Способ устойчивого магнитного удержания высокотемпературной плазмы, первоначально полученной методом инжекции и регулирования ее параметров для осуществления управляемого термоядерного синтеза (варианты) и реализующая этот способ термоядерная установка (варианты)

 

Использование: в энергетике, в частности в термоядерных энергетических установках. Сущность изобретения: для осуществления управляемого термоядерного синтеза при магнитном удержании высокотемпературной плазмы, полученной методом инжекции, используется термоядерная установка, состоящая из двух вложенных один в другой тороидальных элементов, вытянутых вдоль вертикальной оси симметрии, образующих плазменную камеру. Внешний тороидальный элемент выполнен с продольным разрывом вдоль вертикальной оси симметрии. Внешний и внутренний элементы соединены между собой в приэкваториальной зоне с образованием по крайней мере четырех окон, вытянутых в вертикальном направлении и расположенных попарно и симметрично относительно вертикальной оси тороидальных элементов. В термоядерной установке для удержания плазмы создают продольно-тороидальное и вертикальное магнитные поля. Магнитная система вертикального поля включает приосевую верхнюю инжекторную катушку и магнитные катушки диверторно-выхлопной части установки. В другом варианте установки в плазменной камере создают также азимутально-тороидальное магнитное поле с помощью осевого трубчатого проводника, по крайней мере одного трубчатого проводника, пересекающего выходной поток плазмы, и электропроводящего кожуха, прилегающего к поверхности плазменной камеры, за исключением междуоконных промежутков. 4 с. и 18 з.п. ф-лы, 25 ил.

Предлагаемое изобретение относится к термоядерной энергетике и к космонавтике, то есть преимущественно к созданию и использованию наземных, воздушных и космических термоядерных электростанций (ТЯЭС) и термоядерных реактивных двигателей (ТЯРД).

Они составляют настолько тесно взаимосвязанную единым изобретательским замыслом группу (два на способ и два на устройство), что сводятся лишь к одному изобретению к термоядерной установке с магнитным удержанием плазмы. Поэтому в дальнейшем речь пойдет об изобретении в единственном числе.

Строго говоря, аналогов и тем более прототипа у всех четырех объектов изобретения нет, но есть сходные по поставленной цели и способу магнитного удержания высокотемпературной плазмы, а также по функциональному назначению и свойствам некоторых элементов конструкции предшественники, самыми близкими из которых являются установка "Токамак" и установка "Астрон".

С очень большой натяжкой рассматривая последние в качестве аналогов, можно выделить наиболее близкий аналог установку "Токамак", которая выбирается в качестве прототипа (см. [6] стр. 173, рис. 11.2. и [1] стр. 29, рис. 2).

Преимущественно тороидальная конфигурация магнитного поля установки "Астрон" (см. [3] стр. 417 421; [2] стр. 189 191; [4] стр. 443 445 и рис. 66 на стр. 206; [7] стр. 166 168 [1] стр. 103; [10] стр. 168 и 169) наиболее сходна с конфигурацией магнитного поля заявленной установки (по первому ее варианту). Однако в установке "Астрон" это поле создается при наличии линейно-соленоидального (пробкотронного) магнитного поля токовым электронным или протонным (ионным) слоем, обладающим значительной неустойчивостью в продольном направлении (продольная составляющая скорости частиц этого слоя должна быть достаточно большой; см. [3] стр. 418) и не способным без непрерывной и к тому же интенсивной подпитки (что очень непросто.) существовать длительное время (см. [7] стр. 167). _→ -L. Частично из-за этого ни одной полноценной установки "Астрон" до сих пор не построено (см. [2] стр. 191). Конструкция же установки "Астрон" в основном такая же, как и у пробочных магнитных ловушек (пробкотронов), что не похоже на конструкцию заявленной установки (за исключением верхней инжекторной и нижних выхлопных магнитных катушек последней, не являющихся пробочными катушками).

Если не заострять внимания на тороидальном магнитном поле установки "Токамак", то есть при воображаемо слабой величине этого поля или даже при полном его отсутствии, с учетом прежде всего полоидального и вертикального магнитных полей, конфигурация магнитного поля установки "Токамак" (см. [6] стр. 130, рис. в) также сходна с конфигурацией магнитного поля заявленной установки (по обоим ее вариантам). При этом полоидальное, вертикальное (управляющее) и тороидальное магнитные поля установки "Токамак" аналогичны (но не тождественны) соответственно продольно-тороидальному, "вертикальному" (управляюще-диверторному) и азимутально-тороидальному магнитным полям заявленной установки. Кроме этого к элементам сходства этих установок можно отнести сходство функционального назначения и свойств некоторых их магнитных обмоток (катушек), а также наличие у них (в отличие от установки "Астрон") тороидальных элементов конструкции.

Хотя к настоящему времени на установке "Токамак" получены наилучшие экспериментальные результаты, доказавшие принципиальную возможность достижения на ней устойчивого магнитного удержания плазмы с регулируемыми (управляемыми) термоядерными параметрами, то есть возможность создания на ее основе энергетического термоядерного реактора (ТЯР), ее недостатки настолько значительны, что можно с уверенностью сказать: практического решения проблемы управляемого термоядерного синтеза (УТС) эта установка не обеспечит.

К числу основных недостатков установки "Токамак", отсутствующих в заявленном техническом решении-устройстве, относятся: индукционный способ создания полоидального магнитного поля и первоначальных создания и нагрева плазмы; импульсно-циклический (повторно кратковременный) характер работы ей соответствующего энергетического ТЯР; невозможность работы при больших и очень больших значениях отношения давления плазмы к давлению суммарного магнитного поля (β_Σ), то есть при b_Σ ≳ 0,1 0,15; возможность работы ей соответствующего энергического ТЯР только на термоядерной реакции (ТР) D+T _→ He⁴+n+17,6 Мэв.,, которая очень неудобна из-за связанного с ней интенсивного нейтронного излучения и необходимости искусственного получения практически отсутствующего в природе трития, который к тому же еще радиоактивен (серьезных оснований надеяться, что такой ТЯР смог бы работать на терм. реакциях типа D D и D He³ нет.); слишком большие (вряд ли приемлемые) даже минимально возможные стоимость, размеры (общие габариты) и масса; малые работоспособность и надежность, в частности ей соответствующий энергетический ТЯР требует частого ремонта. невозможность использования в космонавтике в качестве ТЯРД или бортовой ТЯЭС.

Основной причиной этих тесно взаимосвязанных недостатков токамака является пропускание через склонную к разного рода неустойчивостям плазму (через очень податливую нежесткую среду) его плазменной камеры кольцевого электрического тока, создаваемого к тому же нестационарным (импульсным.) индукционным способом. Для стабилизации этого электрического тока, необходимого для создания полоидального магнитного поля, требуется относительно очень сильное продольное (тороидальное) магнитное поле, из чего вытекает злополучный критерий Крускала Шафранова, а также (как следствие из этого критерия) невозможность устойчивого удержания плазмы при β_Σ≳ 0,1-0,15..

Последнее же не позволяет возбудиться нижеописанному энергетическому эффекту и работать на многих типах термоядерных реакций при сравнительно слабых магнитных полях и не очень высоких температурах. И так далее. Кстати, даже в установке "Токамак" полоидальное b (в отличие от тороидального b и суммарного b) может достигать величины, как правило, близкой к единице (см. [2] стр. 85, 132, 133), что не случайно.

В приведенном в конце описания изобретения списке использованной литературы (см. [1] [12]) для сравнения заявленной термоядерной установки с установкой "Токамак" и ознакомления с основаниями магнитного удержания плазмы (прежде всего в тороидальных установках) наиболее важны следующие места: [1] стр. 18 19, 26 32, 39 45, 51 59, 64 77, 103, 165, 168 186; [2] стр. 40 43, 53, 76 79, 100 121, 189 191; [3] стр. 208 214, 239 243, 275 277, 286, 308 310, 332 334, 417 420; [4] стр. 268 270, 272, 325 326, 358 363, 404 410, 443 445; [5] стр. 90 96, 128 131; [6] стр. 85 87, 90 95, 109, 110 (рис. 6.9. а), 173 (рис. 11.2); [7] стр. 166 169; [8] стр. 15 17, 28 29, 87, 479, 489; [9] стр. 72 79, 82 91; [10] стр. 127 139, 168 169.

Оба рассматриваемых варианта нового (по конструкции и принципу работы) типа термоядерной установки, реализующих два варианта заявленного способа устойчивого магнитного удержания высокотемпературной плазмы. как и многие другие возможные ее варианты-модификации, используют только постоянные магнитные поля и, следовательно, для создания этих полей обходятся без "услуг" электромагнитной индукции (какой-либо индуктор отсутствует). Через плазму основного объема плазменной камеры этой установки (любого варианта) какой-либо электрический ток специально пропускаться не будет. Усматриваемые же в ее конструкции магнитные пробки (в верхнем приосевом и в нижнем приосевом участках; см. поз. 1, 2, 26 фиг. 7, 11, 12, 17) не являются магнитными пробками, а являются: полостью верхней приосевой (инжекторной) магнитной катушки 1, полостью наиболее конически суженного нижнего (диверторного) участка плазменной камеры 2 и полностью цилиндрического нижнего выхлопного участка плазменной камеры 26, причем потенциально возможная незначительная диверторная утечка плазмы через полость верхней приосевой магнитной катушки блокируется (сводится на нет) противотечением инжектируемого через эту полость газообразного термоядерного топлива, а более чем приемлемая (не чрезмерно большая) и к тому же регулируемая утечка плазмы через полости участков 2 и 26 будет происходить не из всего объема плазменного образования, а лишь из достаточно тонкого приповерхностного слоя плазмы (диверторная утечка).

В отличие от магнитных пробок пробкотрона (см. фиг. 10), в верхней приосевой (инжекторной) и в нижних приосевых (внизу участка 2 и на участке 26) магнитных катушках заявленной установки (см. фиг. 3, 7, 11, 12, 17) магнитное поле не только не самое сильное, а наоборот, как правило, существенно более слабое (особенно в полости выхлопного участка 26), чем в зоне удержания термоядерной плазмы, и через полость нижних приосевых магнитных катушек (участков 2 и 26) выходит наружу лишь очень небольшая часть магнитных силовых линий, причем пристеночных, а не глубинных, то есть наружу выходит только линейно-соленоидальное ("вертикальное") магнитное поле, а тороидальное магнитное поле совсем не выходит наружу.

Как видно из прилагаемых чертежей, реализующая заявленный способ устойчивого магнитного удержания высокотемпературной плазмы заявленная термоядерная установка представляет собой сильно видоизмененный тороидальный соленоид, имеющий с обычным тором и соответствующими установками (токамаки, стеллараторы, торсатроны и т.п.) лишь самое отдаленное сходство. В нем можно создать (при желании) не одно, а два принципиально различных (в разной степени развернутых и перпендикулярных друг другу) тороидальных магнитных поля, из которых продольно-тороидальное магнитное поле аналогично (но не тождественно) полоидальному магнитному полю установки "Токамак" и обязательно для всех вариантов (модификаций) заявленной установки, а азимутально-тороидальное магнитное поле аналогично (но не тождественно) тороидальному магнитному полю установки "Токамак" (магнитному полю обычного тороидального соленоида) и для первого варианта заявленной установки не только не обязательно, но и даже излишне _→. Азимутально-тороидальное магнитное поле направлено по азимуту относительно оси симметрии заявленной термоядерной установки.

Такого рода соленоид можно получить путем трансформации (преобразования или видоизменения) системы лежащих в горизонтальной плоскости двух соосно вложенных один в другой (коаксиальных) обычных торов или системы многих вертикально стоящих и вертикально вытянутых обычных торов или тороидов с первоначально круглым поперечным сечением. В первом случае (см. фиг. 1 3) камера первого варианта заявленной установки получается при увеличении малого радиуса вышеотмеченных двух обычных торов, их вытягивания в вертикальном направлении и некоторого уменьшения их больших радиусов (у внешнего тора в большей степени, чем у внутреннего; при этом они теряют форму геометрически строгих торов и становятся тороидами) до соприкосновения внутренней стенки внешнего тороида с осью симметрии системы и последующей ликвидации этой стенки (это приводит к образованию к внешнего тороида приосевого разрыва), после чего оба тороида скрепляются друг с другом (чтобы внутренний тороид не упал на "дно" внешнего) восемью (это количество наиболее оптимально) попарно близко друг к другу расположенными приэкваториальными "окнами", то есть четырьмя приэкваториальными сдвоенными "окнами" 3.

Во втором же случае, который и привел автора к заявленной термоядерной установке, камера первого варианта заявленной установки и аналогично всех других вариантов заявленной установки получается в результате последовательного соединения многих одинаковых обычных торов или тороидов друг с другом, как показано на фиг. 5 и фиг. 6: сначала в форме восьмерки прислоняются друг к другу два таких тора или тороида, затем еще два, причем в плоскости, перпендикулярной плоскости первых двух торов или тороидов, затем по такому же принципу и симметрично прислоняются и многие другие торы или тороиды до тех пор, пока область соприкосновения этих торов или тороидов не сольется в приосевую цилиндрическую полость (зону), а наиболее удаленные от оси симметрии участки этих торов или тороидов будут отделены друг от друга лишь небольшими промежутками ("окнами"); наконец, большая часть всех "окон" ликвидиpуется (примыкающие к ним участки обычных торов или тороидов сливаются друг с другом в общую полость) и оставляются лишь четыре пары попарно наиболее близко расположенных друг к другу и на равных расстояниях друг от друга (под углом 90^o) "окон", то есть четыре сдвоенных "окна", удаленных друг от друга на угол 90^o. Отмеченная трансформация обычных торов или тороидов в заявленную термоядерную установку означает, что и магнитная система заявленной установки эквивалента (но, разумеется, не тождественна) магнитной системе прислоненных друг к другу (по схеме фиг. 5 и 6) тороидальных соленоидов. Магнитная система заявленной установки эквивалентна суммарному тороидальному соленоиду последних.

Окружность тоже мало похожа на равносторонний многоугольник с малым числом сторон, в которую такой многоугольник трансформируется при многократном (бесконечном) увеличении количества его сторон.

Основными конструкционными элементами заявленной термоядерной установки, общими для всех ее вариантов (модификаций), являются: катушки продольно-тороидального и линейно-соленоидального ("вертикального") магнитных полей, охватывающие плазменную камеру, состоящую из лежащих в горизонтальной плоскости двух вытянутых в вертикальном направлении тороидальных элементов конструкции (тороидов), один из которых заключен внутри другого (в первом и втором вариантах внешний тороид имеет охватывающий ось симметрии по азимуту продольный разрыв); сдвоенные приэкваториальные "окна" 3, необходимые для крепежа внутреннего тороидального элемента конструкции плазменной камеры, для подвода электроэнергии к внутренним магнитным катушкам и для подвода системы охлаждения к внутренним конструкционным элементам; диверторно-выхлопная часть 2, 26 и 12 с основной управляюще-диверторной магнитной катушкой 27, расположенной на суживающемся книзу участке 2 плазменной камеры и с выхлопными магнитными катушками, расположенными на нижнем цилиндрическом участке 26, а также на еще более низко расположенном участке 12 (у соответствующей модификации заявленной установки). Обмотки линейно-соленоидального ("вертикального") магнитного поля охватывают наружную поверхность внешнего тороидального элемента конструкции и большие междуоконные промежутки 25 плазменной камеры (поверх обмоток продольно-тороидального магнитного поля). У всех вариантов заявленной установки основная управляюще-диверторная магнитная катушка 27 и выхлопные магнитные катушки участков 26 и 12 (если участок 12 имеется), а также верхняя приосевая (инжекторная) магнитная катушка 1 первого и второго вариантов заявленной установки являются частью системы линейно-соленоидального (вертикального) магнитного поля. Аналогом этому магнитному полю является вертикальное магнитное поле установки "Токамак". Вытянутые в вертикальном направлении приэкваториальные "окна" соединяют окружающее заявленную установку внешнее пространство (внешний объем) с нерабочей (без плазмы) тороидальной полостью, образованной внутренним тороидальным элементом конструкции плазменной камеры. Термоядерная плазма располагается на некотором расстоянии (d) от стенок плазменной камеры в промежутке между внешним и внутренним тороидальными элементами конструкции этой камеры, где будут полностью расположены (локализованы) продольно-тороидальное и (во втором, в третьем и в четвертом вариантах заявленной установки) азимутально-тороидальное магнитные поля.

Кроме этих конструкционных элементов и особенностей, первому варианту заявленной установки (см. фиг. 3, 7, 11) присущи: отсутствие азимутально-тороидального магнитного поля и соответствующей магнитной системы; верхняя приосевая (инжекторная) магнитная катушка 1; среди всех вариантов заявленной установки наибольшее отношение объема плазмы к площади ее поверхности и к общему объему установки, наибольшая конструкционная простота, наименьшая чувствительность к конструкционным дефектам и наименьшая стоимость; второму варианту заявленной установки (см. фиг. 12, 17, 18) присущи: система азимутально-тороидального магнитного поля, состоящая из осевого трубчатого электрического проводника 8, из одного или двух трубчатых электрических проводников 12, пересекающих поток выхлопной плазмы внизу цилиндрической выхлопной зоны магнитогидродинамического преобразования энергии выхлопной реактивной струи плазмы в электроэнергию 26 и из внешнего электропроводящего кожуха 34, расположенная внизу диверторно-выхлопной части в ее приосевом цилиндрическом участке 26 система сплошных или секционированных цилиндрических электродов 9 и 10 магнитогидродинамического (МГД) преобразования термоядерной энергии в электроэнергию; сильное удлинение выхлопного участка 26 диверторно-выхлопной части, необходимое для максимально эффективного преобразования термоядерной энергии в электроэнергию и максимально возможного уменьшения энергии потока плазмы возле выхлопного отверстия. Все варианты заявленной установки могут быть оборудованы отходящими от нижнего цилиндрического участка диверторно-выхлопной части изогнутыми (по дуге окружности) боковыми консольно-цилиндрическими каналами (см. фиг. 7), используемыми в основном для удобства вакуумной откачки сильно уменьшившего свою энергию термоядерного выхлопа плазмы, для дальнейшего использования частиц выхлопа (например, в воздушно-космическом электрическом реактивном двигателе ВК ЭРД 11), а также для обеспечения возможности использовать самый нижний приосевой выхлопной участок 12 в качестве сопла прямого действия ТЯРД заявленного типа. Участок 12 должен иметь герметично закрывающиеся конические створки 13 (см. фиг. 7, 9), которые перед стартом космического летательного аппарата (КЛА) с поверхности Земли должны быть закрыты, а в другое время (по-видимому, не только в вакууме космического пространства, но и в момент старта с поверхности Земли) могут быть открыты.

Обмотки продольно-тороидального магнитного поля должны быть размещены таким образом, чтобы создаваемое ими магнитное поле было полностью сосредоточено в рабочей полости заявленной установки, то есть в его плазменной камере (в промежутке между внешним и внутренним тороидальными элементами конструкции плазменной камеры), а его напряженность в точках средней линии плазменной камеры была одинаковой или изменялась вдоль этой линии в пределах, не превышающих пределов изменения этого же магнитного поля в экваториальной плоскости внутреннего приэкваториального пояса (для первого варианта заявленной установки, центральной приосевой зоны), причем во втором случае наиболее сильное продольно-тороидальное магнитное поле должно быть в больших междуоконных промежутках 25. β_Σ Средняя линия проходит на среднем расстоянии между внутренними стенками плазменной камеры (в первом варианте заявленной установки частично вдоль оси симметрии) и через большой междуоконный промежуток 25 на равном расстоянии от стенок противостоящих "окон" этого промежутка. Целесообразно в среднем немного более сильное продольно-тороидальное магнитное поле во внешнем приэкваториальном поясе в сравнении с продольно-тороидальным магнитным полем во внутреннем приэкваториальном поясе (у первого варианта заявленной установки это центральная приосевая зона), но не наоборот. В малых междуоконных промежутках IV необходимо создать сравнительно слабое магнитное поле, направленное противоположно продольно-тороидальному магнитному полю в больших междуоконных промежутках, для чего на камерах больших междуоконных промежутков должны быть размещены не только обмотки продольно-тороидального магнитного поля, но и обмотки (катушки) линейно-соленоидального ("вертикального") магнитного поля.

