Гипотеза об одном возможном пути термоядерного синтеза

on 08 May 2008.

 Известны магистральные пути термоядерного синтеза: удержание плазмы с помощью магнитных полей и инерционное удержание.

 Наиболее далеко в исследованиях ушли в магнитном удержании и там же ближе всего к успеху. Шаг  к  успеху здесь стоит порядка $108.

Лазерный синтез представляется очень далеким от цели, но крайне интересным по спектру исследований. Сжатие мишени с помощью ионных пучков - аналогично.  Шаг к успеху здесь стоит порядка  $107.

Между тем есть достаточно хорошо изученная область, где, как представляется автору, возможно наиболее быстрое достижение успеха с использованием многих наработок из других областей.

Посмотрим, например, показатели экспериментов по лазерному синтезу:

- энергия  порядка 10 кДж;

- выход   нейтронов 1013,

- время  действия луча 10-8 сек. (1,с.120 ).

А теперь сравним их с рабочими(!) параметрами  электрогидравлической установки (ЭГУ):

- энергия 300 кДж;

- время выделения энергии 10-5 - 10-4 сек. (3, с.147);

- давление в непосредственной близости от канала разряда 105Атм;

- нет  экспериментальных данных о выходе нейтронов.

И ЭГУ (электрогидравлические установки) позволяет безгранично наращивать запасенную энергию. То есть, проигрывая по времени, эти установки, значительно превосходят лазеры по энергии. Рекордные цифры будут выглядеть просто превосходяще.

Требования по времени выделения энергии диктуются скоростью разлета частиц и временем сжатия мишени, но представляется возможным недостаток сделать достоинством, то есть организовать время удержания объекта большим, чем время разлета частиц.

ЭГУ имеет значительно больший коэффициент полезного действия, чем лазер, она позволяет наращивать энергию до бесконечности (теоретически), позволяет работать в любой плотной среде с заранее заданными параметрами, и кроме того, она не требует таких жестких условий, например, по фокусировке, где происходят еще одни потери при лазерном синтезе.

Таким образом,  имея установку,  практически не уступающую лазеру (а во многом даже его и превосходящую) до сих пор не получен  на  ней результат по термоядерному синтезу.

Зададимся вопросом: как должна выглядеть установка по термоядерному синтезу, использующая электрогидравлический эффект?

- Во-первых, эта установка должна  быть импульсной.

- Во-вторых, она должна запасать энергии больше, а выделять ее быстрее, чем существующие рабочие электрогидравлические установки.

-В-третьих, должен быть объект воздействия ударной волны и других факторов (магнитного поля, температуры, излучения), то есть мишень, которая должна содержать  достаточное количество дейтерия и трития, чтобы могла пойти термоядерная реакция.

Вот мы и подошли к самому интересному вопросу. Можно найти много недостатков в любом способе достижения  термоядерного  синтеза,  но можно найти и лучшее в них. Создание сложной мишени,  содержащей тритий и дейтерий, по мнению автора, на сегодня лучшее в лазерном термоядерном синтезе.

Сферическая мишень должна содержать рабочую смесь в нескольких оболочках, причем выбор размеров и толщины каждой оболочки зависит от энергетических параметров.

 

 

1-проводящий слой (металл, углерод);

2-слой из демпфирующего вещества (предпочтительно, способствующего реакции);

3-дейтерий-тритиевая смесь.

Выбор автором углерода, как возможного заменителя металла, не  случаен. В опытах по удержанию плазмы  были получены результаты, доказывающие, что потери энергии на высвечивание  плазмы можно  многократно уменьшить при замене контактирующих с плазмой  материалов (2, с.112 ). По крайней мере, здесь есть очень большое экспериментальное поле. Сейчас используют даже золото.

Теперь мы можем составить эскизный проект установки по термоядерному синтезу, основанной на электрогидравлическом эффекте.

Накопленная энергия должна быть максимальной:

-пределы 1-10 МДж вполне реальны.

Время выделения энергии должно быть минимально:

-пределы 10-100 мкс достижимы.

-мишень должна представлять сферический бланкет, внешняя оболочка которого должна быть проводящей, внутри мишени находится дейтерий-тритиевая смесь. Сферический бланкет может быть заменен и цилиндрическим.

Механизм действия таков.

Емкостной накопитель разряжается на мишень. Проводящая оболочка взрывается и разлетается во все стороны. Внутренние слои сжимаются и разогреваются до термоядерных температур. С целью увеличения кумуляции энергии и предотвращения потерь мишень помещена в плотную среду (чего  уж никак нельзя при лазерном синтезе и магнитном удержании)  при давлении 100-1000 Атм. А это уменьшит разлет частиц, увеличит давление в разрядном канале и в тысячи раз снизит требования по времени импульса! Среда работает и как теплоотвод, и как замедлитель частиц, и как ограничитель микровзрыва. И нет никакой необходимости в очистке камеры от вредных примесей после рабочего цикла, что строго необходимо при магнитном удержании и лазерном синтезе. Мало того, окружающая среда (например, тяжелая вода с солями тяжелых металлов или раствор солей лития или бериллия) может способствовать другим реакциям от продуктов основной реакции!

Следующая мишень (или проволочка, внутри которой находится дейтерий-тритиевая смесь) подается в контактную зону с заданной частотой. Процесс повторяется. Реактор работает, выделяющаяся энергия поглощается средой, генератор вырабатывает электроэнергию.

Электрогидравлическая установка, как нельзя лучше подходит для импульсной термоядерной реакции, она создана как будто по заказу и требованию этой реакции. Но, как и в лазерном синтезе, здесь предъявлены достаточно жесткие  требования к мишени.

 

 

Взрывающаяся оболочка 1 сжимает бланкет 2 с горючим 3. Окружающая среда 4 препятствует разлету частиц и способствует росту давления в мишени (и реакциям с продуктами распада). Электроды 5 служат для подвода энергии от конденсатора 6 через разрядник 7.

Мишень может представлять собой проволоку, в которой, как в лягушачьей икре, заложены заряды.

Так как сечение проводящего материала в месте заряда мишени меньше,  то именно здесь и произойдет взрыв.

 

 

                                                 Рис. 3

1- основной токоподводящий электрод;

2 - мишень;

3 - дополнительный токоподводящий электрод;

4 - токопроводящий слой.

Перспективно:

 Использование среды, способствующей увеличению энергетического выхода основной реакции (Ве, Li и т. д ).

 Использование твердой окружающей среды для увеличения времени разлета и увеличения давления внутри канала разряда.

 Применение мощного внешнего магнитного поля для сжатия разлетающихся продуктов мишени.

Таким образом, мы приходим к выводу: возможна сейчас работа с ЭГУ  для получения термоядерной реакции при шаге к успеху порядка $ 10 6.

И это позволяет нам двигаться вперед без больших трат.

 

Использованная литература:

 

1. Басов Н. Г., Лебо И. Г., Розанов В. Б. Физика лазерного термоядерного синтеза .- М. : "Знание",   1988.-172 с.

2. Воронов Г. С.  Штурм термоядерной крепости. - М.: "Наука", 1983. - 152 c.

3. Гулый Г. А., Малюшевский П. П. Высоковольтный  электрический разряд в силовых  импульсных системах .-К.: "Наукова думка",  1977.- 176 с.