Эффективный компактный термоядерный реактор - заявка 2016144012 на патент на изобретение в РФ

1. Компактный термоядерный реактор, содержащий тороидальную плазменную камеру, в которой удерживается плазма, содержащая ионы трития и дейтерия, и систему для удержания плазмы, выполненную с возможностью генерирования магнитного поля для удержания плазмы в плазменной камере, причем:
система для удержания плазмы выполнена так, что большой радиус удерживаемой плазмы составляет 1,5 м или менее, предпочтительно, 1,2 м или менее, предпочтительно, 1,0 м или менее, предпочтительнее, 0,8 м или менее, предпочтительнее, 0,6 м или менее;
магнитное поле при использовании включает в себя тороидальную составляющую 5 Тл или менее, предпочтительно, 4 Тл или менее, предпочтительно, 3 Тл или менее, предпочтительнее, 2 Тл или менее;
ток плазмы составляет 5 МА или менее, предпочтительно, 4 MA или менее, предпочтительно, 3 MA или менее, предпочтительнее, 2 MA или менее, предпочтительнее, 1 MA или менее;
аспектное отношение составляет 2,5 или менее, предпочтительно, менее 2,2, предпочтительнее, менее 2,0, предпочтительнее, менее 1,8, предпочтительнее, менее 1,7; а
доля генерируемых в реакторе α-частиц, которые удерживаются в пределах плазмы, составляет 0,4 или более, предпочтительно, 0,5 или более, предпочтительнее, 0,6 или более, предпочтительнее, 0,7 или более, предпочтительнее, 0,8, предпочтительнее, 0,9 или более.
2. Термоядерный реактор по п.1, причем соотношение ионов трития и ионов дейтерия в плазме составляет по меньшей мере примерно 25:75, предпочтительно, по меньшей мере примерно 40:60, предпочтительнее, по меньшей мере примерно 50:50.
3. Термоядерный реактор по п.1, причем система для удержания плазмы включает в себя магниты тороидального поля, выполненные из материала, содержащего высокотемпературный сверхпроводник, предпочтительно, охлаждаемый при использовании до 80 K, предпочтительнее, до 30 K или менее, предпочтительнее, до 4 K или менее.
4. Термоядерный реактор по п.1, дополнительно включающий в себя одну или более из следующих конструктивных особенностей:
пучки нейтральных частиц направлены в плазму с разных направлений, выбранных для оптимизации реакций термоядерного синтеза между частицами в этих пучках;
реактор выполнен так, что подводимая к плазме мощность составляет менее 100 МВт, предпочтительно, менее 10 МВт, предпочтительнее, менее 6 МВт, предпочтительнее, менее 3 МВт, предпочтительнее, менее 1 МВт, предпочтительнее, менее 500 кВт;
реактор выполнен с возможностью функционировать при коэффициенте усиления мощности синтеза Qeng>1, предпочтительнее, Qeng>3, предпочтительнее, Qeng>10, предпочтительнее, Qeng>15, предпочтительнее, Qeng>20, и функционировать в качестве либо эффективного источника нейтронов, либо источника энергии;
плазма поддерживается в стационарном состоянии дольше 10 секунд, предпочтительно, дольше 100 секунд, предпочтительнее, дольше 1000 секунд, предпочтительнее, дольше 10000 секунд; и
ток плазмы возбуждается без индукции.
5. Термоядерный реактор по п.4, выполненный с возможностью инициирования плазмы с помощью одной или более из следующих операций:
слияние-сжатие;
магнитная накачка, так что колебания тока создают плазменные кольца для увеличения тока плазмы;
активация одного или более соленоидов, необязательно, втягиваемых соленоидов, находящихся в центральном ядре тороидальной камеры; и
инициирование ВЧ тока посредством гиротрона или другого ВЧ источника;
и, необязательно, выполненный с возможностью наращивания тока плазмы с помощью одной или более из следующих операций:
активация одного или более соленоидов;
возбуждение ВЧ тока; и
нагревание плазмы так, что быстрое увеличение полоидального поля, необходимого для удержания плазмы по мере ее роста, подводит магнитный поток, практически достаточный для наращивания тока плазмы до требуемого рабочего значения.
