СПОСОБ БОГДАНОВА СОЗДАНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ТОКА В ПЛАЗМЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
BOGDANOV'S METHOD FOR CURRENT GENERATION AND MAINTENANCE IN PLASMA AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области способов создания и поддержания тока в плазме и к области устройств для реализации способов создания и поддержания тока в плазме.
Известен способ безындукционного создания и поддержания тока в плазме и устройство для его реализации [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19], при котором в устройстве для реализации способа, выполненного в виде реактора, в реактор вводят пучки нейтральных атомов по касательной. Ионизуясь или перезаряжаясь в плазме, кроме нагрева плазмы, они образуют ток ионов.
Недостатком этого способа и устройства для его реализации является малый КПД процесса. Это обусловлено тем, что для ускорения ионов надо предварительно перевести один вид энергии в электрическую энергию, а затем электрическую энергию перевести в кинетическую энергию ускоренных нейтральных атомов. Между тем, каждый из переводов энергии обладает своим КПД. В результате суммарный КПД процесса не превысит 40 процентов.
Известен способ безындукционного создания и поддержания тока в плазме и устройство для его реализации [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19], при котором в устройстве для реализации способа, выполненного в виде реактора, в реакторе осуществляют ускорение электронов бегущей вдоль тора волной для увлечения их током ионов. При этом в небольшом токамаке «ТРИАМ» в Японии позволили поддерживать ток 1,5 часа.
Недостатком этого способа и устройства для его реализации является малый КПД процесса. Это обусловлено тем, что для ускорения электронов электромагнитной волной надо предварительно переести один вид энергии в электрическую энергию, а затем электрическую энергию перевести в кинетическую энергию ускоренных электронов в источнике электромагнитного излучения. Например, СВЧ излучения. А потом уже, энергию электромагнитного излучения следует перевести в энергию тока электронов. И энергию тока электронов только уже в самом конце процесса тоже надо перевести в энергию тока ионов.
Между тем, каждый из переводов энергии обладает своим КПД. В результате суммарный КПД процесса не превысит 20 процентов.
Известен способ создания и поддержания тока в плазме и устройство для его реализации [Михайлов В.Н., Евтихин В.А. и другие. Литий в термоядерной и космической энергетике XXI века. Москва, Энергоиздат, 1999, стр.33], при котором в устройстве для реализации способа, выполненного в виде токамака Проекта ИТЕР, плазму с термоядерным топливом нагревают индукционным полем центрального соленоида, при этом в плазме создают и поддерживают ток индукционным полем центрального соленоида, причем плазму одновременно удерживают в тороидальном магнитном поле катушки тороидального магнитного поля и в полоидальном магнитном поле системы катушек полоидального магнитного поля.
Устройство для реализации способа с замкнутой магнитной ловушкой токамака, например проекта ИТЕР, содержит катушку тороидального магнитного поля, бланкет, вакуумный корпус с первой стенкой, систему охлаждения, бланкет и дивертор, а реакторная камера снабжена средствами вакуумной откачки. Кроме того, токамак содержит, систему катушек полоидального магнитного поля и центральный соленоид [Михайлов В.Н., Евтихин В.А. и другие. Литий в термоядерной и космической энергетике XXI века. Москва, Энергоиздат, 1999, стр.33], причем система содержит, по крайней мере, две катушки полоидального магнитного поля.
Недостатком этого индукционного способа создания и поддержания тока в плазме и устройства для его реализации является малая длительность тока в шнуре плазмы. В этом устройстве в термоядерном реакторе с токамаком длительность тока, то есть предельная длительность импульса горения, определяется магнитной индукцией центрального трансформатора, которая, как известно, ограничена 15-30 секундами [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19].
Для ИТЭР был выбран индукционный способ поддержания тока в течение 1000 с [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19], и до предлагаемого изобретения не было предложений, как это реализовать.
Следующим недостатком этого индукционного способа создания и поддержания тока в плазме и устройства для его реализации является малый КПД процесса. Это обусловлено тем, что для создания индукционного магнитного поля надо предварительно перевести один вид энергии в электрическую энергию. Например, чаще всего, тепловую энергию топлива электростанции. А затем электрическую энергию перевести в энергию переменного электрического тока центрального соленоида для создания индукционного магнитного поля. Например, путем разряда электрических батарей.