Для обоих рассматриваемых вариантов заявленной установки оптимальное значение отношения высоты (длины) плазменной камеры (без учета диверторно-выхлопной части) к ее наибольшему диаметру равно ≈ 4/3, а оптимальное количество попарно близко друг к другу расположенных приэкваториальных "окон" (независимо от размеров заявленной установки) равно восьми, что соответствует четырем сдвоенным "окнам". Для плазменной камеры первого варианта заявленной установки оптимальна близкая к симметричной (по отношению к экваториальной плоскости 4) форма (без учета приосевых верхнего инжекторного и нижнего диверторно-выхлопного участков), а для плазменной камеры второго варианта заявленной установки оптимальна слегка суживающаяся книзу (к диверторно-выхлопной части) форма.

На представленных автором фигурах (см. фиг. 3, 4, 7, 8, 11, 12, 17, 18, 23 и 24) указаны направления электрического тока в обмотках магнитных катушек (точками, косыми крестиками и стрелками), что позволяет определить (по правилу буравчика) направление соответствующего магнитного поля, а на фиг. 3, 4, 11, 17, 20, 21 и 22 магнитные силовые линии и, следовательно, конфигурация магнитного поля показана и непосредственно (для сравнения с аналогами, см. рис. 15.17. рис. 15,20. рис. 15,21. и рис. 15,24 на стр. 418, 422, 423 и 425 книги [3] рис. 1.4 (а) на стр. 20, рис. 3.1 на стр. 77, рис. 3.3 (б) на стр. 79 и рис. 7.2. на стр. 189 книги [2] рис. 13.3 на стр. 169 книги [10]).

Кроме этого, конфигурация магнитного поля полностью соответствует конфигурации изображенного на фиг. 4, 7, 8, 11 и 12 плазменного образования (позицией 23 и косыми штриховыми линиями под углом 45^o к горизонтали), поверхность которого параллельна прилегающим к ней силовым линиям суммарного магнитного поля, а на фиг. 4 отчетливо видно обтекание плазмой (вдали от стенок) близко расположенных друг к другу пар приэкваториальных "окон", то есть сдвоенных "окон". Хотя на фиг. 3 и фиг. 17 магнитные силовые линии "вертикального" и продольно-тороидального магнитных полей изображены с разрывом, они не упираются в стенки плазменной камеры на участках приэкваториальных сдвоенных "окон" (см. поз. 3) и не пересекают этих стенок (даже силовые линии прямого "вертикального" магнитного поля), а плавно огибают (обтекают) стенки этих "окон" (см. фиг. 4).

Для максимально наглядного изображения конфигурации используемых в заявленной установке основных магнитных полей на фиг. 20, фиг. 21 и фиг. 22 эти поля показаны в чистом виде, то есть без изображения плазменной камеры, в которой они находятся, и без изображения создающих их обмоток магнитных катушек, причем фиг. 20 и фиг. 21 соответствуют вертикальному осевому разрезу плазменной камеры этой установки, проходящему через середины камер противостоящих больших междуоконных промежутков (не через середины камер противостоящих малых междуоконных промежутков как на фиг. 7, фиг. 12 и фиг. 17). Пояснительный текст к фиг. 20, фиг. 21 и фиг. 22 будет сделан в нижеследующем разделе с перечнем фигур и позиционных обозначений.

Полностью сосредоточенное в полости плазменной камеры первого варианта заявленной установки продольно-тороидальное магнитное поле имеет такую же конфигурацию, как и продольно-тороидальное магнитное поле других вариантов заявленной установки, но смыкается с вертикальной осью симметрии и аналогично форме плазменного образования (см. фиг. 4, 7, 8, 11, 12). Четыре магнитные силовые линии этого поля показаны также на фиг. 11 с внутренней стороны красной линии, обозначающей поверхность плазменного образования (две из них примыкают к оси симметрии и идут в нижнюю половину плазменной камеры первого варианта заявленной установки).

Так как в заявленной установке обмотки катушек "вертикального" магнитного поля располагаются поверх обмоток внешних катушек продольно-тороидалього магнитного поля, а направление электрического тока в них одинаковое, можно обе эти магнитные системы символически изобразить в виде суммирующих (общих, единых) магнитных катушек (см. фиг. 4, 7, 8, 11 и 12), не забывая при этом, что в этом символическом изображении подразумевается несколько различных магнитных катушек (не одна сплошная магнитная катушка), относящихся к двум разным магнитным системам. В более же наглядном разделенном виде обмотки катушек продольно-тороидального (см. поз. 29 и 30) и вертикального (см. поз. 26, 27, 28 и 33) магнитных полей изображены на фиг. 17 и на фиг. 18 (сечение Б Б), причем вторые из них делятся на обмотки верхнего приосевого (инжекторного) участка (поз. 1), на обмотки выхлопного приосевого цилиндрического участка (поз. 26), на обмотки основной управляюще-диверторной магнитной катушки (поз. 27), на обмотки других (не основных) управляюще-диверторных магнитных катушек (поз. 28) и на обмотки магнитных катушек камер больших междуоконных промежутков (поз. 33; под ними на камерах этих промежутков расположены и соответствующие обмотки катушек продольно-тороидального магнитного поля поз. 29).

На фиг. 8 (сечение А А фиг. 7) участки плазменной камеры, соответствующие большим междуоконным промежуткам, охвачены показанными на этом чертеже обмотками суммарных катушек продольно-тороидального и "вертикального" магнитных полей (закрашены в темный цвет и имеют стрелки, указывающие на направление электрического тока в них), которые можно разделить, добавив еще один (внешний) слой обмоток (аналогично тому, как это сделано на фиг. 18). При этом внутренний слой обмоток будет соответствовать уже не суммарным катушкам, а лишь катушкам продольно-тороидального магнитного поля; внешний же слой обмоток будет соответствовать катушкам вертикального магнитного поля.

В находящемся вне приэкваториальной области сечении Б Б нет ни приэкваториальных "окон", ни расположенных между ними больших и малых междуоконных промежутков плазменной камеры (см. фиг. 17 и фиг. 18).

Во внешнем межтороидном промежутке приэкваториальной области плазменной камеры расположены четыре камеры больших междуоконных промежутков (сверху и снизу соединяются с остальной частью плазменной камеры), четыре камеры малых междуоконных промежутков (сверху и снизу соединяются с остальной частью плазменной камеры) и соединяющие внешний и внутренний тороиды (тороидальные элементы конструкции плазменной камеры) друг с другом соответствующие стенки приэкваториальных "окон". При посредстве последних (стенок "окон") внутренний тороид закрепляется на внешнем.

На всех чертежах стенки тороидов, как и стенки всех участков и зон плазменной камеры заявленной установки, показаны черными линиями, ограничивающими полость плазменной камеры.

Стенки приэкваториальных "окон", как и стенки всех других участков и зон плазменной камеры заявленной установки, должны быть изготовлены из одного и того же конструкционного материала, например из нержавеющей стали.

Камера полости малого междуоконного промежутка (см. поз. IV) представляет собой вертикально расположенный цилиндр с круглым или овальным экваториальным поперечным сечением, несколько расширяющимся в боковом (азимутальном) направлении к своим верхнему и нижнему концам (отверстиям), которые соединяются с основной полостью плазменной камеры. Участок же плазменной камеры в большом междуоконном промежутке можно рассматривать как сильно сплющенный изначально круглый (с круглым поперечным сечением), а затем изогнутый в азимутальном направлении вертикально расположенный цилиндр изначально большого диаметра и такой же длины, как и камера полости малого междуоконного промежутка, который своими верхним и нижним отверстиями соединяется с остальной частью плазменной камеры, а несколько расширенными в боковом (азимутальном) направлении концевыми участками прислонен к аналогичным участкам камеры полости малого междуоконного промежутка. При этом между камерой полости малого междуоконного промежутка и камерой большого междуоконного промежутка образуется внешнее (вне полости плазменной камеры) отверстие ("окно"), соединяющее, как уже было сказано, нерабочую (не содержащую плазму) полость внутреннего тороидального элемента конструкции плазменной камеры заявленной установки с окружающим ее внешним пространством. Камера полости малого междуоконного промежутка расположена между близко расположенными друг к другу (по бокам этой камеры) двумя приэкваториальными "окнами" и, если не использовать ее полость для дополнительной инжекции термоядерного топлива, может содержать в своей приосевой зоне лишь очень малоплотную высокотемпературную плазму, то есть во много раз менее плотную, чем в основном объеме плазменной камеры (внутри ее полости b всегда < 1 при сравнительно слабом обратном, то есть направленном вверх, магнитном поле). Помимо обмоток вертикального магнитного поля на камерах больших междуоконных промежутков (см. поз. 33), обратно направленное магнитное поле камер малых междуоконных промежутков IV будут создавать и обмотки небольших вспомогательных магнитных катушек (см. поз. 31), охватывающих средние (приэкваториальные) участки камер малых междуоконных промежутков.

По-видимому, после начала термоядерного "горения" будет целесообразно хотя бы небольшую часть термоядерного топлива (прежде всего протий) подавать (инжектировать) в плазменную камеру заявленной установки через специальные каналы и мелкие отверстия, расположенные у верхнего и нижнего краев приэкваториальных "окон", а также в стенках каждой из камер малых междуоконных промежутков или через полости специальных малых инжекторных каналов (см. поз. 37 на фиг. 23), аналогичных основному инжекторному каналу (см. поз. 5 на фиг. 7 и фиг. 11) верхней приосевой (инжекторной) магнитной катушки, выходящих в плазменную камеру через верхние и нижние участки стенок приэкваториальных "окон". При этом часть инжектируемого таким путем термоядерного топлива окажется и возле стенок плазменной камеры, обеспечивая дополнительную защиту этих стенок (прежде всего на участках наиболее радиационно нагруженных приэкваториальных "окон") от излучаемой реакторным плазменным образованием, в основном электромагнитной, радиации.

Электропроводящий кожух системы азимутально-тороидального магнитного поля (см. поз. 34 на фиг. 12 и фиг. 17) может располагаться как поверх обмоток систем продольно-тороидального и вертикального магнитных полей (см. фиг. 12 и фиг. 17), так и под этими обмотками. Это поле будет полностью сосредоточено в полости электропроводящего кожуха (в силу основного свойства любого тороидального магнитного поля, независимо от формы ему соответствующей магнитной системы) и, следовательно, в приэкваториальной зоне заявленной установки (там, где расположены "окна" и междуоконные промежутки) будет полностью отсутствовать. Пересечение силовыми линиями этого поля каких-либо стенок в данном случае невозможно. Последнее верно и для продольно-тороидального магнитного поля.

Так как при устойчиво удерживаемой магнитным полем высокотемпературной плазме стационарно (равномерно и длительно) работающего термоядерного реактора энергоотвод (в основном в виде утечки энергоносной плазмы и лишь в малой степени в виде различного рода излучений плазмы) не должен быть меньшим величины термоядерного энерговыделения (иначе стал бы быстро развиваться взрывной процесс), утечка плазмы из плазменной камеры такого ТЯР не только допустима, но и необходима (желательна), причем чем больше величина термоядерного энерговыделения, то есть чем больше мощность ТЯР, тем большей должна быть величина утечки плазмы, непрерывно восполняемой (компенсируемой) инжекцией новых порций термоядерного топлива. Наилучшим же видом утечки плазмы является организованная и управляемая диверторная утечка, которая в ТЯР заявленного типа осуществляется при посредстве обладающего управляюще-диверторными свойствами "вертикального" магнитного поля (особенно в сужающейся нижней зоне его плазменной камеры; см. поз. 2 и поз. 27 соответствующих фигур).

С другой стороны, более значительной диверторной утечке части плазмы будет соответствовать и более значительная величина отношения давления удерживаемой плазмы к давлению суммарного магнитного поля (суммарного b_S), от чего сильно зависит величина термоядерного энерговыделения, и поэтому в заявленной термоядерной установке (в ТЯР заявленного типа) величина b_S может достигать (при отсутствии ограничительного критерия, подобного злополучному критерию Крускала Шафранова) значительно большей величины, чем в установке "Токамак" (даже при отсутствии нижерассмотренного энергетического эффекта).

Наконец, диверторная утечка плазмы будет сопровождаться сепарацией заряженных частиц плазмы по направлению вектора их скорости (диверторному выбросу будут подвержены прежде всего те частицы плазмы, у которых особенно велика перпендикулярная составляющая вектора их скорости) и, начиная с некоторой не очень большой величины b_Σ= 0,2 (например, при b_Σ= 0,3 или при b_S), эта сепарация достигнет настолько большой величины, что превзойдет максвелловско-тепловую (броуновскую) хаотизацию направлений движения частиц плазмы и возникнет, а затем станет быстро развиваться (если рост подачи термоядерного топлива не остановить, а продолжить) энергетический эффект (подробно описан в нижеследующем изложении), при котором термоядерное энерговыделение возрастает во много раз. Последнее же явится причиной значительного возрастания потребного диверторного выброса части плазмы, что еще более увеличит величину b_S и усилит диверторную сепарацию и, следовательно, энергетический эффект.

При этом добиться работы ТЯР заявленного типа при любом фиксированном значении величины b_Σ<0,1 до β_Σ (начиная от b_S, приближающейся к единице) и при любых фиксированных значениях других соответствующих параметров будет совсем нетрудно, так как эти параметры будут зависеть прежде всего от величины напряженности каждого из используемых для удержания плазмы магнитных полей и от величины ежесекундно подаваемого в плазменную камеру этого ТЯР, как правило, газообразного термоядерного топлива. Фиксированным значениям напряженности этих магнитных полей и величины подачи термоядерного топлива будут соответствовать и фиксированные значения всех других соответствующих параметров, в том числе и величина b (см. фиг. 14). Следовательно, в заявленной термоядерной установке (в ТЯР заявленного типа) такие параметры плазмы, как отношение давления плазмы к давлению магнитного поля , плотность n_пл, температура Т_пл, термоядерное энерговыделение (мощность Q_эн) и скорость диверторного истечения части плазмы - W_эфф, а также реактивная тяга F (для ТЯРД заявленного типа) и величина промежутка между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры d, взаимосвязанно регулируются изменением напряженности вертикального (управляюще-диверторного) магнитного поля Н (прежде всего основой управляюще-диверторной магнитной катушки; см. поз. 27) и (или) изменением количества ежесекундно подаваемого в плазменную камеру, как правило, газообразного термоядерного топлива β_Σ (при Н магн. кат. const).

На первый взгляд, неочевидная возможность регулировки величины параметра d связана с эффектом магнитной диафрагмы, вытекающим из диверторного принципа управляемой утечки (выхлопа) части плазмы, прежде всего реакционно инертных конечных продуктов термоядерных реакций. Следовательно, изменяемой и регулируемой будет и величина объема реакторного плазменного образования - V_пл.

В заявленной термоядерной установке первоначальная плазма создается методом инжекции ионов и электронов или горячих и первоначально нейтральных атомов через один или несколько специальных инжекторных каналов (см. поз. 5 на фиг. 7 и фиг. 11 и поз. 37 на фиг. 23), используемых в дальнейшем для инжекции (подачи) сравнительно холодного и, как правило, газообразного термоядерного топлива.

Вышеотмеченные изогнутые (по дуге окружности) боковые консольно-цилиндрические каналы, отходящие от нижнего цилиндрического участка диверторно-выхлопной части (в случае, если эти каналы имеются), могут быть использованы и для прямого преобразования остаточной термоядерной энергии выхлопной струи плазмы в электроэнергию (в дополнение к другим способам прямого и непрямого преобразования термоядерной энергии в электроэнергию). При этом будет использоваться не перпендикулярное к потоку плазмы магнитное поле, а искривленное продольное магнитное поле, то есть центробежный и градиентный дрейфы заряженных частиц уже не слишком горячей плазмы в искривленном магнитном поле (см. фиг. 7 и фиг. 19). Этих каналов может быть два или более двух, но оптимальное их количество, по-видимому, равно трем или четырем.

При энергопотоках до нескольких ватт на см² для охлаждения стенок плазменной камеры будет достаточно использовать воду, циркулирующую в соответствующим образом сконструированной "рубашке" охлаждения, или часть термоядерного топлива. Однако при очень больших мощностях ТЯР заявленного типа энергопоток на стенки плазменной камеры может достигать многих десятков и сотен ватт на см² и в этом случае будет использоваться регенеративная противорадиационная защита стенок жидко-газообразным водородом или первоначально жидкой водой, просачиваемыми (впрыскиваемыми) через многочисленные капиллярно мелкие (но не слишком многочисленные и не слишком мелкие) отверстия этих стенок внутрь плазменной камеры.

Заявленную группу изобретений, то есть заявленную термоядерную установку, поясняют чертежи (см. фиг. 1 25).

На фигурах приведены следующие цифровые обозначения: I приэкваториальный пояс плазменной камеры заявленной установки; II верхний сегмент плазменной камеры заявленной установки; III нижний сегмент плазменной камеры заявленной установки; IV полость малого междуоконного промежутка; 1 верхняя приосевая (инжекторная) магнитная катушка; 2 суживающаяся книзу диверторная часть плазменной камеры с основной управляюще-диверторной магнитной катушкой; 3 два близко друг к другу и симметрично относительно экваториальной плоскости расположенных "окна" приэкваториальное сдвоенное "окно"; 4 экваториальная плоскость; 5 цилиндрический (с коническим расширением внизу) трубчатый канал подачи (инжекции) первоначальной плазмы (плазменного термоядерного топлива), а затем, как правило, газообразного термоядерного топлива;
6 примыкающая к оси симметрии первого варианта заявленной установки (приосевая) зона, в которой величина b_S будет всегда малой и очень малой (при малых мощностях ей соответствующего ТЯР будет приближаться к нулю) и в которой, следовательно, плотность плазмы очень малой (плазма этой зоны показана более густой, то есть частой, штриховкой);
7 очень малое эффективное сечение потенциально возможной диверторной утечки плазмы в верхней области приосевой зоны 6 первого варианта заявленной установки;
8 осевой трубчатый электрический проводник системы азимутально-тороидального магнитного поля;
9 электрод токосъема эмиттер электронов (катод);
10 электрод токосъема коллектор электронов (анод);
11 воздушно-космический электрический реактивный двигатель сравнительно большой тяги ВК ЭРД;
12 расположенный под боковыми изогнутыми консольно-цилиндрическими каналами нижний приосевой выхлопной участок диверторно-выхлопной части плазменной камеры заявленной установки;
13 герметично закрывающиеся конические створки;
14 вакуумный насос;
15 вторая стенка плазменной камеры термоядерной установки ТЯР заявленного типа;
16 трубчатый междустеночный канал с очищенной водой или с водородом "рубашки" охлаждения;
17 первая стенка плазменной камеры термоядерной установки (ТЯР) заявленного типа с многочисленными капиллярно-мелкими отверстиями (а) или без таких отверстий (б) соответствует первой и второй "рубашкам" охлаждения;
18 тонкий слой (пленка) кипящей воды;
19 слой горячего водяного пара, зона его термической и фотодиссоциации;
20 слой продуктов диссоциации водяного пара (водорода и кислорода), зона их термической и фотоионизации;
21 слой сравнительно холодной пристеночной водородно-кислородной плазмы;
22 вакуумный промежуток, разделяющий защитно-регенерационный жидкостно-пароплазменный пристеночный слой и плазму реакционной (основной) зоны плазменной камеры термоядерной установки (ТЯР) заявленного типа;
23 плазма реакционной (основной) зоны плазменной камеры термоядерной установки (ТЯР) заявленного типа;
24 посадочные опоры термоядерного космического корабля;
25 большой междуоконный промежуток;
26 приосевой цилиндрический выхлопной участок диверторно-выхлопной части, зона магнитогидродинамического преобразования энергии выхлопной реактивной струи плазмы в электроэнергию;
27 основная управляюще-диверторная магнитная катушка системы "вертикального" магнитного поля;
28 другие (неосновные) управляюще-диверторные магнитные катушки системы "вертикального" магнитного поля;
29 охватывающая камеру большого междуоконного промежутка магнитная катушка системы продольно-тороидального магнитного поля (выделена зеленым цветом);
30 магнитные катушки системы продольно-тороидального магнитного поля (выделены зеленым цветом);
31 дополнительная (вспомогательная) магнитная катушка, охватывающая камеру малого междуоконного промежутка;
32 один или два трубчатых электрических проводника, пересекающих поток плазмы в самом низу цилиндрического выхлопного участка 26 (относятся к системе азимутально-тороидального магнитного поля);
33 охватывающая камеру большого междуоконного промежутка магнитная катушка системы "вертикального" магнитного поля;
34 электропроводящий кожух системы азимутально-тороидального магнитного поля;
35 вертикальная разделительная диэлектрическая пластина;
36 боковые электроды магнитодинамического (МГД) токосъема по второму способу прямого преобразования термоядерно-тепловой энергии плазмы в электроэнергию;
37 малые каналы инжекции термоядерного топлива.

