Техника - молодёжи 2004-02, страница 33

Выходящая из формирователя коническая плазменная струя имеет внутреннее и внешнее магнитное поле. Пока диаметр струи большой столкновения частиц плазмы редки, температура их относительна мала. Поэтому магнитное давление превышает давление плазмы, что приводит к повороту траекторий частиц к оси и, как следствие, увеличению угла их входа вточкуАо. Эта точка является началом интенсивных столкновений частиц, выравнивания их температур, а также газокинетического и магнитного давления в струе плазмы. Начиная с точки Ао возрастает вероятность эффективных столкновений ядер дейтерия и трития с выделением необходимой энергии:

D + t = Не⁴ + п° + 17,6 Мэв.

Ядра гелия и нейтроны бомбардируют корпус, крышки и другие части конструкции реактора, что заканчивается превращением их энергии в основном в тепло. При уходе из струи ядра гелия сообщают частям реактора положительный заряд. Нейтрализуют его электроны, которые пройдут вначале по струе, далее на крышку и корпус реактора. Движение электронов по струе увеличивает ток, что положительно. Прохождению электронов к корпусу через крышку препятствует изоляционная прокладка, магнитное поле тока и электрическое поле промежутка анод-катод. Они будут нейтрализованы электронами с катода.

В результате реакции синтеза поток ядер в струе уменьшается по мере приближения к катоду или крышке. К моменту удара в струе остается часть ядер и электронов, которая необходима для протекания тока к

Входящая внутрь катода струя приносит значительную энергию (приблизительно 20—30% от мощности ускорителя). Внутри катода скапливается частично нейтрализованная плазма дейтерия и трития, давление которой (0,005 — 10 мм рт. ст.) поддерживается автоматически при удалении избытка газа. При данном давлении проводимость плазмы хорошая. Предполагается, что от боковых стенок струи на боковые стенки катода через плазму будет проходить часть тока, благодаря чему будет расти сечение струи. Для гарантии уменьшения давления плазменной струи на боковую поверхность катода применен магнитный вращатель. При отключенном вращателе струя плазмы ударяет в одну точку крышки и повреждает ее. Включение вращателя приводит к взаимодействию тока струи и вращающегося магнитного поля. При этом точка удара струи перемещается по окружности внутри катода. Периодически изменяя величину магнитного поля, возможно достигнуть весьма равномерного распределения при

носимой энергии по всей поверхности катода, избежать местных перегревов.

Магнитный вращатель имеет обмотку переменного тока с одной парой полюсов, расположенную на магнитопроводе. Охлаждение катода и вращателя производится принудительной циркуляцией жидкого теплоносителя.

Пуск реактора в работу осуществляется после подвода катода на сравнительно небольшое расстояние от выхода формирователя плазмы. Перемещение крышки производится с помощью линейного привода, содержащего пару винт—гайка. Винт шарнирно соединен с крышкой. Перемещению крышки при сохранении вакуума способствует сильфон, которым она герметично соединена с корпусом реактора. В корпусе реактора поддерживается вакуум, включается охлаждение.

После подсоединения анода, катода и крышки к источнику тока, включения в работу ускорителя и формирователя, подачи в них необходимого количества газа дейтерия и трития из формирователя выйдет струя плазмы. Она ударится в катод и крышку. При этом можно зафиксировать и отрегулировать ток струи, давление внутри катода. В дальнейшем включается в работу вращатель струи, расстояние между анодом и катодом плавно увеличивается. Одновременно регулируется подача компонентов топлива, увеличивается ток струи. Подбором величины тока, расхода топлива, изменением длины струи достигаются оптимальные параметры работы установки.

Энергетический выход реактора может быть увеличен на 25% за счет литиевой оболочки и замедлителей нейтронов при получении новых ядер трития. Тепловая энергия ядерного синтеза преобразуется в электрическую преимущественно по схеме паровая турбина—генератор.

Радиационное излучение реактора снижается за счет применения соответствующих материалов в его конструкции. Проникновение радиации в окружающую среду исключается за счет соответствующих защит, расположения установки в подземных помещениях, например шахтах.

Проведены расчеты данной схемы реактора с помощью известной формулы определения тока для сжатия плазмы за счет пинч-эффекта. Они показали, что по данной схеме возможна реакция синтеза с положительным выходом не только тепловой, но и электрической энергии.

Установлено также, что главным препятствием в технической реализации проекта является не энергопотребление плазменной струи на создание тока, а трудности создания необходимых анодов и катодов. Так,

«Журавль в небе» — ТАКОМАКи, с 1959 по 1982

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 2 2 0 0 33

для реакции мощностью 500 МВт, потребление ускорителя составляет 6 МВт, для чего при длине струи 5 м требуется ток 160 кА и мощность, равная 90 МВт. При уменьшении длины струи в 10 раз мощность ее потребления снижается до 30 МВт, но ток возрастает до 280 кА. Рассмотрение вариантов меньшей мощно-