В случае, если вместо батареи конденсаторов используют индуктивный накопитель энергии, выполненный в виде сверхпроводящего магнита, то все равно, всякий раз при его запитке энергией переводят энергию из одного вида энергии в электрическую, которой его запитывают. И при этом какая-то часть проводки выводится из сверхпроводящего состояния в нормальное, и при этом теряется энергия на нагрев нормальной составляющей провода.
Задачей, стоящей перед изобретением, является увеличение КПД создания и поддержания шнура с током в плазме.
Дополнительной задачей, стоящей перед изобретением, является обеспечение возможности увеличения длительности поддержания тока в шнуре плазмы индукционным способом.
Указанная задача решается тем, что в способе создания и поддержания тока в плазме, состоящем в том, что в токамаке, в объеме, ограниченном катушкой тороидального магнитного поля, в реакторной камере создают вакуумированный объем средствами вакуумной откачки и запускают внутрь реакторной камеры газ, при этом в центральном соленоиде изменяют ток и изменением тока центрального соленоида в газе создают индукционное электрическое поле, при этом индукционным электрическим полем нагревают газ, ионизируют газ, создают плазму и создают индукционный ток в плазме, причем индукционным током плазмы создают магнитное поле и путем пинч-эффекта стягивают плазму в шнур, а затем путем продолжения изменения тока в центральном соленоиде поддерживают протекание тока в плазме, дополнительно предварительно соленоид электрически соединяют с первой системой магнитов, содержащей первый и второй магниты, соединенной с первым устройством изменения расстояния между магнитами, при этом в системе магнитов магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, причем по всей длине обмотки провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника, при этом магниты помещают в криостаты, охлаждают до температуры жидкого гелия, переводят в сверхпроводящее состояние, а затем пускают электрический ток на первый магнит и в первом устройстве изменения расстояния между магнитами поршнем с помощью системы перемещения поршня изменяют в системе магнитов расстояние между первым магнитом и вторым магнитом, причем одновременно за счет этого создают индуктивное электрическое поле
, где
m11
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке второго магнита первой системы магнитов,
dt - единица времени,
при этом индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните первой системы магнитов и пускают на центральный соленоид, причем током изменяют ток в центральном соленоиде.
Расстояние между магнитами устройством изменения расстояния между магнитами изменяют поршнем, при этом поршень двигают паром.
Расстояние между магнитами устройством изменения расстояния между магнитами изменяют поршнем, при этом поршень двигают паром паровой машины.
Путем изменения расстояния между первым и вторым магнитами первой системы магнитов поддерживают изменение тока в центральном соленоиде.
Систему катушек полоидального магнитного поля электрически соединяют со второй системой магнитов, содержащей первый и второй магниты, соединенной со вторым устройством изменения расстояния между магнитами, причем во второй системе магнитов охлаждают первый магнит и второй магнит до температуры жидкого гелия, при этом магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, и по всей длине обмотки провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника, причем магниты помещают в криостаты, охлаждают до температуры жидкого гелия, переводят в сверхпроводящее состояние, и затем пускают электрический ток на первый магнит, причем после этого во втором устройстве изменения расстояния между магнитами поршнем с помощью системы перемещения поршня изменяют во второй системе магнитов расстояние между первым магнитом и вторым магнитом, при этом создают индукционное электрическое поле
, где
m21
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке первого магнита второй системы магнитов,
причем индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните второй системы магнитов и пускают на систему катушек полоидального магнитного поля, при этом индукционным электрическим полем изменяют ток, текущий по обмоткам катушек системы катушек полоидального магнитного поля, и в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле
, где
m22
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмоткам катушек системы катушек полоидального магнитного поля, и тем самым поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
Катушку тороидального магнитного поля электрически соединяют с третьей системой магнитов, содержащей первый и второй магниты, соединенной с третьим устройством изменения расстояния между магнитами, причем охлаждают первый магнит и второй магнит до температуры жидкого гелия, при этом магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, и по всей длине обмотки провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника, причем магниты помещают в криостаты, охлаждают до температуры жидкого гелия, переводят в сверхпроводящее состояние, и затем пускают электрический ток на первый магнит, причем после этого в третьем устройстве изменения расстояния между магнитами поршнем с помощью системы перемещения поршня изменяют в третьей системе магнитов расстояние между первым магнитом и вторым магнитом, при этом создают индукционное электрическое поле
, где
m31
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке второго магнита третьей системы магнитов,
причем индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните третьей системы магнитов и пускают на катушку тороидального магнитного поля, при этом изменением тока, текущего по обмотке катушки тороидального магнитного поля, в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле
, где
m32
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного сечением катушки тороидального магнитного поля, перпендикулярном осевой линии тора,
и путем перемещения магнита поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
Ждут, пока ток в плазме уменьшится до нуля, а затем в первом устройстве изменения расстояния между магнитами поршнем с помощью системы перемещения поршня изменяют в системе магнитов расстояние между первым магнитом и вторым магнитом в противоположном направлении по отношению к тому изменению расстояния, в котором перед этим меняли расстояние, причем одновременно за счет этого создают индуктивное электрическое поле
m11
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке второго магнита первой системы магнитов,
dt - единица времени,
при этом индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните первой системы магнитов и пускают на центральный соленоид, причем током изменяют ток в центральном соленоиде, причем изменением тока центрального соленоида 1 в газе создают индукционное электрическое поле
, где
m12
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке центрального соленоида,
при этом индукционным электрическим полем создают индукционный ток в плазме, причем индукционным током плазмы создают магнитное поле, путем пинч-эффекта стягивают плазму в шнур и в дальнейшем путем изменения расстояния между первым и вторым магнитами первой системы магнитов поддерживают изменение тока в центральном соленоиде.
