Мишень для получения термоядерных реакций

Изобретение относится к конструкциям мишеней для получения термоядерных реакций в реакторах для ядерного синтеза. Мишень выполнена в виде объемного многогранника с гранями, выпуклыми к центру многогранника, а в качестве объемного многогранника выбран тетраэдр, грани которого выпуклы к центру тетраэдра, и удлиненная треугольная призма, три боковые равновеликие грани которой выпуклы к оси симметрии призмы. При этом центры кривизны всех движущихся поверхностей в процессе сжатия находятся вне мишени термоядерного топлива, причем число сжимающих граней минимально. Техническим результатом является повышение устойчивости течения при больших степенях сжатия. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к конструкции мишени для получения термоядерных реакций в реакторах для ядерного синтеза.

Известна мишень для получения термоядерных реакций (Suter L.J., Lindl J., Atherton A., Patterson R., Van Wonterghem В., MacGowan В., Glenser S., Meezan N., Callahan D., Wegner P., Hayman C., Hamza A., Larson D., Malsbury Т., Moody J., Edwards M., Landen O., Dixit S., Moses E. Успехи НИФ в области зажигания // Забабахинские научные чтения: сборник материалов Х Международной конференции. Снежинск: издательство РФЯЦ-ВНИИ ТФ, 2010. - С.5-6.

Ватулин В.В., Жидков Н.В., Кравченко А.Г., Кузнецов П.Г., Литвин Д.Н., Мисько В.В., Пинегин А.В., Плетнева Н.П., Сенник А.В., Стародубцев К.В., Тачаев Г.В. Измерение скорости ударной волны в различных материалах, генерируемой рентгеновским излучением на установке Искра-5 // Забабахинские научные чтения: сборник материалов Х Международной конференции. Снежинск: издательство РФЯЦ-ВНИИ ТФ, 2010. - С.10.

Бондаренко С.В., Гаранин Р.В., Гаранин С.Т., Жидков Н.В., Орешков О.В., Потапов С.В., Суслов Н.А., Фролова Н.В. Регистрация томографического изображения мишени прямого облучения в эксперименте на йодной лазерной установке Искра-5 // Забабахинские научные чтения: сборник материалов Х Международной конференции. Снежинск: издательство РФЯЦ-ВНИИ ТФ, 2010. - С.155-156), представляющая из себя шар с термоядерным топливом.

Недостатком данной мишени является то, что при стремлении к нулю величины расстояния до центра мишени от границы «сильно сжатое термоядерное топливо-несжатое топливо» r1 возникает общая неустойчивость течения сжатия мишени, особенно, если граница этого раздела является ударной волной, для которой в сферическом случае данный физический эффект уже давно подтвержден математически (Брушлинский К.В. Неустойчивость сходящейся сферической ударной волны // Журнал вычислительной математики и математической физики. -1982. Т.2, №6. - С.1468-1479). Если указанная граница есть поверхность слабого разрыва, то и в этом случае соответствующее математическое моделирование (Баутин С.П. Математическое моделирование сильного сжатия газа. Новосибирск: Наука, 2007. 312 с.) также указывает на возможные особенности течения при стремлении величины r1 к нулю. Неустойчивость течения разрушает симметричность сжимаемой мишени, иногда вплоть до ее разрыва на отдельные части. И, как неизбежное следствие неустойчивости течения сжатия, не возникает требуемая термоядерная реакция.

Известна также мишень для получения термоядерных реакций (Долголева Г.В., Забродин А.В. Кумуляция энергии в слоистых системах и реализация безударного сжатия. - М.: Физматлит, 2004. - 72 с.), представляющая собой удлиненный цилиндр, боковая поверхность которого покрыта слоем золота. В процессе сжатия мишени этот слой золота играет роль непроницаемой поверхности, внешнее воздействие на которую и сжимает мишень.

Недостатком данной мишени также является неустойчивость течения при стремлении величины r1 к нулю. Кроме этого, дополнительный вклад в общую неустойчивость течения сжатия вносит неустойчивость движения слоя золота (поверхности раздела «сжимающая среда-сжимаемая среда») при больших внешних нагрузках на него (Голубятников А.Н., Зоненко С.И., Черный Г.Г. Новые модели и задачи теории кумуляции // Успехи механики. - 2005. - №1. - С.31-93), а также при вхождении одной и той же массы малосжимаемого золота в уменьшающийся объем.

Целью изобретения является повышение устойчивости течения при больших степенях сжатия мишени.

Достижение указанной цели обеспечивается тем, что центры кривизны всех двигающихся поверхностей будут все время находится вне мишени с термоядерным топливом.

Сущность изобретения заключается в том, что мишень выполнена в виде объемного многогранника с гранями, выпуклыми к центру многогранника, а в качестве объемного многогранника выбран тетраэдр, грани которого выпуклы к центру тетраэдра, и удлиненная треугольная призма, три боковые равновеликие грани которой выпуклы к оси симметрии призмы.