На всей поверхности осевого трубчатого электрического проводника 8 должен быть слой достаточно тугоплавкого диэлектрика, который необходим для электрической изоляции этого проводника от цилиндрического катода 9 (см. фиг. 12). За исключением первой и второй стенок плазменной камеры, обозначенных цифрами 17 и 15, наклонная штриховка (под углом 45^o) обозначает плазму.

На фиг. 1 изображена система двух коаксиально вложенных один в другой геометрически правильных (обычных) торов.

На фиг. 2 ранее коаксиально вложенные один в другой два обычных тора (см. фиг. 1) сильно увеличили свои поперечные сечения (малые радиусы) и вытянулись в вертикальном направлении, приняв форму не строгих геометрических торов, а тороидов. При этом при сохранении большого экваториального диаметра (внешнего поперечника) внешнего тороида прежним (как и у исходного тора) большие радиусы обоих торов уменьшились, причем у внешнего тороида в большей степени, чем у внутреннего. Приосевая (внутренняя) часть стенки (корпуса) внешнего тороида слилась с осью симметрии и ликвидирована, в результате чего полость в промежутке между стенками обоих тороидов соединяется с приэкваториально-приосевой областью и возникают верхнее и нижнее приосевые отверстия.

На фиг. 3 аналогичная фиг. 2 система двух тороидов оборудована четырьмя парами близко друг к другу расположенных (сдвоенных) приэкваториальных "окон" (показаны два сдвоенных "окна"), необходимыми (в реальной конструкции первого варианта заявленной термоядерной установки данной разновидности) для крепежа внутреннего тороида (чтобы он не упал на "дно" внешнего тороида), а также для подвода электропитания к внутренним магнитным катушкам, охватывающим внутренний тороид, и для подвода каналов с охлаждающей жидкостью (очищенной от загрязняющих примесей водой или жидким водородом) или с охлаждающим газом (водородом) к внутренней системе охлаждения. При этом, чтобы конструкция соответствующей разновидности первого варианта заявленной термоядерной установки была видна более наглядно, на этом чертеже сделан разрез одного из "окон", обмотки магнитных катушек и плазменное образование не показаны, а магнитное поле показано лишь несколькими силовыми линиями, причем в левой половине чертежа с разрывом (не на всю длину).

На фиг. 4 изображены развернутый на плоскость криволинейный разрез (через плазменную камеру заявленной установки) двух соседних сдвоенных "окон" и конфигурация (характер) суммарного магнитного поля в окрестностях этих "окон". На этом чертеже числом 25 обозначен большой междуоконный промежуток, а римской цифрой IV полость камеры малого междуоконного промежутка и, следовательно, сам малый междуоконный промежуток.

На фиг. 5 изображена система из двух вертикально стоящих и вертикально вытянутых одинаковых тороидов, симметрично прислоненных друг к другу и размещенных в одной вертикальной плоскости.

На фиг. 6 изображена система из четырех симметрично прислоненных друг к другу тороидов, аналогичных изображенным на фиг. 5, причем перпендикулярная оси симметрии и проходящая через среднюю точку касания (если тороиды прямоугольные как на фиг. 5 и фиг. 6) плоскость делит эти тороиды пополам. Если таким же образом и симметрично к этим тороидам прислонить еще несколько таких же тороидов, их приосевые зоны можно объединить (слить) в единую (суммарную) цилиндрическую приосевую зону, что в конце концов приведет к конструкции заявленной термоядерной установки.

На фиг. 7 и фиг. 8 изображена принципиальная конструкционная схема первого варианта заявленной термоядерной установки соответственно в осевом и экваториальном разрезах. На фиг. 8 направление электрического тока в охватывающих камеру большого междуоконного промежутка обмотках суммарных магнитных катушек (относятся к системам продольно-тороидального и "вертикального" магнитных полей) показано стрелками.

Стрелками направление электрического поля в магнитных обмотках показано и на фиг. 3, а также на фиг. 12 (в экваториальном сечении). Кроме этого на фиг. 7, фиг. 11 и фиг. 12 (в осевом разрезе второго варианта заявленной термоядерной установки) направление электрического тока в магнитных обмотках показано крестиками (направление от наблюдателя под плоскость чертежа) и точками (направление к наблюдателю).

На фиг. 9 изображен упрощенно-схематичный изометрический внешний вид ТЯР заявленного типа с расположенными на отходящих от диверторно-выхлопной части изогнутых боковых цилиндрических каналах четырьмя консольными воздушно-космическими электрическими реактивными двигателями сравнительно большой тяги.

Чтобы более наглядно показать принципиальное различие между магнитными пробками пробкотрона и характером (конфигурацией) магнитного поля в верхнем и нижнем приосевых участках первого варианта заявленной установки, на фиг. 10 и фиг. 11 изображены соответственно конфигурация магнитного поля пробкотрона (без стабилизирующих стержней Иоффе) и конфигурация магнитного поля в верхнем приосевом участке (возле инжекторной магнитной катушки) первого варианта заявленной установки. Как видно из фиг. 11, эффективное сечение 7 потенциально возможной диверторной утечки плазмы в верхней области приосевой зоны 6 первого варианта заявленной установки (это сечение обладает и свойством магнитной пробки) будет иметь очень малый диаметр (размер) во много раз меньший и без того малого внутреннего диаметра инжекторной магнитной катушки, чего нельзя сказать по отношению к магнитным пробкам пробкотрона (см. фиг. 10), эффективное сечение осевой (не диверторной) утечки плазмы которых очень велико.

На фиг. 12 изображена принципиальная конструкционная схема второго варианта заявленной термоядерной установки в осевом разрезе (масштаб 1 30) и в экваториальном сечении (масштаб 1 60). Схематически показаны система азимутально-тороидального магнитного поля (помимо систем продольно-тороидального и "вертикального" магнитных полей в суммированном виде) и система прямого преобразования термоядерно-тепловой энергии плазмы в электроэнергию (ей соответствующие электроды и электрические проводники) по первому способу.

На фиг. 13 изображена принципиальная схема строения пристеночного защитно-регенерационного жидкостно-пароплазменного слоя (масштаб не соблюден). С ростом мощности электромагнитных излучений плазмы общая эффективность этого слоя, в частности его непроницаемость для нейтральных частиц, будет возрастать.

На фиг. 14 изображена качественно-графическая иллюстрация зависимости параметров , Т_пл, n_пл.ср., Q_эн, F и W_эфф плазмы термоядерного реактора заявленного типа, при неизменном электрическом токе всех магнитных катушек (J магн. кат. const), от секундного расхода термоядерного топлива . Следует иметь в виду, что:
а) нелинейные участки графиков неточны, но качественно верны;
б) максимальная температура плазмы соответствует температуре, при которой на графике зависимости от Т достигается первый максимум величины или при которой величина силы тяги F достигает максимально возможной для данного ТЯРД (заявленного типа) величины;
в) все определяемые этими графиками состояния плазмы, при любом значении , кроме краевых точек, примыкающих к точке 0 и к точке G на отрезках ОА и PG, устойчивы;
г) из-за трудностей удержания плазмы при сверхвысоких температурах (тем более при слабом магнитном поле) почти все ТЯР заявленного типа будут работать только при β_Σ;
д) в точке В b_S достигает критической величины (например, равной 0,25 или 0,4), при которой диверторная сепарация превысит максвелловско-тепловую (броуновскую) хаотизацию направления движения заряженных частиц, что приведет к возникновению и последующем быстрому развитию энергетического эффекта, а на участке CG b_S имеет близкую к единице (но не равную единице) максимально возможную величину (например, равную 0,9).

Параметр H_Σ рассматривался в глубинных участках плазменного образования, в частности, при наличии эффекта многократного увеличения термоядерного энерговыделения плазмы под условно выделенным наиболее плотным ("фотосферным") приповерхностным слоем.

На фиг. 15 изображен возможный внешний вид межпланетного космического корабля с ТЯР заявленного типа на борту (в нижней части центрального блока) и с четырьмя консольно расположенными (на концах консольных "плоскостей" с вмонтированными внутри них боковыми каналами диверторно-выхлопной части плазменной камеры ТЯР заявленного типа) воздушно-космическими электрическими реактивными двигателями (ВК ЭРД) сравнительно большой тяги.

На фиг. 16 изображен график зависимости отношения средней плотности различных по толщине приповерхностных ("фотосферных") слоев плазмы реакционного плазменного образования термоядерной установки (ТЯР) заявленного типа (n слоя пл.ср.) при наличии эффекта многократного увеличения термоядерного энерговыделения к плотности плазмы n_o при тех же Т_пл, b_S и S, но в случае если бы этого эффекта не было. Рассмотрены слои толщиной d слоя пл. от 1/100 до 1/10 полной (суммарной) толщины (d слоя b_S) слоя реакционного плазменного образования.

Как и на фиг. 12, на фиг. 17 изображена принципиальная конструкционная схема второго варианта заявленной термоядерной установки в осевом разрезе, но с разделенными изображением обмоток катушек продольно-тороидального и "вертикального" магнитных полей. Кроме этого на фиг. 17 изображена конфигурация магнитных силовых линий этих полей, ради чего реакционное (реакторное) плазменное образование на этом чертеже не показано. Хотя магнитные силовые линии изображены с разрывом, они не упираются в стенки плазменной камеры на участках приэкваториальных "окон" (см. поз. 3) и не пересекают этих стенок (даже силовые линии прямого "вертикального" магнитного поля), а плавно огибают (обтекают) стенки этих "окон" (см. фиг. 4 и фиг. 23).

На фиг. 18 изображено перпендикулярное оси симметрии сечение Б Б заявленной установки по схеме фиг. 17 (или фиг. 12) с разделенным изображением обмоток катушек продольно-тороидального и "вертикального" магнитных полей, направление электрического тока в которых показано стрелками.

В находящемся вне приэкваториальной области сечении Б Б нет приэкаториальных "окон", ни расположенных между ними больших и малых междуоконных промежутков плазменной камеры.

На фиг. 19 изображена концевая часть одного из изогнутых боковых цилиндрических каналов, показанных на фиг. 7 с размещенными в таком канале электродами токосъема 36, и в выдвинутом положении показана диэлектрическая разделительная пластина 35, которая должна размещаться между электродами токосъема в проходящей через изогнутую ось канала (в самом конце канала, перед вакуумными насосами) вертикальной плоскости.

На фиг. 20 замкнутыми зелеными линиями показана конфигурация продольно-тороидального магнитного поля, к которым прилегают (с внешней стороны) разомкнутые черные линии "вертикального" магнитного поля. Суммарная конфигурация продольно-тороидального и "вертикального" магнитных полей заявленной термоядерной установки очень похожа на конфигурацию суммарного магнитного поля установки "Астрон" (см. например, рис. 13.3, стр. 169 книги [10] и рис. 15.17, стр. 418 книги [3]), но способы создания такой конфигурации суммарного магнитного поля в этих установках принципиально различны.

На фиг. 21 показана конфигурация "вертикального" магнитного поля заявленной термоядерной установки без продольно-тороидального и азимутально-тороидального магнитных полей. Эта конфигурация очень похожа на конфигурацию магнитного поля простой пробочной магнитной ловушки (пробкотрона; см. фиг. 10 и, например, фиг. 12, стр. 216 книги [8]).

На фиг. 22 показана конфигурация азимутально-тороидального магнитного поля второго и некоторых других вариантов заявленной термоядерной установки. Силовые линии этого поля (выделены красным цветом) кольцевые и лежат в параллельных друг другу плоскостях, перпендикулярных проходящей через их центры оси симметрии соответствующего варианта заявленной термоядерной установки. Для устойчивого удержания высокотемпературной плазмы использование этого магнитного поля не обязательно (в первом варианте заявленной установки его вообще нет), но благодаря ему становится возможным наиболее удобный и эффективный способ прямого (магнитогидродинамического) преобразования термоядерно-тепловой энергии плазмы в электроэнергию.

Фиг. 23 аналогична фиг. 4, но, имея более крупные размеры, позволяет показать на камерах больших междуоконных промежутков разделенные обмотки катушек продольно-тороидального и "вертикального" магнитных полей, а также малые инжекторные каналы (см. поз. 37) и вертикальный разрез проходящих через приэкваториальные "окна" электрических проводников системы азимутально-тороидального магнитного поля.

На фиг. 24 изображена приэкваториальная часть вертикального осевого разреза второго варианта заявленной термоядерной установки, плоскость которого (разреза) проходит через диаметрально противостоящие "окна". Через эти "окна" будут пропускаться электрические проводники системы азимутально-тороидального магнитного поля. На этом чертеже обмотки катушек продольно-тороидального и "вертикального" магнитных полей изображены раздельно.

На фиг. 25 изображена модель-аналог, наглядно и убедительно показывающая возможность регулирования в заявленной термоядерной установке вышеотмеченных параметров (b_S, n_пл, Т_пл, Q_эн, d, V_пл, W_эфф и F) изменением количества ежесекундно подаваемого в ее плазменную камеру термоядерного топлива.

На фиг. 25 сделаны следующие цифровые обозначения:
38 оболочка внешнего прозрачного и жесткого полого шара;
39 оболочка внутреннего резинового полого шара, имеющего сравнительно малую силу упругости;
40 одна из двух приполярных сегментных поверхностей, изготовленных из полужесткого материала, в приосевой области которой имеется гибкое (способное упруго расширяться и сужаться) отверстие, через которое пропущена соединенная с внутренним резиновым полым шаром упругая (способная упруго увеличивать и уменьшать свой диаметр) горловина (трубка) 41;
41 одна из двух упругих приосевых горловин (трубок), соединенная с внутренним резиновым полым шаром и пропущенная через упругое приосевое отверстие приполярной сегментной поверхности внешнего жесткого полого шара; первоначально (до вдува воздуха во внутренний резиновый полый шар) диаметр верхней горловины существенно больше диаметра нижней горловины;
42 междуоболочечная герметичная полость, заполненная некоторым количеством воздуха.

В заявленной термоядерной установке магнитогидродинамическая (МГД) устойчивость границ плазмы определяется тем, что обе ее поверхности (внутренняя и внешняя) тесно взаимодействуют друг с другом, а граничащее с ними суммарное магнитное поле имеет преимущественно благоприятную кривизну (выпукло по направлению к поверхности плазмы), что обеспечивает в занимаемом плазмой объеме наличие среднего минимума напряженности магнитного поля Н (особенно при активно работающей диверторно-выхлопной части, то есть при больших _→ и, следовательно, при особенно большой диверторной утечке плазмы H_Σ диверторно-выхлопной участок плазменной камеры, где с внешней стороны магнитные силовые линии выпуклы по направлению к истекающей плазме, имеет значительную протяженность). Поэтому, как и в установках "Токамак", в заявленной установке не потребуется использование стержней Иоффе (стержневой решетки).

Кроме этого устойчивости плазмы в заявленной установке способствует магнитное поле преимущественно приповерхностного (по его физической природе) электрического тока градиентного и центробежного дрейфов заряженных частиц, которое создаст внутри плазмы магнитное поле, направленное противоположно основному (продольно-тороидальному) магнитному полю, то есть будет частично сводить диффузию последнего внутрь плазмы на нет (внутри плазмы эти магнитные поля будут взаимно гасить друг друга). Этот эффект эквивалентен возникновению и устойчивому существованию внутри реакторного плазменного образования абсолютного минимума Н (или В), то есть не в среднем, а в целом. С внешней же от плазмы стороны магнитное поле дрейфового электрического тока будет не ослаблять, а усиливать основное (продольно-тороидальное) магнитное поле и в сочетании с соответствующей частью "вертикального" магнитного поля образует суммарное тороидальное магнитное поле, аналогичное основному продольно-тороидальному магнитному полю. При этом, в отличие от обычного (основного) продольно-тороидального магнитного поля, дрейфово-токовое тороидальное магнитное поле будет полностью расположено лишь в промежутке между внешней (имеющей участки, выпуклые наружу) поверхностью реакторного плазменного образования и внутренней стенкой катушек "вертикального" магнитного поля (здесь это магнитное поле направлено вниз), а также в промежутке между внешней приосевой поверхностью реакторного плазменного образования и осью симметрии заявленной установки (здесь это магнитное поле направлено вверх).

Связанный с дрейфовым электрическим током эффект препятствует диффузии внешнего магнитного поля в плазму, то есть, в отличие от диамагнитного эффекта, является антидиффузионным. При наличии дрейфово-токового тороидального магнитного поля любой флуктуационный выступ (язык) на поверхности плазменного образования (даже там, где величина напряженности суммарного магнитного поля, то есть H_Σ, убывает по направлению от поверхности плазмы наружу) будет тут же выдавливаться назад (с восстановлением равновесно-гладкой поверхности плазмы), так как в этом месте (над плазменным выступом или языком) возрастет величина b_S.

Следовательно, одно лишь наличие дрейфово-токового тороидального магнитного поля в сочетании с нескомпенсированной частью вертикального магнитного поля сделает невозможным возникновение и развитие каких-либо неустойчивостей плазменной поверхности, скомпенсирует поперечную неоднородность основного продольно-тороидального магнитного поля и обеспечит всюду равенство величин давления плазмы (с учетом центробежной силы) и давления суммарного магнитного поля (при соответствующей величине b_S). И это при наличии многих других стабилизирующих поверхность плазмы значительных факторов (эффектов), частично описанных выше и ниже.

Очень значительный стабилизирующий плазму эффект будет также оказывать нижняя (диверторно-выхлопная) зона плазменной камеры (диверторно-выхлопная часть), через которую будут диверторно выбрасываться все частицы плазмы, попытавшиеся продиффундировать за пределы некоторой наружной (по отношению к плазменному оборудованию) критической поверхности (в том числе и частицы потенциальных флуктуационных языков) и благодаря чему расстояние d между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры будет без посредство каких-либо вещественных диафрагм и вопреки диффузии автоматически поддерживаться упруго постоянным. Этот эффект (эффект магнитной диафрагмы) не только стабилизирует положение поверхности реакторного плазменного образования (величину d), но и воспрепятствует образованию каких-либо неровностей этой поверхности, то есть тоже способствует устойчивому удержанию высокотемпературной плазмы реакторного плазменного образования заявленной термоядерной установки.