Ждут, пока ток в плазме уменьшится до нуля, а затем во втором устройстве изменения расстояния между магнитами поршнем с помощью системы перемещения поршня изменяют во второй системе магнитов расстояние между первым магнитом и вторым магнитом в противоположном направлении по отношению к тому изменению расстояния, в котором перед этим меняли расстояние, при этом создают индукционное электрическое поле
, где
m21
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке первого магнита второй системы магнитов,
причем индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните второй системы магнитов и пускают на систему катушек полоидального магнитного поля, при этом индукционным электрическим полем изменяют ток, текущий по обмоткам катушек системы катушек полоидального магнитного поля, и в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле
, где
m22
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмоткам катушек системы катушек полоидального магнитного поля, и тем самым поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
Ждут, пока ток в плазме уменьшится до нуля, а затем после этого в третьем устройстве изменения расстояния между магнитами поршнем с помощью системы перемещения поршня изменяют в третьей системе магнитов расстояние между первым магнитом и вторым магнитом в противоположном направлении по отношению к тому изменению расстояния, в котором перед этим меняли расстояние, и при этом создают индукционное электрическое поле
, где
m31
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке второго магнита третьей системы магнитов,
причем индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните третьей системы магнитов и пускают на катушку тороидального магнитного поля, при этом изменением тока, текущего по обмотке катушки тороидального магнитного поля, в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле
, где
m32
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного сечением катушки тороидального магнитного поля, перпендикулярном осевой линии тора,
и путем перемещения магнита поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
Управление работой первой, второй и третьей системами магнитов осуществляют первым, вторым и третьим устройствами изменения расстояния между магнитами с помощью компьютера, при этом последовательность перемещений магнитов в системах магнитов устройствами изменения расстояния между магнитами определяют из расчетов компьютера.
В системе катушек полоидального магнитного поля, по крайней мере, две магнитные катушки электрически соединяют со второй системой магнитов, содержащей, по крайней мере, одну пару магнитов, при этом пара содержит первый и второй магнит, соединенные со вторым устройством изменения расстояния между магнитами, причем во второй системе магнитов в каждой паре охлаждают первый магнит и второй магнит до температуры жидкого гелия, при этом магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, и по всей длине обмотки провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника, причем магниты помещают в криостаты, охлаждают до температуры жидкого гелия, переводят в сверхпроводящее состояние, и затем пускают электрический ток на первый магнит, причем после этого во втором устройстве изменения расстояния между магнитами поршнем с помощью системы перемещения поршня изменяют во второй системе магнитов в каждой паре по отдельности расстояние между первым магнитом и вторым магнитом, при этом создают индукционное электрическое поле
, где
m21
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке первого магнита второй системы магнитов i-й пары магнитов,
причем индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните второй системы магнитов и пускают на систему катушек полоидального магнитного поля, при этом индукционным электрическим полем изменяют ток, текущий по обмоткам катушек системы катушек полоидального магнитного поля, и в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле
, где
<mrow><mi>d</mi><msub><mover accent="true"><mi>P</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>m</mi><mn>22</mn></mrow></msub></mrow>
- изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмоткам катушек системы катушек полоидального магнитного поля,
i - номер катушки полоидального магнитного поля,
n - число катушек полоидального магнитного поля,
и тем самым поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для реализации способа создания и поддержания тока в плазме, содержащем катушку тороидального магнитного поля, систему катушек полоидального магнитного поля и центральный соленоид, причем система содержит, по крайней мере, две катушки полоидального магнитного поля, дополнительно соленоид электрически соединен с первой системой магнитов, соединенной с первым устройством изменения расстояния между магнитами, выполненной с возможностью изменять расстояние между магнитами, при этом в первой системе магнитов первый магнит и второй магнит выполнены сверхпроводящими и охлаждены до температуры жидкого гелия, причем магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, и по всей длине обмотки провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника, при этом магниты выполнены в криостате, охлажденном до температуры жидкого гелия, причем сверхпроводящая компонента обмотки магнита находится в сверхпроводящем состоянии, при этом магниты соединены с первым устройством изменения расстояния между магнитами, содержащим поршень и систему перемещения поршня.
