

Нижче буде доведено, що умови критерію Лоусона без складнощів реалізуються у пропонованому термоядерному реакторі, який схематично зображений на фіг. 1. Основу його становить вакуумна 1 камера у формі псевдосфери. Псевдосфера – це просторова форма, яка інтегрує у собі просторові уявлення більше двох тисячоліть – від геометрії Евкліда (III ст. до н.е.) до геометрії Лобачевського (XIX ст.) [2 стор. 822-829].

Фіг. 1

Котушки 2 і 3 з правовинтовою і левовінтовою намотуванням і генератор 8 створюють у камері 1 резонансні електромагнітні дзеркала. Між цими дзеркалами по правовинтовій та лівовинтовій траєкторіях 4 і 5 рухаються належні синтезу ядра, що інжектуються в камеру 1 через інжектор 6 від прискорювача. У точках перетину траєкторій 4 і 5 забезпечуються необхідні для реакції синтезу ядер умови критерію Лоусона. Енергія синтезу ядер акумулюється на індуктивності котушок 2 і 3 і виділяється на опорі навантаження 7 у формі електричної (минаючи тепловий цикл).

Роботоспроможність пропонованого термоядерного реактора підтверджується тестовими вимірюваннями, які проведені на виготовленій електромагнітній моделі його з габаритами не більше 0,2 метра. На цій моделі за допомогою магнітного зонда встановлено існування магнітних дзеркал (фіг. 2а та 2б), які формуються неоднорідністю магнітного поля (фіг 3а) з поздовжніми та поперечними складовими його (фіг. 3б).

Фіг. 2

Фіг. 3

Окрім цього, на цій моделі було встановлено, що резонансні магнітні дзеркала зберігаються при відборі електроенергії навантаженням 7 від генератора 8 (фіг. 4). Резонанс на частоті = 317 кГц ( = 946м) визначається індуктивністю котушок 2 і 3 L = 22 мГн та власною геометричною ємністю С = 10 пф цих котушок.

Фіг. 4

Величина резонансної частоти і габарит моделі дозволяють стверджувати, що в запропонованому термоядерному реакторі нескладно досягається магнітне поле, що повільно змінюється в часі і просторі. Рух електрично заряджених частинок-ядер у таких полях та їх відбитому від ділянки сильнішого поля (магнітних дзеркал) загальновідомий [3 стор 397]. Специфіка руху та відображення заряджених частинок ядер у неоднорідному магнітному полі у формі псевдосфери викладена у [4] та патентах.

А тепер про критерій Лоусона.

Радіус руху зарядженої частинки-ядра в магнітному полі пропорційний масі (m) цієї частинки-ядра. Отже, щоб траєкторії 4 і 5 перетиналися в одній точці, маси ядер, що підлягають синтезу, повинні бути однакові. Ця умова реалізується при використанні двох рівноймовірних дейтерій-дейтерієвих реакцій синтезу:

(1)

Для реалізації цих реакцій у термоядерному реакторі необхідно, згідно з умовами критерію Лоусона, забезпечити

K (2)

[1 стор 696]. Покажемо, що у запропонованому реакторі ці умови виконуються без труднощів.

На фіг. 5а зображені траєкторії 4 і 5 з точкою перетину та лінійними швидкостями руху ядер у цій точці, а на фіг. 5б виділені складові и ± швидкостей . Енергія ядер у точці перетину траєкторій 4 і 5 є залежністю.

яка з урахуванням та ± перетворюється на вигляд

Фіг. 5

(3)

де відповідно до канонів векторного обчислення проведено такі операції:

а)
б) ;
в) .

[5, стр 522]

Величина изменяется от в центре реактора (что изображено на фиг.5) до = 0 в точках отражения (после совершения нескольких изменяющихся по длительности периодов, что не отражено на фиг.5). При этом, среди нескольких точек пересечения траекторий 4 и 5 всегда будут существовать точки пересечения, в которых ; не исключается это соотношение и для центральной точки пересечения траекторий 4 и 5, т.е.