При активно работающей диверторно-выхлопной части по схеме фиг. 7, 12 и 17 отмеченный средний минимум Н (или В) в заявленной установке всех вариантов (модификаций) усиливается и более эффективно (более избирательно) удаляются гелий-4 и другие реакционно-инертные ядра атомов, в связи с чем такая схема диверторно-выхлопной части (как на фиг. 7, 12 и 17) наиболее оптимальна.

За исключением выхлопных магнитных катушек, все катушки вертикального магнитного поля обладают свойствами как управляющих, так и диверторных магнитных катушек. Но по направлению к выхлопному сужению плазменной камеры (примерно до середины сужающегося участка 2) эти их свойства возрастают.

В вариантах заявленной установки (в частности, во втором ее варианте), где, для более удобного преобразования термоядерно-тепловой энергии плазмы в электроэнергию, используется азимутально-тороидальное магнитное поле, напряженность этого поля возле расположенной во внутреннем приэкваториальном поясе наружной поверхности плазменного слоя может быть в несколько раз меньшей напряженности находящегося здесь же продольно-тороидального магнитного поля.

Даже при средних b_Σ= 0,2 (например, при b_Σ= 0,3 или при b_Σ(<0,1)), а при малых b_S тем более, в верхней приосевой зоне (в полости инжекторной магнитной катушки) первого варианта заявленной установки эквивалентное величине диверторной утечки плазмы (не для всего объема плазмы, а лишь для "хромосферно-коронального" поверхностного диверторного слоя) эффективное "отверстие" диверторной утечки 7 (см. фиг. 11) будет настолько малым, что осевая утечка плазмы и энергии (если бы не было блокирующей эту утечку встроенной инжекции газообразного термоядерного топлива) была бы более чем достаточно малой во много раз меньшей максимально допустимой величины. При встречной же инжекции газообразного термоядерного топлива (с соответствующими скоростью и давлением) утечка плазмы вверх будет полностью блокирована (устранена), причем не только при малых b_S, но и при b_Σ= 0,8)_→, близких к единице (например, при b_S струя инжектируемого газообразного термоядерного топлива должна полностью перекрывать сечение верхнего эффективного "отверстия" диверторной утечки 7 (см. фиг. 11), но перекрытие всего сечения полости инжекторной магнитной катушки не обязательно, а в ряде случаев нежелательно. Что касается утечки плазмы и энергии через нижнюю приосевую зону (через диверторно-выхлопную часть), то здесь она будет значительной (для осуществления диверторного принципа удаления реакционно-инертных продуктов термоядерных реакций, а в случае ТЯРД и для создания реакционной струи), но также меньшей максимально допустимой величины.

Устойчивость удержания плазмы в больших междуоконных промежутках 25 внешнего приэкваториального пояса плазменной камеры заявленной установки определяется наличием здесь в среднем более сильного, чем где-либо еще, продольно-тороидального магнитного поля со значительной магнитной ямой (по отношению к наиболее сильному магнитному полю возле прилегающих к этому промежутку стенок "окон") в равноотстоящей от двух соседних "окон" большого междуоконного промежутка (в середине этого промежутка) приэкваториальной области (точке), отсутствием азимутально-тороидального магнитного поля (у всех вариантов заявленной установки) и возможностью свободного (без задержки) обтекания близких пар "окон" (сдвоенных "окон") плазмой и электрическими токами градиентного, центробежного и инерционного дрейфов.

Что касается удержания термоядерной плазмы сверху и снизу попарно близко расположенных друг к другу "окон" (сдвоенных "окон"), то здесь характер магнитных силовых линий аналогичен магнитному полю в верхней приосевой зоне первого варианта заявленной установки (см. фиг. 11) и поэтому проникновение плазмы через соответствующие продольно-осевые "магнитные квазипробки" в полость малого междуоконного промежутка IV будет незначительным (см. фиг. 4 и фиг. 23). Проникнувшие же в полость малого междуоконного промежутка немногие частицы термоядерной плазмы затем вылетят из нее через противоположную продольно-осевую "магнитную квазипробку" (без контакта со стенкой) обратно в основной объем плазмы. По направлению к стенкам плазменной камеры над и под входами в полость малого междуоконного промежутка, где расположены поперечно-осевые "магнитные квазипробки", утечка плазмы будет крайне незначительной (если вообще будет) по причине отсутствия выходящих через поперечно-осевые "магнитные квазипробки" наружу магнитных силовых линий основных магнитных полей, а также по причине почти полного отсутствия в окрестностях поперечно-осевых "магнитных квазипробок" заряженных частиц, имеющих векторы скорости, направленные под достаточно малыми углами к осевой линии этих "магнитных квазипробок" (здесь будут сильно доминировать заряженные частицы, движущиеся перпендикулярно по отношению к осевой линии поперечно-осевых "магнитных квазипробок", которые по отношению к продольно-осевым "магнитным квазипробкам" являются продольно движущимися, то есть пролетными).

Следовательно, удержание плазмы в окрестностях сдвоенных "окон" будет более чем хорошим.

Использование небольшой магнитной катушки, охватывающей средний участок камеры малого междуоконного промежутка IV (cм. поз. 31 и фиг. 4, 7, 8, 12, 17 и 23), не обязательно. Создаваемое такой катушкой вспомогательное магнитное поле непосредственно в удержании плазмы участвовать не будет (его силовые линии не будут контактировать с плазмой), но, взаимодействуя с расположенным здесь основным (для данной зоны) линейно-соленоидальным магнитным полем, то есть с обратным "вертикальным" магнитным полем (здесь его силовые линии направлены вверх) и отжимая его к оси зоны IV (см. фиг. 4 и фиг. 23), будет способствовать лучшему стягиванию столба плазмы, проникающей сюда из других зон плазменной камеры заявленной установки (сверху и снизу), к оси этой зоны. Наиболее вероятно, что в полости малого междуоконного промежутка (в зоне IV) величина b будет всегда значительно меньшей единицы, а плотность находящегося здесь столба плазмы (на фиг. 4 и фиг. 23 показана более густой штриховкой) будет всегда значительно меньшей плотности плазмы в других зонах плазменной камеры заявленной установки (за исключением приосевой зоны 6, где плотность плазмы может быть еще меньшей). В зоне IV никакого тороидального магнитного поля не будет (Нтороид. 0).

При любой степени замагниченности плазмы, то есть при любой величине b_S, поверхность плазмы в плазменной камере заявленной установки будет ограничена нигде не пересекающейся со стенками камеры магнитной поверхностью и, следовательно, в силу невозможности движения заряженных частиц поперек магнитных силовых линий (диффузионное смещение будет более чем достаточно медленным) и диверторного эффекта сглаживания и стабилизации поверхности плазменного образования, какое-либо быстрое перемещение плазмы к стенкам плазменной камеры будет невозможным.

Очень важно понять, что связанный с наличием критической поверхности диверторный выброс части плазмы будет во всех режимах более чем приемлемым (не катастрофически большим) и тем меньшим, чем меньшей будет величина b_S. Этот вывод подтверждает и то обстоятельство, что полоидальный магнитный дивертор установки "Токамак" обладает аналогичным свойством, но отказываться от его использования в предполагаемом будущем реакторе-токамаке физики-плазменщики не собираются (см. [1] стр. 39 42, 71, 72; книгу "Инженерные проблемы установок "Токамак". М. 1986, стр. 7, 124, 130 132). Очень важно и то, что чем больше величина b_S, тем более значительно термоядерное энерговыделение (даже без учета возможности возникновения эффекта многократного увеличения интенсивности термоядерного энерговыделения плазмы), благодаря чему увеличивающийся с ростом b_S диверторный выброс плазмы и, следовательно, энергии будет компенсироваться.

В связи с вышесказанным необходимо также учесть, что почти однородной плазма в заявленной установке может быть только при очень малых b_S (например, меньших 0,1, как в установке "Токамак"). По мере же роста b_S (в основном объеме плазменного образования) будет происходить расслоение плазмы, причем различные слои плазмы станут различаться не только параметрами самой плазмы, но и величиной b_S. Приближаться к единице b_S может только в основном объеме плазменного образования, а в самом внешнем ("хромосферно-корональном") слое и в тесно примыкающей к оси симметрии первого варианта заявленной установки приосевой области 6 величина b_S будет всегда малой. По мере роста b_S в основном объеме плазменного образования (при увеличении секундного расхода термоядерного топлива) величина b_общ. в тесно примыкающей к оси симметрии первого варианта заявленной установки приосевой области 6 будет тоже расти, но значительно медленнее, и никогда не приблизится к единице будет всегда значительно меньшей единицы (< 1). Последнее же означает, что в отмеченную приосевую область 6 плазма основного объема плазменного образования проникать почти не сможет, а плазма, образовавшаяся в этой области из части инжектированного термоядерного топлива, не попавшего в основной объем плазменного образования, будет иметь внизу этой области пониженную плотность и поэтому подобная пробкотрону (не диверторная) осевая утечка плазмы вниз в первом варианте заявленной установки почти не будет иметь места (вверх совсем не будет). В первом варианте заявленной установки будет иметь место главным образом диверторная утечка плазмы, то есть из "хромосферно-коронального" поверхностного слоя, аналогично тому как это осуществляется в установке "Токамак" с помощью полоидального магнитного дивертора.

При осевой инжекции газообразного термоядерного топлива (через инжекторный канал 5) параметры нейтрального газа и образующейся плазмы в приосевой области 6 будут быстро переменными (при движении сверху вниз): температура ионизированной и нейтральной составляющих плазмы, а также давление ионизированной составляющей плазмы будут быстро расти; плотность ионизированной составляющей (компоненты) плазмы будет сначала расти, а затем быстро уменьшаться; плотность и давление нейтральной составляющей (компоненты) плазмы будут быстро уменьшаться до нулевой величины; величина же (в данном случае под давлением плазмы подразумевается суммарное давление обеих ее составляющих) будет оставаться неизменной и очень малой (при I магн. кат. const и β_общ.). В этом случае, несмотря на малую или даже очень малую величину β_Σ в приосевой области 6, полость нейтральной составляющей плазмы вблизи отверстия инжекторного канала 5 может быть из-за сравнительно низкой температуры очень значительной (большей плотности плазмы в основном объеме плазменного образования при отсутствии энергетического эффекта). В то же время внизу приосевой области 6, где нейтральной составляющей плазмы уже не будет (из-за очень высокой температуры плазма здесь будет полностью ионизированной), плотность плазмы (при очень малой величине b_S) будет очень малой (во много раз или даже в несколько порядков раз меньшей плотности плазмы в основном объеме плазменного образования).

При не очень больших мощностях ТЯР, построенного на основе первого варианта заявленной установки, то есть при существенно меньших единицы b_S в основном (реакционном, реакторном) объеме плазменного образования (заявленная установка может работать как ТЯР и при малых b_S в основном объеме плазменного образования, когда эффекта многократного увеличения термоядерного энерговыделения плазмы не будет) и осевой (тем более боковой) подаче, как правило, газообразного термоядерного топлива, величина _→ во всей приосевой области 6 и плотность плазмы в преобладающей части объема этой области (за исключением небольшого самого верхнего участка) будут не просто очень малыми, а близкими к нулю. Это означает, что в приосевой области 6 первого варианта заявленной установки (даже без использования осевого трубчатого электрического проводника с электрическим током, как во втором варианте заявленной установки) образуется заполненная главным образом продольно-тороидальным магнитным полем полость.

Упруго-динамический подпор основного (реакционного) объема плазменного образования плазмой приосевой области 6 (при осевой инжекции газообразного термоядерного топлива), по-видимому, будет способствовать устойчивому удержанию плазмы всего плазменного образования первого варианта заявленной установки. Связанный с этим стабилизирующий эффект (а он далеко не единственный -L смотрите выше и нижеизложенное описание) может быть очень значительным, в связи с чем неосевая инжекция термоядерного топлива может быть целесообразной лишь в качестве дополнительной (не основной, вспомогательной) инжекции β имеется в виду инжекция при рабочих режимах, а не для первоначального создания плазмы.

Важно и то, что для электрически нейтрального газообразного термоядерного топлива магнитное поле не будет преградой, то есть почти все инжектируемое вдоль оси симметрии газообразное термоядерное топливо будет успевать попасть внутрь основного (реакционного) объема плазменного образования, где быстро приобретет плазменное состояние и поэтому в дальнейшем будет удерживаться там. Следовательно, недиверторного вылета инжектируемого термоядерного топлива (вдоль оси симметрии) через противостоящее диверторно-выхлопное отверстие почти не будет. Не следует забывать, что заявленная термоядерная установка не пробкотрон, а тороидальная установка.

Преимущественно малоплотная (особенно внизу) плазма приосевой области 6 первого варианта заявленной установки на фиг. 7, 8 и 11 показана более густой штриховкой (под углом 45^o).

Необходимая в начальное (пусковое) время выгнутость силовых линий вертикального магнитного поля вверх (в нижней части зоны III) будет обеспечиваться магнитным полем одной из нижних катушек системы вертикального (управляющее-диверторного) магнитного поля, то есть основной управляюще-диверторной магнитной катушкой (см. поз. 27 на фиг. 17). Последнее способствует более лучшему удержанию плазмы. Тогда же когда возникнет эффект многократного увеличения термоядерного энерговыделения плазмы и станет желательной меньшей степень удержания плазмы в зоне III, поле этой магнитной катушки ослабляется до исчезновения отмеченной выгнутости вертикального магнитного поля. Важно иметь в виду, что аналогичная конфигурации магнитного поля в зоне II (см. фиг. 11) конфигурация магнитного поля в зоне III может, когда это необходимо, создаваться путем соответствующего изменения магнитного поля вышеотмеченной магнитной катушки 27 при неизменной форме стенок нижней (диверторной) части плазменной камеры, не повторяющей форм магнитных силовых линий. Использование для этой цели катушек вертикального магнитного поля (в качестве управляющих магнитных катушек) необходимо во всех вариантах (модификациях) заявленной термоядерной установки.

Случаю выгнутости вверх нижней границы плазмы (в нижней части зоны III) и примыкающих к ней магнитных силовых линий соответствует на фиг. 7 красно-зеленая штриховая (пунктирная) линия. Аналогичная выгнутость вниз верхней границы плазмы и примыкающих к ней магнитных силовых линий будет постоянно (всегда) присутствовать в окрестностях инжекторной магнитной катушки 1 (см. фиг. 7 и фиг. 11).

Во избежание недоразумений, следует иметь в виду, что, как и физики-плазменщики, под величиной b автор подразумевает отношение давления плазмы в любой рассматриваемой точке ее объема к давлению магнитного поля в ближайшей точке вне объема плазмы (не в рассматриваемой точке плазменного объема). При магнитном удержании плазмы величина (β≲1). не может быть больше единицы β_Σ.

При достаточно большой длине поперечного свободного пробега заряженных частиц, то есть при достаточно высоких температурах и достаточно слабых магнитных полях, а также при достаточно большой величине b_Σ=0,25 или c β_Σ=0,4...) в глубине плазменного образования (начиная, например, с b_S и характерной для заявленной установки конфигурации удерживающего плазму суммарного магнитного поля (только в заявленной установке) возможно возникновение ряда новых замечательных эффектов.

В этом случае внутри объема плазменного образования заряженные частицы могут двигаться сравнительно свободно, то есть будут лишь слабо (при сравнительно небольших и средних b_S) "приклеены" или почти совсем не будут (при _→, близких к единице) "приклеены" ("приморожены") к силовым линиям суммарного магнитного поля, но выйти за пределы плазменного образования (за исключением управляемой однонаправленной диверторной утечки) не смогут, так как будут отражаться обратно от плазменно-вакуумной поверхности, то есть от прилегающего к этой поверхности магнитного поля. В ходе же многократного отражения от плазменно-вакуумной поверхности часть преимущественно перпендикулярной составляющей скорости (импульса) заряженных частиц будет гаситься (в основном за счет магнитно-тормозного, то есть синхротронного, и Рэлея-Джинсовского поверхностных излучений). Кроме этого, так как диверторной утечке (выбросу) будут подвержены прежде всего те заряженные частицы, у которых наиболее велика перпендикулярная составляющая скорости (импульса) и (или) у которых особенно велика кинетическая энергия (в этом случае и относительно малая перпендикулярная составляющая их скорости имела бы значительную абсолютную величину), возникнет диверторная сепарация заряженных частиц по направлениям вектора скорости (импульса), заключающаяся в том, что чем меньше абсолютная величина перпендикулярной (к внешней поверхности плазменного образования) составляющей скорости заряженной частицы, тем она лучше и дольше сможет быть удержана. В результате этого во внешнем приповерхностном слое плазменного образования (под "хромосферно-корональным" слоем) будет сравнительно быстро (даже в физико-плазменном масштабе времени), но не мгновенно расти количество заряженных частиц, векторы скорости которых имеют малые и очень малые углы наклона к касательной отмеченной поверхности (в точке падения).

При этом чем меньшей будет перпендикулярная к этой поверхности (в точке падения) составляющая скорости заряженной частицы, тем в среднем ближе к этой поверхности она будет двигаться. За какие-нибудь стотысячные или десятитысячные доли секунды образуется приповерхностный слой плазмы (под "хромосферно-корональным" слоем) с резко доминирующим продольным (вдоль внешней поверхности плазменного образования) направлением движения заряженных частиц, а так как поперечное давление этого слоя при этом очень значительно (во много раз) уменьшится (при прежней величине плотности), силы внешнего магнитного давления и давления внутренних слоев плазмы очень сильно (во много раз) сожмут этот слой (до достижения равновесного поперечного давления, то есть до примерно такого же давления, как и во внутренних слоях плазмы). В итоге этот процесс, сходный с тем, что происходит, если, например, дунуть между двумя листами бумаги (при этом эти листы не отталкиваются, а притягиваются друг к другу вследствие уменьшения поперечного давления между ними), приповерхностный слой плазмы (с внешней стороны плазменного образования под "хромосферно-корональным" слоем) приобретет очень высокую плотность и, следовательно, именно в нем будут протекать наиболее интенсивные термоядерные реакции с очень резко доминирующим термоядерным энерговыделением, что во много раз увеличит среднее (усредненное по всему объему плазменного образования) энерговыделение, а тормозное рентгеновское излучение этого слоя в основном не сможет выйти за пределы занимаемого плазмой объема (тем более при сравнительно низкой температуре плазмы, например, в 25 миллионов градусов, при которой термоядерный реактор заявленного типа также сможет работать), так как, очень полого падая на внешнюю поверхность плазменного образования, будет отражаться от этой поверхности обратно (проявится эффект полного внутреннего отражения; см. например, Н. М. Годжаев. Оптика. М. 1977, стр. 53).

Максимальная плотность и эффективная толщина этого приповерхностного слоя будут зависеть не только от температуры плазмы, но и от размеров плазменного образования, то есть от размеров термоядерной установки (ТЯР) заявленного типа.

Помимо обычной температуры, характеризующей величину средней кинетической энергии составляющих плазму заряженных частиц для приповерхностного сверхплотного слоя плазмы, можно рассматривать ее поперечную (по отношению к поверхности плазмы) и продольную составляющие T_⊥. Оказывается, что β_Σ на обращенной к "хроматосферно-корональному" слою (≈ в вакуум) внешней поверхности этого слоя может составить менее 10000 K.