Магниты находятся на одной оси с поршнем.
В объеме, ограниченном катушкой тороидального магнитного поля, выполнена реакторная камера с вакуумированным объемом, снабженная средствами вакуумной откачки, и предусмотрена возможность запуска внутрь реакторной камеры газа.
В объеме, ограниченном катушкой тороидального магнитного поля, выполнена реакторная камера с вакуумированным объемом, снабженная средствами вакуумной откачки, и предусмотрена возможность запуска внутрь реакторной камеры газа в виде дейтерий-тритиевой смеси.
Система катушек полоидального магнитного поля электрически соединена со второй системой магнитов, соединенной со вторым устройством изменения расстояния между магнитами, при этом во второй системе магнитов первый магнит и второй магнит охлаждены до температуры жидкого гелия, причем магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, при этом по всей длине обмотки провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника, причем магниты выполнены в криостате, охлажденном до температуры жидкого гелия, при этом сверхпроводящая компонента обмотки находится в сверхпроводящем состоянии, причем магниты соединены со вторым устройством изменения расстояния между магнитами, содержащим поршень и систему перемещения поршня.
Катушка тороидального магнитного поля электрически соединена с третьей системой магнитов, соединенной с третьим устройством изменения расстояния между магнитами, при этом в третьей системе магнитов первый магнит и второй магнит охлаждены до температуры жидкого гелия, причем магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, при этом по всей длине обмотки провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника, причем магниты выполнены в криостате, охлажденном до температуры жидкого гелия, при этом сверхпроводящая компонента обмотки находится в сверхпроводящем состоянии, при этом магниты соединены с третьим устройством изменения расстояния между магнитами, содержащим поршень и систему перемещения поршня.
Центральный соленоид, магнитные катушки системы катушек полоидального магнитного поля и магнитная катушка тороидального магнитного поля выполнены сверхпроводящими.
Устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме содержит компьютер, выполненный с возможностью управлять устройством изменения расстояния между магнитами.
Устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме содержит компьютер, выполненный с возможностью управлять первым устройством изменения расстояния между магнитами, вторым устройством изменения расстояния между магнитами и третьим устройством изменения расстояния между магнитами, при этом предусмотрена возможность согласовывать работу устройств изменения расстояния между магнитами с помощью компьютера.
Система перемещения поршня содержит паровой котел.
Система перемещения поршня содержит паровой котел блока электростанции.
Система перемещения поршня содержит паровую машину.
Катушка тороидального магнитного поля содержит, по крайней мере, две секции, покрытые магнитным экраном, причем предусмотрены возможности открывать магнитный экран и закрывать магнитный экран.
Вдоль внутренней поверхности катушки тороидального магнитного поля выполнен проводящий кожух с разрывом вдоль осевой линии катушки тороидального магнитного поля и поперек внутренней боковой поверхности катушки тороидального магнитного поля.
Система магнитов содержит трубу, и при этом магниты выполнены внутри трубы.
Устройство изменения расстоянию между магнитами содержит трубу, и при этом поршень выполнен внутри трубы.
Система магнитов содержит трубу, и при этом магниты выполнены внутри трубы, причем между магнитом и трубой выполнены ролики.
