Мини-коллайдер (варианты)

Заявленное изобретение относится к средствам для осуществления термоядерного синтеза. Заявленное устройство включает замкнутую кольцевую (тороидальную) полость, где обеспечивается непрерывное взаимодействие встречных потоков ускоренных частиц и ионов. При этом предусмотрено наличие двух полых индукционных ускорителей в виде концентрических труб-стенок, выполненных из непроводящего материала, например жаропрочного стекла или керамики, композита, и образующих две полости, из которых одна, межстеночная, заполняется проводником второго рода (и распорками для обеспечения их геометрии), а вторая, полость внутренней трубы, используется в качестве плазменного реактора. Указанные стенки изогнуты в виде полуколец с удлиненными цилиндрическими концами, соединяемыми бандажами, сечения которых аналогичны сечениям стенок труб. Верхние части бандажей выполняют из металла и используют для соединения с конденсатором через разрядник и проводником второго рода, образуя последовательную цепь, а внутренние части, так же, как и стенки, выполнены из непроводящего материала. Техническим результатом является возможность оптимизации размеров устройства и процесса преобразования ядерной энергии. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области ядерной физики и энергетики. И может найти применения в осуществлении управляемого термоядерного синтеза, для утилизации радиоактивных бета-распадных отходов и, возможно, для извлечения слабоядерной (слабые взаимодействия: позитронно-бета-распадной) энергии.

Человечество накопило богатейший опыт по извлечению тепловой энергии путем сжигания невозобновляемых энергоносителей таких как уголь, газ, нефть, сланцы. Но запасы их в недрах убывают, а их добыча становится все более затратной и менее эффективной. И экологически они, продукты их сгорания, уже опасны. Альтернативные (не ядерной природы) источники энергии не менее трудоемки. Использование же злаков, продуктов растениеводства для возгонки биотоплива - преступно при миллионах голодающих в мире людей.

Атомные электростанции (АЭС) в свое время показались приемлемым выходом из энергетического голода, но, как миллионы лет человек пользовался огнем, не понимая его природы, так и ядерщики до сих пор не проникли в сущность ядерных сил, и потому, в частности, происходят взрывы АЭС. И их по этой причине закрывают во многих странах.

Термоядерные устройства превратились не в долгожданный источник энергии, а в черную дыру, поглощающую интеллектуальные и материальные ресурсы вот уже более полувека и жаждущую все новых и гораздо более щедрых жертв, как мифологические монстры, динозавры. Дело в том, что чем большие усилия предпринимаются для доведения плазмы до необходимой температуры и давления, тем к большему хаосу и неустойчивостям это приводит.

Очередным бичом человечества стали бета-распадные отходы, как и в целом, радиоактивные отходы. Они появляются в основном в результате работы атомных электростанций, т.е. имеют техногенную природу. Часть этих отходов рационально использовать как источник энергии. Проф. Гареев из ОИЯИ г.Дубна в своем Обращении к ученым России (ИНТЕРНЕТ), в частности, писал: «…лауреат Нобелевской премии К. Ртяббиа в 1994 г. (Карло Руббиа (Carlo Rubbia) - ВМ) предложил использовать ускорительную технику в создании безопасных ядерно-энергетических установок и в уничтожении долгоживущих радиоактивных отходов. Сейчас ведутся интенсивные научные исследования в данном направлении …, но пока что мировая практика не имеет опыта создания таких ядерно-энергетических установок». С этой целью в водородно-литиевую (или аналогичную) плазму добавляют порошкообразные радиоактивные отходы.

Для реализации выше указанных целей предложено устройство в виде своеобразного миниколлайдера Фиг.1, бандажа Фиг.2 и варианта Фиг.3.

Коллайдер, по ВИКИПЕДИИ, - ускоритель на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений.

В настоящее время в числе действующих в мире коллайдеров состоят около десятка позитронно-электронных, один протонный (Tevatron) и самый знаменитый Большой адронный коллайдер (БАК). Одна только система сверхпроводящих магнитов на окружности 27 км чего стоит!

В предложенном изобретении, в отличие от известных, ускорению подвергают, причем впервые индукционным способом, одновременно все составляющие плазмы, что делает его пригодным и для извлечения ядерной энергии. Его новым достоинством является то, что он представляет собою два состыкованных полых индукционных ускорителя, аналогом которого избран пока единственный известный теперь полый индукционный (без дорогих и сложных в эксплуатации индукторов) ускоритель протонов В.В. Мантурова (№2422924), со следующими признаками:

- в качестве проводящих рабочих стенок используют проводники второго рода, а у оси формируют плазменный шнур;

- длина полуволны импульсного разряда не менее длины рабочей части ускорителя вдоль его оси;

- мощность импульсного разряда, диаметр плазменного шнура, плотность и прозрачность плазмы подбирают так, чтобы ускоряющее поле проникало к оси шнура с первого импульсного разряда;

- конструктивно он линейный (хотя может быть и нелинейным), состоит из двух соосных непроводящих труб, пространство между которыми заполняют проводником второго рода и заглушают металлическими шайбами, через разрядник подключенные к конденсатору, образуя последовательную с ним цепь.