(4)

Співвідносини (4) та рівність (3) у формі

(5)

дозволяють розглянути наступний практичний приклад: якщо (що для ядер дейтерію нескладно реалізується на циклотронах), то достатньо щоб величина відповідала все від (що згідно (4) не є проблемним), щоб гарантувати необхідну температуру для реакції синтезу ядер дейтерію. Цей реальний приклад дозволяє кількісно уявити рівність (5): , де є зміна енергії двох ядер a і b, на які діють швидкості ; при цьому, якщо припустити, що одне ядро спочиває, то і відтак

(6)

Тут слід зазначити, що зразкова енергія від прискорювача відповідає швидкість

(7)

а зміни енергії

(8)

відповідна швидкість між ядрами a та b

. (9)

Приступаючи до оцінки величини параметра утримання , слід насамперед врахувати, що рух ядер по траєкторіях 4 і 5 безперервно. З цієї безперервності випливає, що будь-яку одиницю часу, включаючи

(10)

у точці перетину траєкторій 4 і 5 буде одна і та сама кількість частинок-ядер .

Оцінимо величину .

Існують прискорювачі заряджених частинок-ядер без труднощів забезпечують струм і більше, при діаметрі пучка ядер [6]. Рух заряджених частинок-ядер зі швидкістю через площу S створює струм величиною

< /i>

де n = кількість заряджених частинок-ядер, e-заряд однієї частинки-ядра, – елемент довжини струму, t - час, < i>V – обсяг струму

Фіг. 6

З цієї залежності слід, що за маємо обсяг , який кожну одиницю часу t = 1c містить наступне кількість частинок-ядер:

Оскільки в точці перетину траєкторій 4 і 5 кількість частинок-ядер подвоюється,

(11)

У результаті величини (6), (10) і (11) свідчать, що в запропонованому термоядерному реакторі умови (2) досягаються без складнощів. Ці величини та переріз реакцій (1) δ = дозволяють визначити потужність синтезу ядер дейтерію в одиниці обсягу - 220 МВт на [1, стор. 696], яка наводиться до точки перетину траєкторій 4 і 5 обсягом величиною 220 Вт і є однією з вихідних величин для розрахунку потужності пропонованого термоядерного реактора. З урахуванням лінійного розміру точки перетину траєкторій 4 та 5 (фіг. 6) та швидкості (9), потужність 220Вт виділяється за час

що можна порівняти з періодом мікрохвиль.

І, насамкінець, коротко про пряме перетворення енергії синтезу в електричну енергію.

Швидкість кінцевих продуктів реакції синтезу (9) (права частина рівностей(1)) значно менше швидкості вихідних продуктів реакції синтезу (7) (права частина рівностей(1)). Цей факт свідчить про суттєве уповільнення, гальмування кінцевих продуктів синтезу в точках перетину траєкторій 4 і 5 і відповідно. Через електромагнітні поля траєкторій 4 і 5 енергія синтезу ядер трансформується на електромагнітне поле котушок 2 і 3 і, в кінцевому рахунку, опір навантаження 7. У деталях цей процес описаний в патентах.

Таким чином, унікальність властивостей псевдосфери дозволяє вирішувати і ряд завдань природознавства [7], і створювати енергетично замкнені в просторі резонансні пристрої [8], втіленням одного з яких є пропонований термоядерний реактор. Експериментальне підтвердження існування резонансних електромагнітних та інші тестові вимірювання на моделі пропонованого термоядерного реактора, аналіз руху ядер дейтерію між цими дзеркалами і, як наслідок, розрахунок величин критерію Лоусона на прикладі реальних енергій та струмів прискорених ядер дейтерію, а також пряме перетворення енергії синтезу пропонований термоядерний реактор до безальтернативних.

Література

[1] Кузмичёв В. Е. «Законы и формулы физики», Киев, «Наукова думка», 1989.
[2] Выгодский М. Я. «Справочник по высшей математике». Москва, «Наука», 1963.
[3] Сивухин Д. В. «Общий курс физики». Том II, Москва, «Наука», 1977.
[4] Крюк В. Г. «Зеркальная магнитная ловушка в форме псевдосферы и условия её реализации». Материалы конференции. Том II Севастополь, Госуниверситет «Вебр», стр. 735, 1998.
[5] Бронштейн И. Н. Семендяев К. Л «Справочник по математике», «Наука», Москва, 1964.
[6] Гольдин Л. Л., Николаев В. И. «Об ускорителях», Москва, «Знание», 1982.
[7] Кадомцев С. Б. «Геометрия Лобачевского и физика», «Знание», Москва, 1984.
[8] Vitaly G. Kriuk “Natural Time And its Properties” in Cs. Varga, L. Dienes & R. L. Amoroso (eds) “Unified Theories”, The Noetic Press, Orinda, USA, 2008.