Система магнитов содержит трубу, и при этом магниты выполнены внутри трубы, причем устройство изменения расстоянию между магнитами содержит трубу, и при этом поршень выполнен внутри трубы, причем труба системы магнитов переходит в трубу устройства изменения расстояния между магнитами, и при этом оси и диаметры труб совпадают.
В системе магнитов магниты выполнены на гармошке.
В системе магнитов магниты выполнены на гармошке, при этом на гармошке выполнены более двух магнитов.
Катушка тороидального магнитного поля содержит, по крайней мере, две секции, при этом с каждой секцией электрически соединена одна система магнитов и система не соединена электрически с другой секцией.
В системе магнитов магниты выполнены на гармошке, при этом гармошка выполнена из пластин, соединенных гибким образом.
В системе магнитов магниты выполнены на гармошке, при этом гармошка выполнена из пластин, соединенных гибким образом с помощью пружины.
В системе магнитов магниты выполнены на гармошке, при этом гармошка содержит, по крайней мере, две пластины, причем на пластине выполнен магнит, установленный вдоль пластины.
Система магнитов содержит трубу, и в системе магнитов магниты выполнены на гармошке, при этом с гармошкой соединен поршень устройства изменения расстояния между магнитами, причем магниты выполнены на роликах вдоль направляющих, выполненных в трубе, при этом поршень выполнен с возможностью сжимать гармошку, при этом магниты соединены с гармошкой шарнирами.
Магниты парами соединены с парами пружин, при этом витки обмотки пары магнитов выполнены вдоль витков пружины и выполнены в одном криостате с парой пружин, причем в системе изменения расстояния между магнитами часть поршня выполнена внутри сильфона, соединяющего и разделяющего область с давлением системы перемещения поршня и герметичного объема криостата.
Система магнитов и устройство изменения расстояния между магнитами электрически соединены с каждой секцией катушки тороидального магнитного поля по отдельности и соединены с системой датчиков и с компьютером, причем датчики выполнены с возможностью измерять магнитное поле и силу тока в системе магнитов.
Системы магнитов выполнены соосно в ряд, при этом магниты соосны.
Системы магнитов выполнены соосно столбиком вертикально в ряд, при этом магниты соосны.
Магнит соединен со сверхпроводящим магнитным ключом, содержащим замкнутые концы обмотки со сверхпроводящей проволокой, соединенные с нагревателем и с токовводами.
Устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме содержит автомобиль, при этом на автомобиле выполнена система магнитов.
Устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме содержит автомобиль, при этом на автомобиле выполнено устройство изменения расстояния между магнитами, причем устройство содержит домкрат, выполненный с возможностью менять расстояние между магнитами.
Устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме содержит автомобиль, при этом на автомобиле выполнена система магнитов и устройство изменения расстояния между магнитами, причем устройство содержит домкрат, выполненный с возможностью менять расстояние между магнитами.
Магнит системы магнитов соединен с центральным соленоидом сверхпроводящим проводом, при этом провод помещен в криостат с жидким гелием.
Устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме содержит источник импульсного электрического тока, при этом источник содержит батарею конденсаторов.
Устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме содержит источник импульсного электрического тока, при этом источник содержит МГД генератор.
Устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме содержит источник импульсного электрического тока, при этом источник содержит взрывной самовозбуждающийся МГД генератор.
С одновитковой магнитной катушкой соединено два источника тока, выполненных с возможностью пускать на катушку ток разных направлений.
Одновитковая магнитная катушка соединена с катушкой тороидального магнитного поля с помощью системы амортизаторов, содержащей, по крайней мере, один амортизатор.
Одновитковая магнитная катушка соединена с катушкой тороидального магнитного поля с помощью системы амортизаторов, причем система амортизаторов содержит систему пружин, содержащую, по крайней мере, одну пружину, причем пружина соединяет одновитковую магнитную катушку с катушкой тороидального магнитного поля.
С одновитковой магнитной катушкой соединена система создания газовой мишени, выполненная с возможностью выпускать внутрь реакторной камеры газ перед потоком частиц большого срыва.
Такое техническое решение позволяет значительно увеличить КПД создания и поддержания тока в плазме, поскольку позволяет изменять ток в центральном соленоиде так, что он может находиться при этом полностью в сверхпроводящем состоянии и все соединительные провода, соединяющие его с первой системой магнитов, и сами магниты первой системы магнитов также могут при этом находиться полностью в сверхпроводящем состоянии в момент, когда первым устройством изменения расстояния между магнитами между магнитами меняют расстояние. Это исключает джоулев омический нагрев в момент изменения тока в центральном соленоиде, а значит, увеличивает КПД по сравнению с известными способами изменения тока в центральном соленоиде, при которых джоулев нагрев присутствует. А значит, на нагрев тратится энергия и с ним в известных способах уменьшается КПД процесса.