На фиг.1 и 2 представлены предлагаемые мишени - тетраэдр и треугольная призма соответственно, на фиг.3 - общая конструкция с тетраэдроподобной мишенью, на фиг.4 - сечение фиг.3 плоскостью, проходящей три точки внешнего вложения энергии, на фиг.5 изображено сечение конструкции с треугольной призмой плоскостью, перпендикулярной оси симметрии призмы, на фиг.6 - взаимодействие поверхностей, выпуклых к центру мишени и сжимающих термоядерное топливо.

Предлагаемые конструкции работают следующим образом.

При использовании в физических экспериментах предложенных автором мишеней необходимо будет в центр существующих в настоящее время капсул, в которых осуществляется сжатие термоядерных мишеней с помощью либо при прямом (как в установке «Искра-5», Саров, Россия), либо при непрямом действии (как в той же установке «Искра-5»), включая специальные режимы работы хольраума (как в установке «Ниф», Ливермор, США), вместо шаровой мишени поместить многогранник, например тетраэдр с гранями, выпуклыми к его центру.

Изменение формы мишени, возможно, потребует соответствующих изменений форм капсул, в которые помещают мишени для получения термоядерных реакций.

Если воздействие на термоядерную мишень осуществляется с помощью непроницаемых поверхностей, то использование предложенных форм мишеней приведет к следующим конструкциям капсул.

В случае тетраэдроподобной мишени общая конструкция капсулы представляет собой шар, сечение которого плоскостью, проходящей через центр, схематично изображено на фиг.3. Шар помещен в твердый кожух 1, к которому изнутри примыкает золотая прослойка 2, являющаяся сферическим слоем. Внутрь получившейся сферы помещена мишень 3 в виде тетраэдра, вершины которого лежат на внутренней сфере из золота. Однако ребра этой тетраэдроподобной мишени не прямые, а являются дугами окружности, полностью лежащими на внутреннем золотом слое. Все грани этой тетраэдроподобной мишени являются поверхностями, выпуклыми к центру мишени. Эти криволинейные грани тетраэдроподобной мишени покрыты золотыми прослойками 4, отделяющими мишень термоядерного топлива от той среды 5, вложение энергии в которую приводит к движению сжимающих поверхностей 4. Сечение мишени плоскостью, проходящей через три места внешнего вложения энергии 6, схематично изображено на фиг.5. Однако в некоторых случаях требования экспериментов могут привести к тому, что мишень 3 может не соприкасаться с золотой прослойкой 2. Тогда не только грани, но и ребра тетраэдроподобной мишени термоядерного топлива будут выпуклы к центру мишени.

В случае использования мишени, подобной удлиненной треугольной призме, три боковые равновеликие грани которой выпуклы к оси симметрии призмы, конструкция капсулы, в которую помещается мишень, представляет собой цилиндр. На фиг.5 изображено сечение такого цилиндра плоскостью, перпендикулярной оси симметрии цилиндра и проходящей через его центральную часть, включающее внешний кожух 1 мишени, золотую цилиндрическую прослойку 2, мишень термоядерного топлива 3, золотые прослойки 4 между термоядерным топливом и сжимающей средой 5. Границы раздела между сжимающей средой 5 и сжимаемой средой 3 являются цилиндрическими поверхностями, выпуклыми в сторону мишени термоядерного топлива.

Внешнее вложение энергии в сжимающую среду 5 в этом случае осуществляют с одного или с обоих торцов цилиндрической капсулы.

Если сжатие мишени осуществляют непроницаемой поверхностью, выпуклой к центру мишени, то во все меньший объем будут входить все меньшие части сжимающей поверхности, а «излишки» сжимающей поверхности будут оставаться в области сжимающей среды, «слипаясь» с прилегающими частями соседних сжимающих поверхностей, действующих на соседние грани мишени, также выпуклые к ее центру. На фиг.6 показано, что при воздействии, обозначенном стрелками 1, со стороны сжимающей среды 5 на сжимающие поверхности 4 в область сжимаемой среды 3 будут вдвигаться все меньшие объемы поверхностей 4, «излишки» этих поверхностей будут «слипаться» и оставаться в области сжимающей среды 5.

Таким образом, в данных случаях центры кривизны всех движущихся поверхностей в процессе сжатия находятся вне мишени термоядерного топлива, причем число сжимающих граней минимально и можно предположить, что это существенно увеличит устойчивость процесса сжатия мишеней термоядерного топлива.

1. Мишень для получения термоядерных реакций, представляющая собой объемное тело, отличающаяся тем, что мишень выполнена в виде объемного многогранника с гранями, выпуклыми к центру многогранника.

2. Мишень по п.1, отличающаяся тем, что в качестве объемного многогранника выбран тетраэдр, грани которого выпуклы к центру тетраэдра.

3. Мишень по п.1, отличающаяся тем, что в качестве объемного многогранника выбрана удлиненная треугольная призма, три боковые равновеликие грани которой выпуклы к оси симметрии призмы.