Из качественно-прикидочного вычисления также следует, что, благодаря приповерхностному сверхплотному слою плазмы, полное энерговыделение плазмы возрастает не просто во много раз, а во многие миллионы и десятки миллионов раз (в > 10⁷ раз), что, при отсутствии неприемлемо значительного сопутстствующего роста интенсивности электромагнитных излучений плазмы, позволит ТЯР заявленного типа работать при сравнительно невысокой температуре плазмы и при сравнительно слабых магнитных полях на многих типах термоядерных реакций, в том числе и на таких, которые не сопровождаются нейтронным и гамма-излучениями.

Необходимо также учесть, что в заявленной установке параллельно с процессом образования и поддержания внешнего приповерхностного сверхплотного слоя плазмы (под "хромосферно-корональным" слоем), что возможно при величине b_Σ= 0,25...) в глубине плазмы, достаточно близкой к единице (начиная, например, с b_Σ≈1, будет иметь место и обратный процесс (максвелловско-тепловая, то есть броуновская, хаотизация направления скоростей заряженных частиц), из-за которого отмеченный слой не сможет поглотить всю плазму, то есть, хотя масса этого слоя может во много раз превышать массу всей остальной плазмы (всех остальных слоев) плазменного образования, даже в установившемся (равновесном и макродлительном) состоянии (режиме) его объем составит лишь очень небольшую часть всего (суммарного) объема плазменного образования. Состояние равновесия между этими процессами (прямым и обратным) будет подобно термодинамическому равновесию в газе или в плазме, в результате чего устойчиво устанавливается и поддерживается максвелловское распределение газовых или плазменных частиц по скоростям.

О толщине же этого сверхплотного слоя можно говорить лишь условно (приближенно), так как сколько-нибудь резкой внутренней границы у него не будет в максимуме развития отмеченного энергетического эффекта, то есть при b_Σ≈0,8 (например, при b_Σ...)) будет наблюдаться экспоненциальный (очень быстрый, но не резкий) рост плотности плазмы по направлению от внутренней поверхности плазменного образования к внешней (точнее как внутренней поверхности "хромосферно-коронального" слоя; см. фиг. 16).

Не следует думать, что вышеотмеченный внешний приповерхностный слой плазмы будет иметь такую же плотность, как и плотность вещества нейтронных звезд или звезд белых карликов. Этот слой будет сверхплотным лишь по отношению к плотности внутренних слоев плазменного образования (при больших и очень больших b_Σ (при β_Σ ≪ 1)) и по отношению к плотности плазменного образования при сравнительно малых (T_⊥cp.), а также по отношению к плотности расположенного над ним "хромосферно-коронального" слоя плазмы. Абсолютная величина его плотности будет, как правило, во многие сотни раз меньшей плотности воды и лишь в некоторых случаях будет в несколько раз превышать плотность воздуха, которым мы дышим. Например, если поперечная составляющая скорости (импульса) заряженных частиц этого слоя будет в среднем в 100 раз меньшей продольной составляющей скорости, то этому случаю будет соответствовать поперечная составляющая температуры плазмы , в 10000 раз меньшая (Т≈V²) продольной составляющей температуры плазмы β_Σ и, следовательно, лишь в 10000 раз большая средняя плотность этого слоя (n_пл.≈1/T), то есть при n_o≈10¹⁴ 1/см³, n_пов. слоя ср. "фотосф." составит 10¹⁸ 1/см³, что примерно в 20 раз меньше плотности воздуха (n_o - плотность плазмы при тех же Т, Н и T_⊥cp.<10000°K, но если бы этого эффекта не было).

Вышеприведенному примеру соответствует в 10⁸ раз более интенсивное термоядерное энерговыделение (Q≈n²) в этом слое, а так как в этом случае объем этого слоя составит примерно одну сотую суммарного объема плазменного образования, среднее (суммарное) энерговывыделение всего плазменного образования возрастет примерно в один миллион раз (10⁸/10² 10⁶). Учитывая же, что истинная средняя плотность этого слоя в большинстве случаев должна быть несколько большей (такой, при которой ), реальный суммарный рост термоядерного энерговыделения плазмы, при наличии данного эффекта, может составить более 10⁷ раз. Например, при и, следовательно, при , коэффициент усиления термоядерного энерговыделения из всего объема плазменного образования (Кус.эн.) составит примерно 40000²/200≈16·10⁸/200≈ 8·10⁶ раз. Последнему случаю соответствуют такие основные параметры плазменного образования (при и n_пл.исх. n_o 10¹⁴ 1/cм³): , n_пов. слоя ср. "фотосф"≈4·10¹⁸ 1/см³, n_плазм.обр.ср.≈2,01· 10¹⁶ 1/см³, V_пов. слоя "фотосф" /V_o≈ 1/200, m_пов.слоя "фотосф."/m_o≈200.

Отношение объема внешнего приповерхностного сверхплотного слоя плазмы к объему остальной плазмы плазменного образования заявленной установки, по-видимому, должно быть равно отношению количества заряженных частиц в малом приповерхностном объеме обычной плазмы (без наличия такого рода приповерхностного слоя) с таким же направлением векторов скорости, как и у частиц этого слоя, к количеству заряженных частиц в этом же малом приповерхностном объеме обычной плазмы с другим направлением векторов скорости. По вычислению автора, это отношение оказалось равным отношению β_Σ
Следует иметь в виду, что хотя внешний приповерхностный сверхплотный слой плазмы (в заявленной установке при достаточно больших b≪1) будет иметь действительно резкую внешнюю (примыкающую к вакууму, а точнее, к "хромосферно-корональному" слою) поверхность, абсолютно резкой эта поверхность не будет. Эта поверхность в некотором роде аналогична видимой поверхности Солнца (фотосфере Солнца) и над ней, аналогично солнечным хромосфере и короне, будет простираться сравнительно толстый очень малоплотный слой (_→), состоящий из выскакивающих и затем возвращающихся назад (под действием силы Лоренца) заряженных частиц, векторы скорости которых имеют к ней (к этой поверхности) большие углы наклона, а также из заряженных частиц, векторы скорости которых имеют к ней сравнительно малые углы наклона, но которые обладают очень большой кинетической энергией (последние это в основном продукты термоядерных реакций). Прежде всего именно последний, то есть "хромосферно-корональный", слой заряженных частиц будет вовлечен не только в процесс формирования внешнего приповерхностного сверхплотного слоя плазмы, но и в процесс диверторного выброса части плазмы. Из этого также следует (тем более с учетом конструкции диверторно-выхлопной части по схемам фиг. 7, фиг. 12 и фиг. 17), что вероятность выброса из плазменной камеры заявленной установки заряженных частиц (части содержащейся в ней плазмы) будет тем больше, чем большую кинетическую энергию они имеют (прежде всего это относится к реакционно-инертным продуктам термоядерных реакций) и чем больше перпендикулярная к поверхности плазмы составляющая их скорости.

Поэтому становится понятной и очевидной принципиальная возможность достижения эффективной скорости истечения почти чисто гелиевой плазмы до величины, близкой к максимально теоретически возможной величине. Например, при работе ТЯРД прямого действия (заявленного типа) на термоядерной реакции В¹¹ + pβ_Σ3He⁴ + 8,682 МэВ W_{эфф.макс.} может составить ≈11000 км/сек, что несколько меньше W_{эфф.макс.}теорет.≈ 11738 км/сек.

Очень важно понять и учесть, что в пределах вышеотмеченного "хромосферно-коронального" слоя величина (β_Σ≪1) будет всегда значительно меньшей единицы b_S, а средняя плотность этого слоя будет во много раз меньшей плотности глубинных слоев плазменного образования. Непосредственно контактировать с критической поверхностью (с поверхностью диверторного выброса или, иначе говоря, отсоса) сверхплотный ("фотосферный") слой плазмы не будет.

Учитывая, что диверторный выброс части плазмы и, следовательно, диверторная сепарация будут иметь место при любом значении b_S, первые еще слабые признаки энергетического эффекта можно будет заметить (только в заявленной установке) и при сравнительно малых b_S, то есть с ростом b_S этот эффект будет развиваться плавно (не резко), как уже было отмечено, в широком диапазоне величин b_Σ≈1 и при b_S будет достигать максимальной величины. Полезно еще раз отметить, что начало значительного проявления этого эффекта (например, с Кус.эн. 2 10) будет сильно зависеть от полной температуры плазмы и напряженности удерживающего плазму магнитного поля чем выше температура и меньше напряженность магнитного поля, то есть чем больше длина поперечного свободного пробега заряженных частиц, тем при более малых b_S этот эффект проявится. Что касается установок "Токамак" с полоидальным магнитным дивертором, то в них такого рода сепарация заряженных частиц (основная, но не единственная причина возникновения энергетического эффекта) принципиально слишком слаба (в установках "Токамак" слишком мала величина d_пл.Σ, из-за чего слишком мала диверторная утечка плазмы), из-за чего много более интенсивная максвелловско-тепловая хаотизация скоростей заряженных частиц сводит ее на нет и совсем не затрагивает глубинных слоев плазмы.

Так как ультрахолодные нейтроны способны отражаться от металлических стенок (это следует из соответствующих экспериментов), не исключена возможность, что, даже при работе ТЯР заявленного типа на термоядерных реакциях, сопровождающихся нейтронным излучением, нейтронный поток на стенки его плазменной камеры будет сильно ослаблен. Это связано с тем, что поперечная (по отношению к внешней поверхности плазмы) составляющая энергии нейтронов, образующихся в сверхплотном приповерхностном слое плазмы (под "хромосферно-корональным" слоем), будет очень мала, то есть будет очень малой их поперечная температура. Поэтому, подобно тормозному рентгеновскому излучению сверхплотного приповерхностного слоя плазмы (под "хромосферно-корональным" слоем), эти нейтроны могут отражаться от внешней поверхности плазменного образования, тем самым оставаясь внутри плазмы до тех пор, пока не вступят в ядерную реакцию с какими-либо атомными ядрами плазмы или пока не попадут в диверторно-выхлопную зону (часть) и не будут выброшены из плазменной камеры в направлении, совпадающем с направлением истечения реактивной струи плазмы.

В заявленной установке могут возникнуть и некоторые другие замечательные эффекты и свойства, со всей определенностью выявить которые можно будет только после более строгого теоретического исследования и анализа, а также в ходе соответствующих экспериментов.

Как видно из графика фиг. 16, сколько-нибудь резкой внутренней границы у сверхплотного приповерхностного ("фотосферного") слоя не возникнет. Плотность плазмы будет экспоненциально возрастать (по направлению от внутренней поверхности плазменного образования к внешней), начиная от внутренней поверхности плазменного образования (суммарного слоя плазмы). Однако, так как самый плотный из выделенных плазменных слоев очень тонок и он вплотную прилегает к внешней поверхности плазменного образования (точнее к внутренней границе "хромосферно-коронального" слоя), можно условно выделить и рассматривать действительно тонкий и сверхплотный приповерхностный слой плазмы (например, слой толщиной в 1/100 d_пл.Σ имеет среднюю плотность в 4 раза большую, чем слой толщиной в 1/50 d_пл.Σ и в 100 раз большую, чем слой толщиной в 1/10 H_Σ≥H_мин.1. Точка пересечения координатных осей соответствует "фотосферной" (видимой) внешней поверхности наиболее плотного слоя плазменного образования.

Помимо вышеотмеченного эффекта диверторной сепарации, заряженных частиц по направлениям вектора скорости (импульса) избирательности отсоса (удаления) части плазмы (преимущественно наиболее энергичных и реакционно-инертных компонентов) диверторно-выхлопной частью заявленной установки будет способствовать также более значительная центробежная сила отсасываемых (удаляемых) заряженных частиц в нижней суженной части плазменной камеры заявленной установки.

В отличие от токамаков и стеллараторов, проектировавшихся и строившихся в основном без магнитного дивертора, проектирование и строительство заявленной установки немыслимо без диверторно-выхлопной части (зоны), являющейся неотделимой и обязательной составной частью ее конструкции.

Учитывая характерное для заявленной установки, работающей как ТЯР, очень значительное преобладание электромагнитной радиации (в основном в виде инфракрасных, ультрафиолетовых и мягких рентгеновских лучей) над корпускулярной радиацией, наиболее удобным и эффективным способом защиты от нее стенок плазменной камеры этой установки (особенно при больших и очень больших потоках радиации) является следующий способ (см. фиг. 13).

Между сравнительно тонкими первой и второй стенками плазменной камеры должны быть размещены многочисленные трубчатые (достаточно малого диаметра) каналы с охлаждающей жидкостью, в качестве которой наиболее удобно и целесообразно использовать очищенную от загрязняющих примесей воду, а иногда и жидко-газообразный водород; каналы с охлаждающей жидкостью должны образовывать не одну, а две независимые "рубашки" охлаждения и при этом последовательно чередоваться; в обращенной к плазме стенке каналов одной из "рубашек" охлаждения (эта стенка совпадает с первой стенкой плазменной камеры, то есть является ею) должны быть перпендикулярные к ней многочисленные капиллярно-мелкие (но не слишком многочисленные и не слишком мелкие) сквозные отверстия, через которые вода может под давлением просачиваться (как правило, в очень малом количестве) внутрь плазменной камеры (засорение этих отверстий недопустимо), а в аналогичной стенке другой "рубашки" охлаждения никаких отверстий быть не должно;
при сравнительно малых радиационных потоках охлаждающая жидкость (вода или жидко-газообразный водород) должна пропускаться только через каналы второй "рубашки" охлаждения (без капиллярно-мелких отверстий в обращенной к плазме стенке), а при средних и больших радиационных потоках через каналы обеих "рубашек" охлаждения; при больших потоках электромагнитной радиации (корпускулярная радиация в заявленной установке будет, как правило, незначительной), в обращенной к плазме пристеночной зоне образуется сравнительно тонкий пристеночный жидкостно-пароплазменный слой, который воспримет на себя почти всю противорадиационную защитную функцию, в связи с чем этот слой целесообразно называть защитно-регенерационным жидкостно-пароплазменным пристеночным слоем. Большая часть электромагнитных излучений, идущих из термоядерной плазмы реакционной зоны, будет отражаться и переизлучаться обратно сравнительно холодной и плотной плазмой защитно-регенерационного жидкостно-пароплазменного пристеночного слоя, а остальная их часть (их энергия) будет расходоваться на нагрев охлаждающей жидкости (воды или жидко-газообразного водорода), выдавливаемой через капиллярно-мелкие отверстия стенок, затем на парообразование, на фотодиссоциацию пара и фотоионизацию.

При небольших энергопотоках (< 10 Вт/см²) использование защитно-регенерационного жидкостно-пароплазменного пристеночного слоя не обязательно. В этом случае охлаждение стенок плазменной камеры будет осуществляться циркуляцией в каналах второй "рубашки" охлаждения (без капиллярно-мелких отверстий в стенке) воды или одного из компонентов термоядерного топлива жидкого или газообразного водорода (протия) с последующей его подачей в реакционную зону плазменной камеры.

При наличии защитно-регенерационного жидкостно-пароплазменного пристеночного слоя, причем в тем большей степени, чем больше поток электромагнитной радиации, нейтральным частицам со стенок и из пристеночного пространства будет нелегко проникнуть в реакционную зону плазменной камеры, где располагается высокотемпературная (термоядерная) плазма. Дело в том, что защитно-регенерационный жидкостно-пароплазменный пристеночный слой, будучи сравнительно тонким и холодным, будет иметь сравнительно большую плотность и, следовательно, длина свободного пробега составляющих его нейтральных частиц будет в сотни раз меньше его толщины. Диффундируя же к плазменно-вакуумной поверхности этого слоя, первоначально нейтральные газовые частицы будут последовательно все более и более нагреваться, термо- и фотодиссоциироваться и, наконец, термо- и фотоионизироваться, то есть превращаться в плазму. А плазма, тем более сравнительно холодная (с температурой до нескольких десятков и сотен тысяч градусов), не сможет двигаться поперек магнитных силовых линий, в результате чего она станет почти неопреодолимой преградой на пути движущихся со стенок нейтральных частиц (не успев достигнуть плазменно-вакуумной поверхности этого слоя, нейтральные частицы станут заряженными) и образуется резко выраженная (очень четкая) плазменно-вакуумная поверхность.

Расстояние этой плазменно-вакуумной поверхности от стенок плазменной камеры будет определяться давлением пристеночного защитно-регенерационного жидкостно-пароплазменного слоя и временем жизни (временем пребывания в плазменной камере) составляющих этот слой частиц, то есть в равновесном состоянии (при установившейся равновесной работе ТЯР заявленного типа) это расстояние будет упруго постоянным.

Между пристеночной плазмой и плазмой реакционной (основной) зоны будет достаточно большой вакуумный промежуток. Внутри плазменной камеры пристеночные частицы и частицы реакционной зоны перемешиваться друг с другом не будут. При _→ какой-либо бомбардировки стенок плазменной камеры частицами плазмы (нейтроны не имеются в виду) не будет. Н мин. 1 минимальная напряженность удерживающего реакторную плазму суммарного магнитного поля, при которой величина ларморовского радиуса наиболее энергичных из электрически заряженных продуктов термоядерных реакций хотя бы чуть-чуть (≈ на 1 2 см) меньше минимальной величины d, то есть минимального расстояния между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры.

Температура стенок плазменной камеры ТЯР заявленного типа будет меньше температуры кипения воды (Т стенок < 150 250^oC), но, несмотря на это, при необходимости они смогли бы выдержать значительно больший поток электромагнитной реакции, чем до сих пор рассматриваемые очень горячие сухие стенки, охлаждаемые жидкометаллическим теплоносителем (например, литием). Следует иметь в виду, что удельная теплоемкость, теплота парообразования и энергии диссоциации (разложения) воды, а также энергия ионизации продуктов разложения воды (водорода и кислорода) очень велики, что суммарный расход энергии на нагрев, парообразование, диссоциацию и ионизацию воды и составляющих ее водорода и кислорода очень велик и что рентгеновские и ультрафиолетовые лучи обладают очень большой диссоциативно-ионизирующей способностью, в связи с чем почти вся энергия этих лучей будет поглощаться не самой стенкой плазменной камеры, а удаленными от нее газовыми частицами, то есть водородом, кислородом и водяным паром, выбрасываемыми затем вместе с поглощенной ими энергией радиации (в виде сравнительно "холодной" плазмы) через выхлопное отверстие диверторно-выхлопной части плазменной камеры.

В ТЯРД прямого действия (заявленного типа) расход охлаждающей жидкости (воды) будет незначительным, а в ряде случаев он будет и вовсе равен нулю. Потребности в использовании какого-либо радиатора (тем более выходящего за пределы габаритов основной конструкции термоядерного космического летательного аппарата КЛА) не будет, так как при малых мощностях будет достаточно использовать регенеративное охлаждение водородом, а при больших мощностях включится в работу защитно-регенерационный жидкостно-пароплазменный пристеночный слой (охлаждение водой) с последующим либо прямым реактивным выбросом продуктов разложения воды и продуктов термоядерных реакций (в ТЯРД прямого действия), либо выбросом этих продуктов через воздушно-космический электрический реактивный двигатель (ВК ЭРД) большой тяги (в ТЯРД непрямого действия). Для охлаждения наиболее теплонагруженных участков боковых изогнутых каналов заявленного типа ТЯРД непрямого действия, расположенных возле вакуумных насосов 14 (см. фиг. 7), целесообразно в полость этих каналов (возле вакуумного насоса 14) подавать некоторое дополнительное количество водорода, а в ряде случаев (при очень больших мощностях) и небольшое количество воды.