6. Термоядерный реактор по п.1, в котором материал, из которого состоят магниты тороидального поля, выполнен с обеспечением возможности повышенной плотности тока, необязательно, посредством включения слоев не из ВТСП, имеющих суммарную толщину меньше примерно 90 микрон, или ВТСП-слоев, имеющих толщину больше примерно 1 микрона, в пределах изготовленного из ВТСП материала, чтобы обеспечить большее пространство для экранирования нейтронов.
7. Термоядерный реактор по п.1, причем система для удержания плазмы выполнена так, что генерируемые в плазме α-частицы удерживаются.
8. Термоядерный реактор по п.1, причем бета - отношение давления плазмы к давлению магнитного поля составляет более 5%, предпочтительно, более 10%, предпочтительнее, более 20%, предпочтительнее, более 30%.
9. Термоядерный реактор по п.1, причем время удержания энергии плазмы по меньшей мере на 10% больше, чем обычно прогнозируемое, предпочтительно, на 50% больше, предпочтительнее, на 100% больше, предпочтительнее, в 2 раза больше, предпочтительнее, в 5 раз больше, предпочтительнее, в 10 раз больше.
10. Термоядерный реактор по п.1, дополнительно содержащий диверторы, оптимизированные для снижения нагрузки на единицу площади на стенках плазменной камеры, при этом часть всей поверхности диверторов, необязательно, покрыта литием.
11. Термоядерный реактор по п.1, причем часть или вся поверхность обращенной к плазме стенки покрыта литием.
12. Электростанция, содержащая множество термоядерных реакторов по пп.1-11.
13. Способ генерации нейтронов или энергии за счет функционирования термоядерного реактора, содержащего тороидальную плазменную камеру, содержащий:
инициирование плазмы в плазменной камере, причем плазма содержит ионы трития и дейтерия;
генерирование магнитного поля с тороидальной составляющей 5 Тл или менее, предпочтительно, 4 Тл или менее, предпочтительно, 3 Тл или менее, предпочтительнее, 2 Тл или менее;
удержание плазмы с большим радиусом 1,5 м или менее, предпочтительно, 1,2 м или менее, предпочтительно, 1,0 м или менее, предпочтительно, 0,8 м или менее, предпочтительнее, 0,6 м или менее, и аспектным отношением 2,5 или менее, предпочтительно, менее 2,2, предпочтительнее, менее 2,0, предпочтительнее, менее 1,8, предпочтительнее, менее 1,7;
работа с током плазмы, 5 MA или менее, предпочтительно, 4 MA или менее, предпочтительно, 3 MA или менее, предпочтительнее, 2 MA или менее, предпочтительнее, 1 MA или менее;
испускание нейтронов и других высокоэнергетических частиц; и
удержание в плазме пропорциональной доли генерируемых в реакторе α-частиц, причем эта пропорциональная доля составляет 0,4 или более, предпочтительно, 0,5 или более, предпочтительнее, 0,6 или более, предпочтительнее, 0,7 или более, предпочтительнее, 0,8, предпочтительнее, 0,9 или более.
14. Способ по п.13, причем соотношение ионов трития и ионов дейтерия в плазме составляет по меньшей мере примерно 25:75, предпочтительно, по меньшей мере примерно 40:60, предпочтительнее, по меньшей мере примерно 50:50.
15. Способ по п.13, причем плазма работает при коэффициенте усиления мощности синтеза Qeng>1, предпочтительнее, Qeng>3, предпочтительнее, Qeng>10, предпочтительнее, Qeng>15, предпочтительнее, Qeng>20.
16. Способ по п.13, дополнительно содержащий поддержание плазмы в стационарном состоянии по меньшей мере 10 секунд, предпочтительно, по меньшей мере 100 секунд, предпочтительнее, по меньшей мере 1000 секунд, предпочтительнее, по меньшей мере 10000 секунд.
17. Способ по п.13, причем нейтроны генерируют со скоростью по меньшей мере 3×1017 нейтронов в секунду, предпочтительно, по меньшей мере 1018 нейтронов в секунду, предпочтительнее, по меньшей мере 1019 нейтронов в секунду, предпочтительнее, по меньшей мере 1020 нейтронов в секунду.
Наверх