Также такое техническое решение позволяет значительно увеличить длительности поддержания тока в шнуре плазмы индукционным способом, поскольку кроме центрального соленоида в процессе используют изменение тока в катушках системы катушек полоидального магнитного поля и в катушке тороидального магнитного поля, индуктивность которых превышает индуктивность центрального соленоида в десятки раз, а значит, позволяет в десятки раз увеличить время поддержания тока в плазме.
Сейчас «в термоядерном реакторе с токамаком длительность тока, то есть предельная длительность импульса горения, определяется магнитной индукцией центрального соленоида, которая, как известно, ограничена 15-30 секундами» [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19].
Использования для поддержания тока в плазме изменения тока в системе катушек полоидального магнитного поля и в катушке тороидального магнитного поля изменением расстояния между первым и вторым магнитами второй и третьей системами магнитов с помощью второго и третьего устройств изменения расстояния между магнитами позволит увеличить время поддержания тока в плазме индукционным образом в десятки раз за счет того, что индуктивность катушек полоидального магнитного поля и катушки тороидального магнитного поля в десятки раз превышает индуктивность центрального соленоида. Например, до 1000 с.
Именно о необходимости такого результата для реактора с плазмой типа реактора ИТЕР писал в своей монографии эксперт Росатома по токамакам, член комиссии РАН по борьбе со лженаукой, начальник отдела токамаков в ТРИНИТИ, член научного совета международного проекта ИТЕР, научный эксперт проекта ИТЕР доктор физ. мат. наук Сергей Васильевич Мирнов [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19]. И там же он писал, что до сих пор еще не знают, как достигнуть такого результата только индукционным образом. И подчеркивает, что надо использовать именно индукционный способ поддержания тока, потому что все другие способы по ряду причин не подходят.
А изобретатель Богданов в своем предлагаемом изобретении эту задачу успешно решает именно индукционным методом и только индукционным методом.
Уже сейчас вполне реально установить устройства для реализации предлагаемого способа Богданова создания и поддержания тока в плазме на известные токамаки, в которых уже получен термоядерный выигрыш около 0,7. Это позволит увеличить в них время протекания тока в плазме в несколько раз. А значит, есть возможность увеличить в них и время удержания плазмы, и время термоядерного горения тоже в несколько раз.
Это позволяет надеяться на возможность увеличить в них термоядерный выигрыш до 5-10, и уже их превратить в коммерческие термоядерные реакторы даже раньше, чем заработает ИТЕР во Франции в Кадараше!
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для реализации способа Богданова создания и поддержания тока в плазме, основной вид в разрезе.
На фиг.2 изображена принципиальная схема первой системы магнитов.
На фиг.3 изображена принципиальная схема устройства для реализации способа Богданова создания и поддержания тока в плазме, основной вид без разреза.
На фиг.4 изображена принципиальная схема устройства для реализации способа Богданова создания и поддержания тока в плазме, вид спереди.
На фиг.5 изображена принципиальная схема устройства для реализации способа Богданова создания и поддержания тока в плазме, вид сверху.
На фиг.6 изображена принципиальная схема устройства для реализации способа Богданова создания и поддержания тока в плазме, вид снизу.
На фиг.7 изображена принципиальная схема первого устройства изменения расстояния между магнитами.
На фиг.8 изображена принципиальная схема второй системы магнитов.
На фиг.9 изображена принципиальная схема второго устройства изменения расстояния между магнитами.
На фиг.10 изображена принципиальная схема третьей системы магнитов.
На фиг.11 изображена принципиальная схема третьего устройства изменения расстояния между магнитами.
На фиг.12 изображен разрез А-А.
На фиг.13 изображен разрез Б-Б.
На фиг.14 изображен разрез В-В.
На фиг.15 изображен разрез Г-Г.
На фиг.16 изображен разрез Д-Д.
На фиг.17 изображен разрез Е-Е.
На фиг.18 изображен разрез Ж-Ж.
На фиг.19 изображен разрез З-З.
Способ Богданова создания и поддержания тока в плазме, далее просто способ, осуществляют следующим образом.