Магнитное поле пересекающих плазму одного или двух трубчатых электрических проводников с электрическим током (внизу диверторно-выхлопной части второго варианта заявленной установки) не позволит потоку плазмы контактировать с этими электрическими проводниками (контакт плазмы с ними имел бы нежелательные последствия), в связи с чем плазма будет обтекать эти электрические проводники на некотором расстоянии от них. Однако обтекание плазмой этих проводников будет несимметричным и, следовательно, неидеальным, что потребует использования значительно более сильного магнитного поля этих электрических проводников (возле их поверхности) в сравнении с линейно-соленоидальным магнитным полем приосевого цилиндрического канала диверторно-выхлопной части заявленной установки (ТЯР заявленного типа). Кроме этого на эти электрические проводники будет падать наиболее интенсивный поток электромагнитной радиации. Поэтому в этом аспекте (без учета других условий и обстоятельств) более целесообразно полное отсутствие системы азимутально-тороидального магнитного поля (какк в первом варианте заявленной установки; смм. фиг. 3, 7 и 11) или эти один или два электрических проводника будут отводиться из-под потока плазмы, размыкая электрическую цепь вместо ключа К1 (см. фиг. 12 и фиг. 17).

Пристеночная кислородно-водородная плазма (бывшая вода) будет непрерывно истекать из выхлопного отверстия (сопла) ТЯР заявленного типа одновременно и совместно с истечением плазмы из реакционной (основной) зоны его плазменной камеры. При этом примыкающая в внутренней стенке пристеночная плазма будет сначала "перетекать" (через соответствующие пристеночные участки приэкваториальных "окон" в результате диффузии и дрейфовых смещений) в примыкающий к внешней стенке пристеночный плазменный слой. β_Σ Здесь необходимо учесть, что диффузия частиц плазмы вдоль поверхности плазмы всегда значительно превосходит диффузию плазмы в перпендикулярном к поверхности плазмы направлении.

От ранее предлагавшихся и уже используемых в аэрокосмической технике способов транспирационной и абляционной защиты (аналогов) вышеописанный способ отличается прежде всего тем, что предназначен для защиты не только от потоков горячих частиц, сколько от потоков высокоэнергичных электромагнитных излучений. Кроме этого он отличается тем, что наиболее эффективен в условиях первоначально прилегающего к защищаемой стенке глубокого вакуума, а также тем, что для противорадиационной защиты стенок используется не жидкий металл (например, литий) и не твердое (например, керамическое) невозобновляемое покрытие, а легко возобновляемая (могущая подаваться непрерывно и очень длительно) вода и продукты ее разложения водород и кислород. Определяемая температурой кипения воды сравнительно низкая температура защищаемых стенок позволяет иметь широкий выбор материала для этих стенок как правило, дорогие сверхтермостойкие материалы будут не обязательны.

Вопреки высказываниям некоторых ученых (см. [2] стр. 68), игнитронный (самоподдерживающийся) режим работы термоядерного реактора может быть устойчивым.

Дело в том, что флуктуация температуры и, следовательно, интенсивности энерговыделения могла бы привести к дальнейшему росту или падению температуры и энерговыделения, то есть к неустойчивости, только в случае плазмы, имеющей возможность изменять свое давление при постоянной или непропорциональной величине энергосъема. Если же давление плазмы будет ограничено некоторой максимально возможной величиной (в ТЯР заявленного типа эта величина определяется секундным расходом термоядерного топлива, от которого, помимо прочих других параметров плазмы, зависит и величина b_S; при этом b может быть значительно меньше единицы, например, может быть равной 0,2; эта величина будет зависеть и от величины магнитного поля основной управляюще-диверторной магнитной катушки), подача термоядерного топлива будет равномерной (энерговыделение никак не сможет превысить ту величину, которая выделилась бы при полном "сгорании" термоядерного топлива) и выделяющаяся энергия УТС не будет накапливаться в пределах занимаемого плазмой объема, то есть если величина энергосъема (энергоутечки) будет строго пропорциональной величине энерговыделения, неустойчивая работа ТЯР в ингитронном режиме будет невозможной. Последние условия как раз и будут соблюдаться в ТЯР заявленного типа.

При постоянной величине напряженности удерживающего плазму суммарного магнитного поля величину b_S, температуру, плотность, энерговыделение и скорость истечения плазмы, а также тягу (в ТЯРД заявленного типа) можно будет легко регулировать изменением величины секундной подачи термоядерного топлива (отмеченные параметры тесно взаимосвязаны). При этом будут также регулироваться вышеотмеченный промежуток d и тесно с ним связанный объем V реакторного плазменного образователя.

Начиная с самой малой секундной подачи термоядерного топлива, в частности в предпусковое время и в пусковой период работы ТЯР заявляемого типа, величина b_Σ≪1) будет значительно меньше единицы (например, может быть равной 0,1 или 0,2), а температура, плотность, энерговыделение и скорость истечения плазмы, а также реактивная тяга будут значительно меньшими своих максимально возможных (для данного ТЯР) значений. При этом из диверторно-выхлопной части ТЯР заявленного типа кроме гелия-4 истекала бы и значительная часть еще не прореагировавшего термоядерного топлива. С увеличением же секундной подачи термоядерного топлива, после достижения режима установившегося (равновесного и макродлительного) термоядерного "горения" (такой режим возможен и при b_S, эти параметры будут расти, причем начиная с некоторой достаточно большой величины b_Σ= 0,24 (например, при b_Σ= 0,4 или при b_S) их плавный рост (за исключением плотности n) резко ускорится (из-за того, что с этого момента проявится и станет быстро развиваться вышеотмеченный энергетический эффект). За сравнительно малое время развития этого эффекта рост _→ остановится на некоторой близкой к единице, но не равной единице, величине (например, на значении 0,8 или 0,9) и далее будет поддерживаться на достигнутом максимально возможном уровне (если и далее увеличивать подачу термоядерного топлива). С возникновением этого эффекта и без того очень большая скорость истечения плазмы быстро (с темпом развития этого эффекта) возрастет до величины, близкой к теоретически максимально возможному значению, определяемому средней кинетической энергией продуктов термоядерных реакций, из которых будет состоять реактивный выхлоп (в случае работы на термоядерной реакции В¹¹ + p T_⊥cp.≪T_o...3He⁴ + 8,682 МэВ реактивный выхлоп будет состоять из почти чистого гелия-4 и будет истекать со скоростью W_эфф.≈11000 км/сек), температура плазмы резко возрастет, а средняя плотность плазмы (n_пл.ср.) уменьшится, но не столь значительно, так как в обычных условиях n_пл.≈1/T, но в данном случае .

Начиная с момента максимального развития эффекта многократного увеличения интенсивности термоядерного энерговыделения плазмы без неприемлемо значительного сопутствующего роста интенсивности тормозного рентгеновского излучения, когда, при многократном превышении энерговыделения УТС над полной энергией выходящего за пределы плазменного образования тормозного рентгеновского излучения, скорость истечения плазмы будет примерно равной максимально возможной величине, а температура и энерговыделение плазмы, а также развиваемая ТЯРД заявленного типа тяга еще не достигнут их максимально возможных (для данного ТЯРД) величин, с увеличением секундного расхода термоядерного топлива до величины, при которой температура и энерговыделение плазмы достигнут теоретически максимально возможных значений, а тяга нет, величина скорости истечения будет оставаться почти неизменной, то есть будет лишь очень незначительно уменьшаться, температура и энерговыделение плазмы будут возрастать, тяга расти, а плотность плазмы будет уменьшаться. При дальнейшем увеличении секундного расхода термоядерного топлива тяга будет продолжать расти, пока не достигнет максимально возможной для данного ТЯРД величины, скорость истечения плазмы будет уменьшаться, а температура, энерговыделение и плотность плазмы будут оставаться неизменными. Если же теоретически максимально возможные температура и энерговыделение плазмы не достигаются вплоть до достижения максимально возможной (для данного ТЯРД) тяги, то, как и в предыдущем случае, когда Т_{теор.макс.} и Q_{теор.макс.} достигаются до достижения F F_макс., после достижения F F_макс. с дальнейшим увеличением секундного расхода термоядерного топлива скорость истечения, температура и энерговыделение плазмы будут убывать (при достижении F F_макс., T_пл. и Q_эн всегда имеют практически максимально возможные величины, которые могут быть значительно меньшими их теоретических максимально возможных величин), тяга будет оставаться неизменной и равной F_макс., а плотность плазмы будет возрастать. В последнем неэкономичном случае с ростом расхода термоядерного топлива температура плазмы может упасть настолько, что в некоторый момент может произойти резкое прекращение энерговыделения с последующим резким падением тяги.

Разумеется, для остановки работы ТЯР заявленного типа резко и очень значительно увеличивать подачу термоядерного топлива не обязательно. Этого можно добиться и простым прекращением подачи термоядерного топлива, что значительно более целесообразно.

При уменьшении подачи термоядерного топлива параметры плазмы и тяга будут изменяться противоположно их изменению при увеличении подачи термоядерного топлива, но, по-видимому, не симметрично, то есть с той существенной (важной) разницей, что при уменьшении секундной подачи термоядерного топлива (β_Σ≈1) в состоянии с b_Σ=0,8) (например, с b_S) переход к малым если и возможен (при сохранении положительного баланса термоядерного энерговыделения, то есть термоядерного "горения"), то при других значениях β_Σ, температуры и плотности плазмы, чем переход от малых b_Σ≈1 к в ходе увеличения β_Σ.

Очень важно отметить, что при величинах b_Σ≈1, близких к единице, тороидальное магнитное поле заявленной установки будет вынуждено сконцентрироваться лишь в той части рабочего объема плазменной камеры, где нет плазмы. Последнее же явится причиной значительного увеличения напряженности этого магнитного поля при прежней величине протекающего через соответствующие магнитные катушки электрического тока. При этом если, например, объем плазмы составит половину рабочего объема плазменной камеры, то напряженность магнитного поля во второй половине этого объема (где нет плазмы) увеличится в два раза, что увеличит магнитное давление в четыре раза. В принципе, за счет этого эффекта можно увеличить напряженность прилегающего к поверхности плазмы тороидального магнитного поля (не увеличивая величину пропускаемого через соответствующие магнитные катушки электрического тока) до сколь угодно большой величины лишь бы прочность конструкции магнитных катушек была достаточной, чтобы выдержать значительно возросшие механические нагрузки и напряжения.

Поэтому в заявленной установке (в ТЯР заявленного типа) максимально возможное давление плазмы (даже при b оно может быть значительно меньшим максимально возможного давления тороидального магнитного поля) и с ним связанные другие параметры плазмы (Т_пл, n_пл.ср., b, Q_эн, W_эфф.), а также реактивная тяга F и величина промежутка d между поверхностью реакторного плазменного образования и стенкой плазменной камеры будут определяться не только величиной секундной подачи термоядерного топлива, но и величиной магнитного поля основной управляюще-диверторной магнитной катушки 27. Вышеизложенная же регулировка параметров плазмы b, T_пл., Q_эн., W_эфф.), а также величины d и реактивной тяги F изменением количества секундной подачи термоядерного топлива относится к случаю, когда сохраняются неизменными все магнитные поля, в том числе и магнитное поле основной управляюще-диверторной магнитной катушки, что равнозначно условию (верному и при наличии плазмы в плазменной камере) постоянства электрического тока, протекающего через все магнитные катушки.

В этом подразделе параметр b рассматривался не в любой точке плазменного образования заявленной установки, а в его основном (наиболее значительном по величине) объеме (под наиболее плотной приповерхностной частью плазменного образования, то есть под "фотосферным" слоем). Параметр b_S есть отношение давления плазмы в какой-либо рассматриваемой точке ее объема к давлению магнитного поля в ближайшей точке вне плазмы.

Малые величины b_S в заявленной установке возможны не только в начальный (пусковой) период ее работы (в режимах ТЯР), но и в период установившегося (равновесного и макродлительного) термоядерного "горения", для чего необходимо подавать достаточно малое количество термоядерного топлива. Большое значение имеет и то обстоятельство, что возникновение или исчезновение эффекта многократного увеличения термоядерного энерговыделения плазмы при увеличении или уменьшении не должно быть резким.

Для большей наглядности на фиг. 14 приведены качественные графики зависимости отмеченных параметров (кроме параметров d и Vпл.) от величины секундного расхода термоядерного топлива , при фиксированной (неизменной) величине электрического тока, протекающего через все магнитные катушки (J магн. кат. const). Характер же зависимости этих параметров от величины напряженности магнитного поля основной управляюще-диверторной магнитной катушки (при (β_Σ<1)) несколько более сложен, но достаточно очевиден и поэтому не показан.

Существенными отличиями используемого в заявленной установке первого способа прямого преобразования термоядерной энергии в электроэнергию от уже рассматривающихся МГД-генераторов электродного типа (аналогов) являются: использование для этой цели (во втором варианте заявленной установки) не поперечного магнитного поля, пересекающего канал с плазмой от стенки к стенке, а параллельного стенкам канала кольцевого (азимутального) магнитного поля; расположение секций электродов токосъема (см. поз. 9 и поз. 10 на фиг. 12 и фиг. 17) не с двух противоположных сторон канала с плазмой, а со всех сторон от оси симметрии на соответствующих цилиндрических поверхностях; благодаря отсутствию прямого контакта плазмы с секционированными цилиндрическими электродами (особенно с внутренними электродами катодами), значительно меньший их нагрев и износ; помимо известного нежелательного эффекта, продольная составляющая ЭДС Холла создаст азимутальный (кольцевой) электрический ток Холла и с ним связанное магнитное поле, которое будет стремиться отжать плазменный поток от секционированных и оребренных цилиндрических катодов 9.

В этом способе продольный электрический ток Холла должен быть, по возможности, минимальным или равным нулю, а величина азимутального электрического тока Холла должна не превышать некоторого целесообразного предела, для чего все пары коаксиальных электродов токосъема должны быть строго соосными и не смещенными вдоль оси относительно друг друга, а величина линейно-соленоидального ("вертикального") магнитного поля в зоне их расположения должна не превышать величины азимутального магнитного поля (по-видимому, должна быть несколько меньшей). Кроме этого радиальное междуэлектродное расстояние должно быть сравнительно малым, например, равным 3 6 максимальным ларморовским радиусам ионов конечных продуктов термоядерных реакций.

Учитывая все это, а также наличие очень больших температуры и продольной скорости движения плазмы и контактно-малое расстояние между электродами и плазмой, можно надеяться, что, несмотря на присутствие в междуэлектродной плазме, как и во всей диверторно-выхлопной части, магнитного поля (_→ η_общ.= η_эл.+η_тяг.·(1-η_эл.).) и повышенную напряженность магнитного поля у поверхности электродов, междуэлектродная электрическая проводимость плазмы будет достаточно большой, чтобы КПД преобразования кинетической (термоядерной) энергии плазмы в электроэнергию (этим способом) мог значительно превышать 50 70%
У вышеописанного первого способа прямого преобразования термоядерно-тепловой энергии плазмы в электроэнергию возможен вариант, в котором, помимо цилиндрического приосевого канала нижнего участка диверторно-выхлопной части, используется отходящий от этого канала (вдоль оси симметрии) изогнуто-конический канал, образованный промежутком между двумя изогнуто-коническими магнитными катушками, одна из которых вложена в другую. Последние и электрические проводники системы азимутально-тороидального магнитного поля создают в изогнуто-коническом канале изогнутое линейно-соленоидальное и азимутальное магнитные поля. В середине концевого междустеночного промежутка изогнуто-конического канала перед системой вакуумных насосов, расположенных вдоль концевой линии, располагается кольцевая продольно-горизонтальная диэлектрическая разделительная пластина (перегородка), предназначенная для предотвращения схлопывания, ранее разделенных инерционным дрейфом, ионов и электронов. Съем электроэнергии производится как с коаксиальных цилиндрических электродов цилиндрического приосевого канала нижнего участка диверторно-выхлопной части (см. фиг. 12 и фиг. 17), так и с им аналогичных коаксиальных изогнуто-конических электродов изогнуто-конического канала, откуда вытекает основное достоинство этого варианта более значительная площадь электродов токосъема и, следовательно, более эффективное преобразование кинетической (термоядерной) энергии выхлопного потока плазмы в электроэнергию при значительно более короткой и в целом более компактной диверторно-выхлопной части плазменной камеры.

Для первого варианта заявленной установки (см. фиг. 3, 7, 8, 11) варианты первого способа прямого преобразования термоядерно-тепловой энергии плазмы в электроэнергию не применимы. Для него может быть применен другой (второй) перспективный способ прямого преобразования термоядерно-тепловой энергии плазмы в электроэнергию, который, хотя и менее эффективен, в ряде случаев может быть целесообразным. Например, в вакууме космического пространства, где применение электрических реактивных двигателей не обязательно, более целесообразно большую часть термоядерной энергии, выделяемой в ТЯРД заявленного типа, преобразовывать не в электроэнергию, а непосредственно в энергию реактивной струи плазмы (такой режим соответствует термоядерному реактивному двигателю прямого действия), то есть в этом случае, даже при сравнительно очень малой доле выработки электроэнергии (для энергетических потребностей самого ТЯРД и для энергообеспечения отсека экипажа и всех других отсеков и систем космического корабля), общий КПД все-таки будет достаточно высоким. H_Σ.

Второй способ прямого преобразования термоядерной энергии в электроэнергию аналогичен первому и отличается от первого и от других аналогов следующим. Магнитогидродинамическое (МГД) преобразование энергии производится в изогнутом продольно-соленоидальном магнитном поле, которое размещено в отходящих от нижнего участка диверторно-выхлопной части изогнутых (по дуге окружности) боковых цилиндрических каналах с магнитной обмоткой (см. фиг. 7); снимаемый контактно-близко расположенными к плазме электродами 36 электрический ток возбуждается не при пересечении продольно движущейся плазмой магнитных силовых линий, а в результате ее движения по криволинейной траектории и возникновения центробежного дрейфа; наличие на концевом участке изогнутого канала с плазмой и электродами токосъема достаточно толстой вертикальной (в плоскости кривизны магнитных силовых линий) диэлектрической пластины (перегородки) 35, предназначенной для предотвращения схлопывания, ранее разделенных центробежным дрейфом, ионов и электронов; по-видимому, сравнительно невысокий КПД (менее 50% ). В отличие от первого способа, во втором способе азимутальное магнитное поле не используется, электроды токосъема размещаются вдоль всего искривленного канала с двух противоположных от плазмы сторон в перпендикулярных к плоскости кривизны канала направлениях. За разделительной диэлектрической пластиной (перегородкой) в конце каждого изогнутого канала должен быть размещен мощный вакуумный насос 14.

Второй способ прямого преобразования термоядерной энергии в электроэнергию применим и для второго варианта заявленной установки (на боковых изогнутых цилиндрических каналах, отходящих от приосевого цилиндрического участка диверторно-выхлопной части), но вряд ли он будет для него целесообразным, тем более, что при наличии таких боковых каналов более целесообразно применить комбинацию первого и второго способов.

В отличие от рассматривающихся в литературе МГД-генераторов электродного типа (см. [11] стр. 10, 11, 157 162, 233 246, 280, 319, 348, 424 430, 437, а также [8] стр. 272 278 и [12] стр. 42, 55 57, 97 98, 105 - 109), в вышеизложенных способах МГД преобразования термоядерной энергии в электроэнергию используется сравнительно малоплотная (разреженная) горячая плазма. В этих способах не понадобится какое-либо использование щелочных металлов (для охлаждения электродов и стенок каналов тоже), так как и без их посредства плазма будет очень высокоионизованной, а охлаждение не очень сильно теплонагруженных (при достаточно малой мощности ТЯЭС заявленного типа) электродов и стенок каналов будет с высокой эффективностью осуществляться простой водой (регенеративно) или водородом (в наземных условиях воздухом или водой) при полном отсутствии каких-либо радиаторов сброса в атмосферу или в космос "излишков" тепла.