Мини-коллайдер (Фиг.1) состоит из двух состыкованных своими удлиненными цилиндрическими концами полых индукционных ускорителей (1) и (2) предпочтительно положительно заряженных частиц и ионов, каждый из которых выполняют в виде (в плане) полуколец, состоящих из двух соосных стенок (3) и (4) из жаропрочного непроводящего материала, например стекла, керамики, композита и пр., причем поперечное сечение соосных стенок каждого ускорителя представляет собою два концентрических кольца (5) и (6), разнесенных по радиусу так, что образуют межстеночную полость (7), которую заполняют проводником второго рода (8), а полость (9) внутренней стенки-трубы используют в качестве плазменного реактора, и, наконец, для состыковки полуколец (1) и (2) используют бандажи (10) и (11), наружные части (12) которых изготавливают из металла и они выполняют роль электродов или содержат их для соединения с конденсатором (13) через разрядник (14), образуя с замкнутым проводником второго рода последовательную цепь (15), а внутренние (16), как и стенки, - из жаропрочного стекла и пр., повторяя тем самым функции и сечения труб-стенок.

Бандаж (Фиг.2) выполняют в виде двух цилиндрических по форме соосно расположенных и вложенных друг в друга частей (12) и (16), из которых внешнюю часть (12) изготавливают из металла, причем для стыковки и уплотнения внешних стенок полуколец (3) коллайдера, стыковочные полости с каждой стороны из них (12) выполняют конусными и для обжатия вводят конусное пружинное кольцо (17), которое имеет чередующиеся двухсторонние продольные по оси прорези, а для регулировки степени обжатия кольцо поджимают накидной гайкой (18); внутреннюю же часть (16) изготавливают из непроводящего материала, например из композита с кольцевым пазом (углублением) с каждой стороны; и обе части снабжают и соединяют, таким образом, соосными отверстиями, в которые вставляют или вворачивают штуцеры и проходные «колодцы» (19) для ввода и вывода воздуха, шлаков (отходов) жидкого проводника второго рода и электродов к нему, установки диагностических датчиков и т д.

Примечание: для удобства монтажа-стыковки полуколец в бандажи более целесообразным может оказаться заморозка воды, которой накануне монтажа заполняют межстеночные полости полуколец, затем после состыковки лед размораживают и воду устраняют и продувают. Если в качестве проводника второго рода изначально будет применен твердый электролит, то он и сослужит роль льда, но теперь уже без его удаления. Обычно при изгибе трубок применяют сухой песок. Но в данном случае его сложно будет извлекать.

Мне не известно ни одно устройство (бандаж) подобного рода. Вместе с тем в нем возможны многочисленные варианты изменения деталей. И потому нет резона защищать данный вариант бандажа патентом. Его основные функции и особенности описаны в п.1 Формулы изобретения.

Мини-коллайдер как вариант, в отличие от выше описанного, выполняют в виде целостной двустеночной трубы (1) с одним поперечным разрезом, служащим для стыковки с помощью лишь одного бандажа (10), а второй электрод последовательной цепи (15) выполняют в виде хомута (20) с встроенными в хомут шипами, пронизывающими внешнюю стенку-трубу (3) до соединения с проводником второго рода (8).

Примечание: для удобства монтажа и обеспечения герметичности стыковочного узла - бандажа, при изготовлении целостной двустеночной трубы целесообразно придать ей пружинящий в сторону ссужения стыковочного разреза характер.

Такой вариант конструкции мини-коллайдера может оказаться наиболее приемлемым в случае их серийного и даже массового изготовления и широкого потребления.

1. Мини-коллайдер, состоящий из двух состыкованных полых индукционных ускорителей, каждый из которых выполняют в форме (в плане) полуколец с удлиненными линейными цилиндрическими концами, составленных (полуколец) из двух стенок-труб из непроводящего материала, например жаропрочного стекла, керамики, композита и пр., образующих в поперечном сечении два соосных кольца, разнесенных по радиусу и создающих тем самым полость, которую заполняют проводником второго рода, а полость внутренней стенки-трубы используют в качестве плазменного реактора, при этом для состыковки полуколец с удлиненными концами применяют бандажи, наружные части которых выполняют металлическими для соединения с конденсатором через разрядник, образуя с замкнутым проводником второго рода последовательную цепь, а внутренние части, как и стенки - из непроводящего материала, продолжая тем самым функции и сечения, аналогичные стенкам-трубам.

2. Мини-коллайдер по п.1, отличающийся тем, что два полых индукционных ускорителя выполняют в виде одного двухстеночного элемента, изогнутого в форме, например, овала в плане с одним стыковочным разрезом и одним следовательно бандажом, а второй электрод устанавливают по оси симметрии коллайдера в виде хомута с шипами, пронизывающими внешнюю стенку-трубу.