Соленоид 1 электрически соединяют с первой системой 2 магнитов, соединенной с первым устройством 3 изменения расстояния между магнитами.
Системой магнитов и устройством изменения расстояния между магнитами способ осуществляют следующим образом.
В системе магнитов охлаждают первый магнит 4 и второй магнит 5 до температуры жидкого гелия. При этом магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, и по всей длине обмотки провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника. Магниты помещают в криостаты, охлаждают до температуры жидкого гелия, переводят в сверхпроводящее состояние.
В объеме, ограниченном катушкой 8 тороидального магнитного поля, в реакторной камере создают вакуумированный объем средствами вакуумной откачки и средствами запуска внутрь реакторной камеры газа запускают внутрь нее газ. Например, дейтерий-тритиевую смесь.
Затем пускают электрический ток на первый магнит 4. После этого в первом устройстве 3 изменения расстояния между магнитами поршнем 6 с помощью системы 7 перемещения поршня изменяют в системе 2 магнитов расстояние между первым магнитом 4 и вторым магнитом 5.
При этом создают индукционное (индуктивное) электрическое поле
m11
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке второго магнита 4 первой системы 2 магнитов,
dt - единица времени.
Индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните 5 первой системы 2 магнитов и пускают на центральный соленоид 1.
Предварительно в рабочий объем, ограниченный катушкой 8 тороидального магнитного поля (в реакторную камеру токамака), инжектируют газ для создания плазмы известным способом. Например, дейтерий-тритиевую смесь. Изменением тока центрального соленоида 1 в газе создают индукционное электрическое поле
m12
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке центрального соленоида.
Индукционным электрическим полем нагревают газ, ионизируют газ, создают плазму, создают индукционный ток в плазме. Индукционным током плазмы создают магнитное поле, путем пинч-эффекта стягивают плазму в шнур. В дальнейшем путем изменения расстояния между первым и вторым магнитами первой системы 2 магнитов поддерживают изменение тока в центральном соленоиде. И, за счет описанного выше процесса, поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которое поддерживает протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
После того как из-за ограничения индуктивности центрального соленоида и ограничения индуктивности магнитов первой системы 2 магнитов, ток в центральном соленоиде 1 меняться перестает, аналогичным образом изменяют ток в системе 9 катушек полоидального магнитного поля, окружающих катушку 8 тороидального магнитного поля.
При этом систему 9 катушек полоидального магнитного поля электрически соединяют со второй системой 10 магнитов, соединенной со вторым устройством 11 изменения расстояния между магнитами.
Во второй системе 10 магнитов вторым устройством 11 изменения расстояния между магнитами способ осуществляют абсолютно аналогично тому, как способ осуществляют первой системой.
Во второй системе 10 магнитов охлаждают первый магнит 12 и второй магнит 13 до температуры жидкого гелия. При этом магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, по всей длине которой провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника. Магниты помещают в криостаты, охлаждают до температуры жидкого гелия, переводят в сверхпроводящее состояние. Затем пускают электрический ток на первый магнит 12.
После этого во втором устройстве 11 изменения расстояния между магнитами поршнем 14 с помощью системы 15 перемещения поршня изменяют во второй системе 10 магнитов расстояние между первым магнитом 13 и вторым магнитом 14.
При этом создают индукционное (индуктивное) электрическое поле
m21
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке первого магнита 12 второй системы 10 магнитов.
Индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните 10 второй системы 2 магнитов и пускают на систему 9 катушек полоидального магнитного поля.
Изменением тока, текущего по обмоткам катушек системы 9 катушек полоидального магнитного поля, в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле
m22
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмоткам катушек системы 9 катушек полоидального магнитного поля.
Тем самым поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
После того как из-за ограничения индуктивности системы 9 катушек полоидального магнитного поля и ограничения индуктивности магнитов второй системы 10 магнитов, ток в системе 9 катушек полоидального магнитного поля меняться перестает, аналогичным образом изменяют ток в катушке 8 тороидального магнитного поля третьей системой 16 магнитов и третьей системой 17 изменения расстоянии между магнитами.
При этом катушку 8 тороидального магнитного поля электрически соединяют с третьей системой 16 магнитов, соединенной с третьим устройством 17 изменения расстояния между магнитами.
В третьей системе 16 магнитов третьим устройством 17 изменения расстояния между магнитами способ осуществляют абсолютно аналогично тому, как способ осуществляют первым и вторым устройствами.