Электрическая схема, соответствующая первому из этих способов, изображена на фиг. 12 и фиг. 17, причем схема на фиг. 12 соответствует параллельному, а схема на фиг. 17 последовательному соединению первичного источника электропитания и коаксиально-цилиндрических электродов МГД-токосъема. ТЯР заявленного типа (ТЯЭС и ТЯРД) смогут сколь угодно долго устойчиво работать при любых сочетаниях температуры и плотности плазмы, при которых будет обеспечиваться равенство между массой секундного расхода термоядерного топлива и суммой массы секундной утечки плазмы и массы, соответствующей энергетическому дефекту массы. Сочетание этих и других параметров, отмеченных на фиг. 14, будет зависеть только от величины полного магнитного давления (от величины напряженности прилегающего к поверхности плазмы суммарного магнитного поля ), от количества ежесекундно подаваемого в плазменную камеру термоядерного топлива и рабочего вещества (если оно используется) и от состава этого топлива (от типа используемых термоядерных реакций). Соответственно с этим различные ТЯР заявленного типа и каждый из них в отдельности смогут работать в очень широком диапазоне легко регулируемых величин развиваемых ими мощности, тяги и скорости истечения выхлопной реактивной струи плазмы. При этом максимально возможная эффективная скорость истечения плазмы (W_{эфф.макс.}) будет определяться средней скоростью конечных продуктов термоядерных реакций (будет близка к этой скорости), а минимально возможная эффективная скорость истечения плазмы (W_{эфф.мин.}) будет определяться температурой плазмы, то есть средней тепловой скоростью составляющих плазму заряженных частиц.

W_{эфф.макс.} и W_{эфф.мин.} можно определить с помощью следующих формул:

_→
где T средняя температура плазмы, K,
A средний атомный номер составляющих реактивную струю плазмы заряженных частиц.

Работая на термоядерной реакции В¹¹ + p β_Σ≈1, 3 He⁴ + 8,682 МэВ (8,2% В¹¹ и 91,8% p), при Dпл.кам 5 м. Vпл. кам.≈65,3·10⁶ см³, V плазмы ≈20·10⁶ см³, Нмин. 1 ≈16 кэ. (Но мин.≈23 кэ), , Т.пл. кинет.о 20 кэв. ≈232·10⁶К, /сек. ≲ 20 К ус. энерг. ≈10⁸, Кус. торм.рад. , dмин. ≈11.7 см. R ларм.макс.≈10,7 см. ТЯР заявленного типа может иметь, в частности (при этих параметрах), мощность термоядерного энерговыделения кВт, и мощность электромагнитной тормозной радиации , что соответствует потоку электромагнитной тормозной радиации на первую стенку плазменной камеры Q_эн.Σ= 1,69·10⁹кВт. (защититься от такого энергопотока электромагнитной тормозной радиации не составит проблемы; "бомбардировки" же первой стенки плазменной камеры заряженными частицами плазмы и нейтронами почти совсем не будет). Если же работать при более низкой температуре плазмы (< 20 кэВ), а также при еще большей концентрации сравнительно реакционно-пассивного (по отношению к самому себе) протия, при меньшем объеме плазмы (при большей величине параметра d) и при менее полном "сгорании" термоядерного топлива (этого можно добиться и при посредстве управляюще-диверторных катушек "вертикального" магнитного поля - особенно основной управляюще-диверторной магнитной катушки 27), можно добиться значительно более низких величин энерговыделения плазмы и радиационных энергопотоков на первую стенку плазменной камеры (при Н_{тороид.} const). Например, при 1%-ной концентрации бора-11 в боро-протиевой плазме и тех же Но мин.≈23 кэ и Т пл. кинет.о 20 кэВ Q_{торм.рад.} будет в 2,90908/1,2395232 ≈2,347 раз меньшим, то есть составит 108,76 Вт/см²: 2,347≈46,32 Вт/см².

При W_эфф. 8600 км/сек (меньше W_{эфф.макс.}≈11738 км/сек. из-за снижающего вклада параллельного реактивного выброса-выхлопа сравнительно "холодной" пристеночной плазмы защитно-регенерационного слоя) мощности Q_эн.Σ соответствует реактивная тяга (для ТЯРД прямого действия) F ≈40 тонн.

При 8,2% -ной концентрации бора-11 в боро-протиевой плазме отношение термоядерного энерговыделения плазмы к энергии тормозного рентгеновского излучения Q_{торм.рад.} достигает максимально возможной величины и в этом смысле (аспекте) такая концентрация бора-11 является оптимальной. Для других протонных термоядерных топлив оптимальны следующие концентрации тяжелого компонента:
ТР β_Σ
К ус. энерг. зависящий от величины и, следовательно, от β_Σ ≈ 1,, а также от температуры плазмы коэффициент усиления термоядерного энерговыделения. В зависимости от температуры плазмы Т пл. кинет. о величина К ус. энерг. будет изменяться приблизительно так (при , то есть при максимуме энергетического эффекта): при Т пл. кинет.о 1 кэВ. К ус. энерг. ≈10⁶; при Т пл. кинет. о 4 кэВ, К ус. энергов. ≈10⁷, при Т пл. кинет.о ≈20 кэВ, К ус. энерг. ≈10⁸; при Т пл. кинет.о ≈100 кэВ, К ус. энерг. ≈10⁹; при Т пл. кинет. о 300 кэВ, К ус. энерг. ≈5·10⁹.

К ус. торм.рад. зависящий от величины энергетического эффекта и, следовательно, от b_Σ ≈ 1, и температуры плазмы коэффициент усиления тормозной электромагнитной радиации (при максимальном развитии энергетического эффекта, то есть при b_Σ ≈ 1 он максимален).

При Т. пл. кинет.о 20 кэВ и (≲ 2) (при максимуме энергетического эффекта) величина К ус.торм.рад. вряд ли превысит двух единиц β_Σ ≈ 1, а при Т пл. кинет.о 100 кэВ величина К ус.торм.рад. не превысит двадцати.

Т пл. кинет.о температура плазмы, соответствующая средней кинетической энергии частиц плазмы, то есть полной длине их вектора скорости, а не какой-либо составляющей этого вектора.

Но мин минимальная величина напряженности прилегающего к поверхности удерживаемой плазмы суммарного магнитного поля, при которой величина максимально возможного ларморовского радиуса (R ларм. макс.) частиц плазмы, то есть ларморовский радиус наиболее энергичных из электрически заряженных продуктов термоядерных реакций, хотя бы на ≈1 2 см меньше расстояния d между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры.

Н мин. 1 минимальная величина напряженности суммарного магнитного поля при отсутствии плазмы в плазменной камере, которая в случае заполнения плазменной камеры плазмой, при J магн.кат. const и n_OΣ , n_OB11 возрастает (в свободном от плазмы объеме плазменной камеры) до величины, равной Н о мин. Именно поэтому на стр. 40 описания параметр Н мин. 1 был охарактеризован аналогично параметру Н о мин. имелось в виду минимальное магнитное поле, создаваемое магнитными катушками, а эффект возрастания напряженности этого магнитного поля из-за диамагнитного и дрейфово-токового (недиамагнитной природы) его выталкивания в свободный от плазмы объем плазменной камеры подразумевался.

(H_Σ) и β_Σ, n_op и n_oe суммарная (по всем компонентам) плотность реакторной плазмы и плотности соответственно ядер бора-11, протонов и электронов при тех же величинах кинетической температуры плазмы (Т пл.кинет.о), напряженности суммарного магнитного поля , но в случае, если бы энергетического эффекта не было.

(σ) произведение эффективного сечения _→ термоядерной реакции В¹¹ + p β на относительную скорость (V) взаимодействующих ядер бора-11 и протонов, усредненного по максвелловскому распределению скоростей.

Что касается чернотельного излучения плазмы, то в заявленной установке его величина будет во много раз меньше тормозного рентгеновского излучения, так как, несмотря на очень большую плотность плазмы в наиболее плотной зоне "фотосферного" приповерхностного слоя (под "хромосферно-корональным" слоем), это излучение будет определяться не законом Стефана Больцмана (для этого плотность плазмы будет недостаточно большой), а законом Рэлея Джинса, то есть в вышерассмотренном примере как на внешней, так тем более и на внутренней поверхностях реакторного плазменного образования не превысит двух трех ватт на см² (см. например, книгу "Ионные, плазменные и дуговые ракетные двигатели". М. 1961, с. 299). Синхротронное же излучение будет тем более мало. Поэтому в большинстве случаев эти излучения можно не учитывать.

Как видно, даже при мощностях в миллиарды киловатт поток электромагнитной и тем более корпускулярной (.) радиации на стенки плазменной камеры заявленного типа ТЯР (верно не только для ТЯРД, но и для ТЯЭС) будет вполне приемлемым стенки плазменной камеры такого ТЯР будут надежно защищены.

При внимательном и вдумчивом рассмотрении заявленной термоядерной установки возможность регулирования ей соответствующих параметров (b, T_пл., n_пл., Q_эн., d, V_пл., W_эфф. и F) очевидна, причем как изменением напряженности "вертикального" магнитного поля (особенно на сужающемся участке 2 ее плазменной камеры), так и изменением количества ежесекундно подаваемого в ее плазменную камеру термоядерного топлива. Дополнительно к вышеизложенному факт последнего наглядно и убедительно иллюстрирует следующая модель-аналог (см. фиг. 25).

Представьте себе полый прозрачный (для удобства наблюдения) шар со срезанными приполярными сегментами, имеющими в приосевой области гибкие отверстия (способные пружиняще расширяться и сужаться), через которые пропущены верхняя и нижняя горловины (трубки), соединяющиеся с меньшего размера внутренним полым шаром (см. фиг. 25). Внешний шар жесткий (за исключением области приполярных отверстий), а внутренний резиновый, то есть способен изменять свой диаметр в зависимости от давления воздуха внутри него. Соединенные с внутренним шаpом горловины, как и этот шар, резиновые и также способны (особенно нижняя из них) изменять свой диаметр. Полость в промежутке между внешней поверхностью (оболочкой) внутреннего шара и внутренней поверхностью (оболочкой) внешнего шара (поз. 42) герметична и заполнена некоторым количеством воздуха.

Если через верхнюю горловину (трубку) начать вдувать (инжектировать) воздух (аналог газообразного термоядерного топлива), то под давлением этого воздуха внутренний шар увеличит свой диаметр (раздувается), но до определенной предельной величины, определяемой давлением этого воздуха и противодавлением воздуха в междуоболочечной герметичной полости (поз. 42). Если же после этого вдув (подачу, инжекцию) воздуха уменьшить, то диаметр внутреннего шара соответственно уменьшится.

При равномерном (постоянном и в равном количестве) вдуве воздуха размеры внутреннего шара будут неизменными (стабильными).

С ростом подачи воздуха (через верхнюю горловину) будут расти давление и, следовательно, плотность воздуха в полости внутреннего шара, а также количество воздуха, истекающего наружу через нижнюю горловину (при этом диаметр нижней горловины будет увеличиваться), и будет уменьшаться величина междуоболочечного промежутка d. С уменьшением подачи (вдува) воздуха эти параметры будут изменяться наоборот.

С учетом же того обстоятельства, что в этой модели внутренний шар является аналогом реакторного плазменного образования заявленной установки, оболочка внешнего шара аналогом первой стенки ее плазменной камеры (точнее внутренней поверхности соответствующих магнитных катушек), верхняя и нижняя горловины аналогами верхнего инжекторного и нижнего диверторно-выхлопного приосевых отверстий ее плазменной камеры, междуоболочная герметичная полость
аналогом части полости плазменной камеры этой установки, расположенной с внешней стороны ее реакторного плазменного образования (со стороны плазменной поверхности, имеющей выпуклые к прилегающему магнитному полю участки), упруго сжимаемый воздух междуоболочечной герметичной полости аналогом упруго сжимаемого основного продольно-тороидального магнитного поля соответствующих магнитных катушек и в еще большей степени аналогом упруго сжимаемого дрейфово-токового (не основного) продольно-тороидального магнитного поля этой установки, эта модель показывает и доказывает возможность регулирования в этой установке таких параметров, как давление и плотность реакторной плазмы (Р._пл и n_пл.), тесно связанный с давлением плазмы и величиной инжекции термоядерного топлива параметр (отношение давления плазмы к давлению магнитного поля), определяемая количеством выхлопа и скоростью истечения выхлопа плазмы реактивная тяга F (с вычетом энергетического дефекта массы количество диверторно истекающей плазмы будет равно количеству инжектируемого в плазменную камеру термоядерного топлива) и величина промежутка (d) между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры изменением количества ежесекундно подаваемого в плазменную камеру этой установки, работающей как термоядерный реактор, газообразного термоядерного топлива.

А так как от плотности реакторной плазмы зависит термоядерное энерговыделение, а от термоядерного энерговыделения температура плазмы и величина скорости диверторного истечения выхлопной части плазмы, эта модель показывает и доказывает возможность взаимосвязанного регулирования в этой установке и трех остальных параметров, отмеченных выше, то есть температуры плазмы Т пл. кинет.о, термоядерного энерговыделения Qэн. и эффективной скорости истечения реактивного выхлопа части плазмы Wэфф. а также (дополнительно) реактивной тяги F, зависящей, ка уже было сказано, не только от количества ежесекундно истекающего выхлопа плазмы _→, но и от Wэфф.

В рассмотренной модели предполагается, что сила упругости резины, из которой изготовлена оболочка внутреннего шара, пренебрежимо мала, но эта резина способна легко растягиваться и сжиматься. Очень важно рассмотреть и учесть не силу упругости резиновой оболочки внутреннего шара, а силу упругости воздуха, сжимаемого в междуоболочечной герметичной полости.

В заявленной установке рост величины β при увеличении подачи (инжекции) изначально холодного и электрически нейтрального газообразного термоядерного топлива связан с тем, что это термоядерное топливо, легко достигая горячей поверхности реакторного плазменного образования и частично проникая в глубь него (двигаясь поперек магнитных силовых линий), где быстро нагреется и ионизируется, превратившись в плазму (см. стр. 29 и стр. 30 этого описания), будет вытеснять наружу ранее находившиеся в плазме магнитные силовые линии, а так как, в отличие от электрически нейтрального (изначально) термоядерного топлива, образовавшаяся из него новая плазма не сможет легко двигаться поперек магнитных силовых линий, при увеличении подачи (инжекции) газообразного термоядерного топлива, величина роста давления и плотности плазмы (за счет роста b_S и уменьшения d) будет обгонять величину роста объема плазмы (только за счет уменьшения d). Когда же параметр b_S в глубине плазмы достигнет максимально возможной величины (например, равной 0,8 или 0,9), дальнейший рост давления и плотности плазмы, при Jкат. const, если и будет возможным, то только за счет уменьшения параметра d (за счет сжатия прилегающего к поверхности реакторного плазменного образования продольно-тороидального магнитного поля и, следовательно, возрастания его напряженности). В некоторый момент, который может произойти не только после достижения параметром b своей максимально возможной величины, но и несколько раньше, рост плотности (но не давления) плазмы прекратится (за счет быстрого роста ее температуры) и, при дальнейшем увеличении подачи (инжекции) газообразного термоядерного топлива, станет падать, а температура и термоядерное энерговыделение плазмы будут продолжать расти (см. участок CD графиков фиг. 14), пока эти параметры не достигнут состояния "насыщения", то есть своего предела (см. участок DE графиков фиг. 14), после чего вместе с конечными продуктами термоядерных реакций станет в возрастающем количестве диверторно выбрасываться и часть еще не успевшего вступить в какую-либо термоядерную реакцию термоядерного топлива (разумеется, уже в виде горячей плазмы). Участок DP качественных графиков фиг. 14 соответствует неэкономичным режимам работы термоядерного реактора (ТЯР), построенного на основе заявленной термоядерной установки.

В ходе диверторной сепарации заряженных частиц плазмы, то есть в ходе преимущественного выброса тех из них, у которых наиболее велика поперечная (по отношению к поверхности реакторного плазменного образования) составляющая скорости (импульса), преимущественно продольно движущиеся заряженные частицы будут не только значительно лучше удерживаться магнитным полем, но также будут смещаться к плазменной поверхности, что будет главной причиной формирования и устойчивого существования вышеотмеченного сверхплотного ("фотосферного") приповерхностного слоя плазмы (под "хромосферно-корональным" слоем). Последнее же, как уже было отмечено, имеет чрезвычайно важные следствия.

Следует также иметь в виду, что коэффициент усиления термоядерного энерговыделения плазмы, равный, например, ≈10⁸, означает уменьшение критерия Лоусона (n·τ при Т пл. ≥ Т пл. заж.) в такое же число раз, то есть в ≈10⁸ раз (соответствует температуре плазмы (Т пл.) ≈20 кэВ] В миллионы же раз (при Т пл.<100 кэВ) или даже в миллиарды раз (при Т пл. > 100 кэВ) меньшее потребное время удержания плазмы и, следовательно, ее тепловой (термоядерной) энергии при прежней потребной величине ее плотности (n₀) означает, что при наличии этого эффекта даже ничем не стабилизированные неустойчивости плазмы (а они будут стабилизированы) были бы не страшны.

В первом варианте заявленной термоядерной установки за пределами приосевой зоны 6 плазма будет иметь ту же конфигурацию и будет находиться в тех же условиях магнитного удержания, что и во втором ее варианте.

В нижней части полости выхлопного цилиндрического участка 26 и в полости участка 12 (если он имеется) плазменной камеры заявленной установки возможен и допустим непосредственный контакт истекающей наружу сравнительно "холодной" пристеночной плазмы защитно-регенерационного слоя с также истекающей наружу высокотемпературной плазмой реакторного плазменного образования, что позволит построенным на основе этой установки ТЯРД прямого действия работать не только в вакууме космического пространства, но и в не слишком плотных атмосферах планет и, следовательно, использовать такие ТЯРД для старта (взлета) и посадки оснащенных ими (термоядерных) космических кораблей (КК) непосредственно с поверхности Земли и на Землю, а также для посадки на поверхность таких атмосферных планетных тел, как Марс, Титан, Тритон и Плутон, и для последующего взлета с них. При этом в начальное (пусковое) время плазменная камера такого ТЯРД должна быть герметично закрытой от внешней атмосферной среды герметичными створками 13 (см. фиг. 7 и фиг. 9), а слабый выхлоп при минимально допустимой мощности (равной, например, нескольким тягачам киловатт) будет откачиваться (после охлаждающего разбавления холодным газообразным протием) мощными вакуумными насосами.

Когда же достигается режим установившегося термоядерного "горения", вакуумные насосы отключаются, что приведет к быстрому росту давления разбавленной (следовательно, возле стенок достаточно холодной) плазмы возле закрытого выхлопного отверстия, при сохранении достаточно высокого вакуума в пристеночном пространстве (между реакторной плазмой и плазмой пристеночного защитно-регенерационного слоя) реакторного объема плазменной камеры. Наконец, когда давление разбавленного (инжекцией газообразного протия или воды через специальные каналы и мелкие отверстия стенок участков 26 и/или 12) выхлопа плазмы возле закрытого выхлопного отверстия достигнет одной атмосферы (этот процесс будет развиваться очень быстро в течение долей секунды), герметичные створки 13 раскрываются и выхлоп (возле стенок соплового участка плазменной камеры будет состоять из "холодной" плазмы, а вдали от стенок из горячей плазмы; без вакуумной прослойки) выбрасывается наружу, препятствуя своим давлением, которое в дальнейшем может достигать многих атмосфер, проникновению атмосферного воздуха внутрь плазменной камеры. А далее реактивная струя достигает необходимой для взлета мощности и термоядерный КК стартует. Начиная с момента раскрытия герметичных сопловых створок, необходимая для работы такого ТЯРД вакуумная прослойка возле стенок реакторного объема его плазменной камеры (между двумя типами плазмы) будет устойчиво поддерживаться автоматически (без использования вакуумных насосов) и поэтому в дальнейшем потребности в использовании вакуумных насосов не будет. _→ Возле стенок нижнего участка выхлопной (сопловой) камеры (в сопловом отверстии или, иначе говоря, в сопле) вакуумной прослойки не будет не только непосредственно перед раскрытием герметичных сопловых створок и в момент раскрытия этих створок, но и в течение всего времени активного (с активно работающим таким ТЯРД) полета в атмосфере планеты.

Обладая способностью при сравнительно небольших размерах (габаритах) и массе развивать колоссально большую мощность и работать на такой мощности длительное время, причем без какойлибо биологически опасной проникающей радиации, заявленного типа ТЯЭС могут использоваться и на борту космических кораблей в качестве важнейшего элемента термоядерной реактивной двигательной системы непрямого действия. Совокупность сравнительно компактной и легкой сверхмощной бортовой ТЯЭС заявленного типа и питаемых от нее нескольких воздушно-космических электрических реактивных двигателей (ВК ЭРД) сравнительно большой тяги можно назвать термоядерным реактивным двигателем непрямого действия (см. фиг. 7 и фиг. 9).

Как и заявленного типа ТЯРД прямого действия, заявленного типа ТЯРД непрямого действия смогут работать и в не слишком плотных атмосферах планет и, следовательно, также могут использоваться для старта (взлета) и посадки непосредственно с поверхности и на поверхность атмосферных планетных тел с не слишком плотной атмосферой. В вакууме же космического пространства непрямого действия ТЯРД (заявленного типа) смогут работать не только с работающими ВК ЭРД, но и при выключенных ВК ЭРД, когда заявленного типа бортовая ТЯЭС работает как заявленного типа ТЯРД прямого действия (разумеется, продолжая выработку необходимого для работы бортовых систем минимума электроэнергии).

Удельная масса ТЯРД прямого действия (заявленного типа), то есть отношение его сухой массы к его минимальной тяге, будет достаточно малой не более 0,01 0,02 кг/н. что следует из соответствующих прикидочных расчетов (учитываются: вопрос обеспечения необходимой прочности конструкции, масса магнитных катушек и масса системы охлаждения) и из сравнения с химическими воздушно-реактивными двигателями и с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) по удельной массе. Даже при очень большой мощности, достигающей многих миллиардов киловатт, такие ТЯРД смогут непрерывно работать (без сколько-нибудь значительного переноса) в течение многих суток, недель и месяцев, лишь бы было термоядерное топливо. Кроме этого заявленного типа термоядерные реакторы (в частности ТЯРД) любой модификации смогут одновременно работать как ТЯРД и как ТЯЭС.

Важно, наконец, отметить, что любой вариант (любая модификация) термоядерного реактора заявленного типа сможет работать не только на больших и очень больших уровнях мощности, но и на весьма малых вплоть до такой малой мощности, как лишь несколько десятков тысяч киловатт или даже еще меньше (< 10000 кВт). У заявленной термоядерной установки, работающей как ТЯР, возможность для регулирования термоядерного энерговыделения (в частности, изменением величины параметра d и, следовательно, объема реакторного плазменного образования) будет очень значительной. Все вышеотмеченные параметры этой установки (такого типа ТЯР) могут регулироваться в очень широком диапазоне от очень малых до очень больших величин. В столь широком диапазоне всех этих параметров эта установка (такого типа ТЯР) сможет работать (с рядом специфических особенностей) на многих типах термоядерных реакций, в том числе и на таких, как .

Первая же экспериментальная термоядерная установка заявленного типа может и должна быть способной заработать как термоядерная электростанция (ТЯЭС), для чего необходимо, чтобы она была достаточно больших размеров (c самого начала стремиться к минимальным размерам не следует: наиболее оптимальным поперечником ее плазменной камеры по наибольшему диаметру автору представляется поперечник в 5 7 метров) и чтобы использовалось достаточно сильное магнитное поле (при D кам. 5 7 м, Н мин. 1≈16 12 кэ, Н о мин.≈23 17 кэ).

Несмотря на принципиально различные конструкцию и принцип работы заявленной термоядерной установки и установки "Токамак", все основные магнитные поля, используемые в заявленной установке, аналогичны (но не тождественны) соответствующим магнитным полям установки "Токамак": линейно-соленоидальное ("вертикальное"), продольно-тороидальное и азимутально-тороидальное магнитные поля заявленной установки аналогичны соответственно вертикальному, полоидальному и тороидальному магнитным полям установки "Токамак". Кроме этого существует близкое сходство (в некоторой степени даже аналогия) в способах удаления части приповерхностного слоя плазмы, то есть между способом удаления части плазмы через посредство диверторно-выхлопной части плазменной камеры (нижней зоны "вертикального" магнитного поля) заявленной установки и способом удаления части плазмы через посредство полоидального магнитного дивертора установки "Токамак". Как в заявленной установке, так и в установке "Токамак" основные магнитные поля, удерживающие плазму, нигде не пересекаются со стенками плазменной камеры (во внешней приэкваториальной зоне заявленной установки они обтекают приэкваториальные сдвоенные "окна") и параллельны этим стенкам. Как в заявленной установке, так и в установке "Токамак" плазменное образование располагается в области среднего минимума напряженности магнитного поля, причем при активно работающей диверторно-выхлопной части по схеме фиг. 7, 12 и 17 этот средний минимум Н в заявленной установке (в частности, в первом ее варианте) усиливается и более эффективно (более избирательно) удаляются гелий-4 и другие реакционно-инертные ядра атомов. В сравнении же с открытыми магнитными ловушками (с пробкотронами) заявленной установке аналогичен способ первоначального создания плазмы.

Следовательно, можно с уверенностью утверждать, что работоспособность заявленной установки должна быть не хуже работоспособности установки "Токамак" (при сопоставимых величинах β_Σ), а расчетные и экспериментальные доказательства работоспособности установки "Токамак" следует рассматривать и как расчетные и экспериментальные доказательства работоспособности заявленной установки. Учитывая же ряд дополнительных достоинств заявленной установки, среди которых главными являются: отсутствие необходимости в пропускании через реакторную плазму электрического тока, принципиальная невозможность нежелательного разделения электрических зарядов в результате действия центробежного и градиентного дрейфов и связанного с этим электрического дрейфа (в скрещенных Е х Н полях), который чреват быстрым выбросом плазмы на стенку плазменной камеры, и возможность работы при сравнительно больших b_S (значительно больших, чем на установке "Токамак"), можно с уверенностью утверждать, что работоспособность заявленной установки будет несоизмеримо лучшей (даже без учета эффекта многократного увеличения интенсивности термоядерного энерговыделения плазмы в результате интенсивной диверторной сепарации), чем работоспособность установки "Токамак". При этом отмеченные три дополнительных достоинства заявленной установки очевидны (вытекают из ее конструкции и основ физики плазмы и полностью соответствуют результатам теоретических и экспериментальных исследований физико-плазменщиков) и не требуют особых (например, математических) доказательств.

В заключение автор считает необходимым еще раз отметить, что общая работоспособность и перспективность заявленной установки как термоядерного реактора (ТЯЭС, ТЯРД, термоядерной станции теплоснабжения ТЯСТ и т.д.) определяется не столько принципиальной возможностью ее работы при очень больших b_S (в глубинных слоях плазменного образования) и возможностью возникновения в ней связанных с этим эффектов, сколько большим сходством характера и структуры магнитных полей этой установки и установки "Токамак" (в принципиальной работоспособности последней в режиме ТЯР физики-плазменщики уже давно не сомневаются это доказано). Заявленная термоядерная установка работоспособна и в рамках обычных свойств и возможностей (при достаточно малом расходе термоядеpного топлива , обеспечивающем достаточно малую для невозникновения энергетического эффекта величину β_Σ), которые тем не менее значительно лучше свойств и возможностей установки "Токамак". На фиг. 14 обычным свойствам заявленной термоядерной установки соответствует участок ОВ.

Если возможно создание ТЯЭС-токамак, то создание ТЯЭС и ТЯРД заявленного типа, использующих аналогичную по характеру и структуре (но не по способу создания) систему магнитных полей (не путайте с магнитной системой, то есть с системой магнитных катушек, корая у заявленной установки принципиально отлична от таковой у установки "Токамак"), возможно тем более.

При достаточно интенсивной диверторной утечке части плазмы возникнет и сепарация электронов, что явится причиной возникновения и устойчивого существования (длительное время) очень значительной разницы между ионной и электронной температурами. В среднем электроны будут значительно холоднее ионов, а это, в свою очередь, явится причиной значительного уменьшения электронного тормозного электромагнитного излучения из реакторной плазмы термоядерного реактора заявленного типа.

Основные источники использованной информации.

1. Журнал ТИИЭР, том 69. Тематический выпуск "Управляемый термоядерный синтез: магнитное удержание". -- Москва, "Мир", 1981 г. N 8. Перевод с английского.

2. М. Хеглер, М. Кристиансен "Введение в управляемый термоядерный синтез". -- Москва, "Мир", 1980 г. Перевод с английского.

3. Д. Дж. Роуз, М. Кларк "Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции". -- Москва, Атомиздат, 1963 г. Перевод с английского.

4. Л. А. Арцимович "Управляемые термоядерные реакции". -- Москва, Государственное издательство физико-математической литературы, 1963 г.

5. "Ядерная и термоядерная энергетика будущего", Москва 1987 г.

6. Г.С.Воронов "Штурм термоядерной крепости", -- Москва 1985 г.

7. В. Ф. Калинин "Термоядерный реактор будущего". -- Москва, Атомиздат, 1966 г.

8. Н. Кролл, А. Трайвелпис "Основы физики плазмы", -- Москва, "Мир", 1975 г.

9. Д.А.Франк-Каменецкий "Плазма четвертое состояние вещества". -- Москва, Атомиздат, 1963 г.

10. Из серии: "Над чем думают физики". "Физика атомного ядра и плазмы". -- Москва, "Наука", 1974 г. Перевод с английского.

11. "Плазма в магнитном поле и прямое преобразование тепловой энергии в электрическую (сборник статей)". -- Москва, Атомиздат, 1962 г. Перевод с английского.

12. "Магнитогидродинамический метод преобразования энергии". -- Москва, Государственное издательство физико-математической литературы, 1963 г.

Формула изобретения

1. Способ устойчивого магнитного удержания высокотемпературной плазмы для осуществления управляемого термоядерного синтеза, заключающийся в создании продольно-тороидального и вертикального магнитных полей и их использовании в термоядерной установке, отличающийся тем, что используемая термоядерная установка состоит из лежащих в горизонтальной плоскости двух вытянутых в вертикальном направлении и вложенных один в другой тороидальных элементов конструкции, образующих плазменную камеру, причем внешний и внутренний тороидальные элементы соединены между собой в приэкваториальной зоне установки с образованием по крайней мере четырех попарно расположенных одинаковых окон, вытянутых в вертикальном направлении и симметричных по отношению к вертикальной оси симметрии и экваториальной плоскости установки, при этом продольно-тороидальное магнитное поле создают с помощью магнитных катушек, охватывающих плазменную камеру, а вертикальное магнитное поле создают с помощью приосевой верхней инжекторной магнитной катушки, нижней магнитной катушки и магнитных катушек, охватывающих наружную поверхность внешнего тороидального элемента и междуоконные промежутки плазменной камеры поверх обмоток продольно-тороидального магнитного поля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первоначальную плазму в плазменной камере создают методом инжекции ионов и электронов или пучков нейтральных атомов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ввод термоядерного топлива в плазменную камеру осуществляют путем осевой и/или боковой инжекции.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоядерное топливо вводят в плазменную камеру в количестве, обеспечивающем рост термоядерного энерговыделения вследствие диверторной сепарации заряженных частиц плазмы.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при постоянной величине пропускаемого через все магнитные катушки электрического тока изменяют количество ежесекундно подаваемого в плазменную камеру термоядерного топлива для взаимосвязанного регулирования параметров плазмы: отношения давления плазмы к давлению магнитного поля, плотности, температуры, термоядерного энерговыделения и скорости диверторного истечения части плазмы, а также реактивной тяги, создаваемой при истечении плазмы, и величины промежутка между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при постоянной величине ежесекундно подаваемого в плазменную камеру термоядерного топлива изменяют напряженность вертикального магнитного поля для взаимосвязанного регулирования параметров плазмы: отношения давления плазмы к давлению магнитного поля, плотности, температуры, термоядерного энерговыделения и скорости диверторного истечения части плазмы, а также реактивной тяги, создаваемой при истечении плазмы, и величины промежутка между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры.

7. Способ устойчивого магнитного удержания высокотемпературной плазмы для осуществления управляемого термоядерного синтеза, заключающийся в создании продольно-тороидального, азимутально-тороидального и вертикального магнитных полей и их использовании в термоядерной установке, отличающийся тем, что используемая термоядерная установка состоит из лежащих в горизонтальной плоскости двух вытянутых в вертикальном направлении и вложенных один в другой тороидальных элементов конструкции, образующих плазменную камеру, причем внешний и внутренний тороидальные элементы соединены между собой в приэкваториальной зоне установки с образованием по крайней мере четырех попарно расположенных одинаковых окон, вытянутых в вертикальном направлении и симметричных по отношению к вертикальной оси симметрии и экваториальной плоскости установки, при этом азимутально-тороидальное магнитное поле создает с помощью осевого трубчатого электрического проводника по крайней мере одного трубчатого электрического проводника, пересекающего выхлопной поток плазмы на выходе из плазменной камеры установки и электропроводящего кожуха, прилегающего ко всей поверхности плазменной камеры, за исключением междуоконных промежутков, при этом продольно-тороидальное магнитное поле создают с помощью магнитных катушек, охватывающих плазменную камеру, а вертикальное магнитное поле создают с помощью приосевой верхней инжекторной магнитной катушки, нижней магнитной катушки и магнитных катушек, охватывающих наружную поверхность внешнего тороидального элемента и междуоконные промежутки плазменной камеры поверх обмоток продольно-тороидального магнитного поля.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что первоначальную плазму в плазменной камере создают методом инжекции ионов и электронов или пучков нейтральных атомов.

9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что ввод термоядерного топлива в плазменную камеру осуществляют путем осевой и/или боковой инжекции.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что термоядерное топливо вводят в плазменную камеру в количестве, обеспечивающем рост термоядерного энерговыделения вследствие диверторной сепарации заряженных частиц плазмы.

11. Способ по п.7, отличающийся тем, что при постоянной величине пропускаемого через все магнитные катушки электрического тока изменяют количество ежесекундно подаваемого в плазменную камеру термоядерного топлива для взаимосвязанного регулирования параметров плазмы: отношения давления плазмы к давлению магнитного поля, плотности, температуры, термоядерного энерговыделения и скорости диверторного истечения части плазмы, а также реактивной тяги, создаваемой при истечении плазмы, и величины промежутка между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры.

12. Способ по п.7, отличающийся тем, что при постоянной величине ежесекундно подаваемого в плазменную камеру термоядерного топлива изменяют напряженность вертикального магнитного поля для взаимосвязанного регулирования параметров плазмы: отношения давления плазмы к давлению магнитного поля, плотности, температуры, термоядерного энерговыделения и скорости диверторного истечения части плазмы, а также реактивной тяги, создаваемой при истечении плазмы, и величины промежутка между поверхностью реакторного плазменного образования и первой стенкой плазменной камеры.

13. Термоядерная установка с магнитным удержанием высокотемпературной плазмы, содержащая плазменную камеру, магнитные катушки продольно-тороидального и вертикального магнитных полей и систему ввода термоядерного топлива, отличающаяся тем, что плазменная камера состоит из лежащих в горизонтальной плоскости двух вытянутых в вертикальном направлении и вложенных один в другой тороидальных элементов конструкции, причем внешний и внутренний тороидальные элементы соединены между собой в приэкваториальной зоне установки с образованием по крайней мере четырех попарно расположенных одинаковых окон, вытянутых в вертикальном направлении и симметричных по отношению к вертикальной оси симметрии и экваториальной плоскости установки, при этом магнитные катушки продольно-тороидального магнитного поля охватывают плазменную камеру, а магнитные катушки вертикального магнитного поля охватывают наружную поверхность внешнего тороидального элемента и междуоконные промежутки плазменной камеры поверх обмоток продольно-тороидального магнитного поля.

14. Установка по п. 13, отличающаяся тем, что нижняя часть плазменной камеры выполнена суживающейся и вытянутой вдоль оси симметрии.

15. Установка по п.13, отличающаяся тем, что дополнительно содержит по крайней мере два изогнутых по дуге окружности боковых цилиндрических канала, отходящих от нижнего приосевого участка диверторно-выхлопной части плазменной камеры, и магнитные катушки криволинейного линейно-соленоидального магнитного поля, при этом вдоль изогнутых боковых цилиндрических каналов расположены электроды для съема электроэнергии, а на концевых участках этих каналов расположена вертикальная диэлектрическая разделительная пластина.

16. Установка по п.13, отличающаяся тем, что первая стенка плазменной камеры содержит капиллярные отверстия, через которые в случае больших потоков радиации, излучаемой плазмой, внутрь плазменной камеры подают газообразный водород или воду.

17. Термоядерная установка с магнитным удержанием высокотемпературной плазмы, содержащая плазменную камеру, магнитные катушки продольно-тороидального и вертикального магнитных полей, систему азимутально-тороидального магнитного поля и систему ввода термоядерного топлива, отличающаяся тем, что плазменная камера состоит из лежащих в горизонтальной плоскости двух вытянутых в вертикальном направлении и вложенных один в другой тороидальных элементов конструкции, причем внешний и внутренний тороидальные элементы соединены между собой в приэкваториальной зоне установки с образованием по крайней мере четырех попарно расположенных одинаковых окон, вытянутых в вертикальном направлении и симметричных по отношению к вертикальной оси симметрии и экваториальной плоскости установки, при этом система азимутально-тороидального магнитного поля состоит из осевого трубчатого электрического проводника, по крайней мере одного трубчатого электрического проводника, пересекающего выхлопной поток плазмы на выходе из плазменной камеры установки и электропроводящего кожуха, прилегающего ко всей поверхности плазменной камеры, за исключением междуоконных промежутков, при этом магнитные катушки продольно-тороидального магнитного поля охватывают плазменную камеру, а магнитные катушки вертикального магнитного поля охватывают наружную поверхность внешнего тороидального элемента и междуоконные промежутки плазменной камеры поверх обмоток продольно-тороидального магнитного поля.

18. Установка по п.17, отличающаяся тем, что нижняя часть плазменной камеры выполнена суживающейся и вытянутой вдоль оси симметрии.

19. Установка по п.17, отличающаяся тем, что содержит в приосевом цилиндрическом канале нижнего участка диверторно-выхлопной части плазменной камеры коаксиальные цилиндрические электроды для магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии плазмы в электроэнергию.

20. Установка по п.19, отличающаяся тем, что коаксиальные цилиндрические электроды выполнены секционированными.

21. Установка по п.19 или 20, отличающаяся тем, что дополнительно содержит две изогнутые по дуге окружности конические магнитные катушки, соосно с осью симметрии отходящие от приосевого цилиндрического канала нижнего участка диверторно-выхлопной части плазменной камеры, к внутренним стенкам которых прилегают диэлектрическая прокладка и электроды для магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии плазмы в электроэнергию, причем в середине концевого междустеночного промежутка изогнуто-конического канала перед системой вакуумных насосов, расположенных вдоль кольцевой линии, размещена кольцевая продольно-горизонтальная диэлектрическая разделительная пластина.

22. Установка по п.17, отличающаяся тем, что первая стенка плазменной камеры содержит капиллярные отверстия, через которые в случае больших потоков радиации, излучаемой плазмой, внутрь плазменной камеры подают газообразный водород или воду.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25