В третьей системе 16 магнитов охлаждают первый магнит 18 и второй магнит 19 до температуры жидкого гелия. При этом магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, по всей длине которой провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника. Магниты помещают в криостаты, охлаждают до температуры жидкого гелия, переводят в сверхпроводящее состояние. Затем пускают электрический ток на первый магнит 18.
После этого в третьем устройстве 17 изменения расстояния между магнитами поршнем 20 с помощью системы 21 перемещения поршня изменяют в третьей системе 16 магнитов расстояние между первым магнитом 18 и вторым магнитом 19.
При этом создают индукционное (индуктивное) электрическое поле
m31
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке второго магнита 19 третьей системы 16 магнитов.
Индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните 19 третьей системы 16 магнитов и пускают на катушку 8 тороидального магнитного поля.
Изменением тока, текущего по обмотке катушки 8 тороидального магнитного поля, в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле.
m32
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного сечением катушки тороидального магнитного поля, перпендикулярном осевой линии тора.
Тем самым поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
После того как из-за ограничения индуктивности катушки 8 тороидального магнитного поля и ограничения индуктивности магнитов третьей системы 16 магнитов, ток в катушке 8 тороидального магнитного поля меняться перестает, первый этап процесса поддержания тока в плазме завершен.
После этого ждут, пока ток затухнет. Например, из-за омического джоулева нагрева.
Этим завершают первый этап процесса.
После того как ток в плазме затухнет, в той же последовательности перемещают магниты в обратном направлении.
Сначала в первом устройстве 3 изменения расстояния между магнитами поршнем 6 с помощью системы 7 перемещения поршня изменяют в системе 2 магнитов расстояние между первым магнитом 4 и вторым магнитом 5 в противоположном направлении по отношению к тому изменению расстояния, в котором перед этим меняли расстояние, причем одновременно за счет этого создают индуктивное электрическое поле
m11
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке второго магнита первой системы магнитов,
dt - единица времени.
При этом индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните 4 первой системы 2 магнитов и пускают на центральный соленоид 1.
Причем током изменяют ток в центральном соленоиде.
Изменением тока центрального соленоида 1 в газе создают индукционное электрическое поле
m12
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке центрального соленоида.
Индукционным электрическим полем создают индукционный ток в плазме. Индукционным током плазмы создают магнитное поле, путем пинч-эффекта стягивают плазму в шнур. В дальнейшем путем изменения расстояния между первым и вторым магнитами первой системы 2 магнитов поддерживают изменение тока в центральном соленоиде 1. И, за счет описанного выше процесса, поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которое поддерживает протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
После того как из-за ограничения индуктивности центрального соленоида и ограничения индуктивности магнитов первой системы 2 магнитов, ток в центральном соленоиде 1 меняться перестает, аналогичным образом изменяют ток в системе 9 катушек полоидального магнитного поля, окружающих катушку 8 тороидального магнитного поля.
После того как из-за ограничения индуктивности центрального соленоида и ограничения индуктивности магнитов первой системы 2 магнитов, ток в центральном соленоиде 1 меняться перестает, аналогичным образом изменяют ток в системе 9 катушек полоидального магнитного поля, окружающих катушку 8 тороидального магнитного поля.
При этом во втором устройстве 11 изменения расстояния между магнитами поршнем 14 с помощью системы 15 перемещения поршня изменяют во второй системе 10 магнитов расстояние между первым магнитом 13 и вторым магнитом 14 в противоположном направлении по отношению к тому изменению расстояния, в котором перед этим меняли расстояние. При этом создают индукционное электрическое поле
21
dPm - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке первого магнита второй системы магнитов.
Индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните 10 второй системы 2 магнитов и пускают на систему 9 катушек полоидального магнитного поля.
Изменением тока, текущего по обмоткам катушек системы 9 катушек полоидального магнитного поля, в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле
m22
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмоткам катушек системы 9 катушек полоидального магнитного поля.
Тем самым поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
После того как из-за ограничения индуктивности системы 9 катушек полоидального магнитного поля и ограничения индуктивности магнитов второй системы 10 магнитов, ток в системе 9 катушек полоидального магнитного поля меняться перестает, аналогичным образом изменяют ток в катушке 8 тороидального магнитного поля третьей системой 16 магнитов и третьей системой 17 изменения расстоянии между магнитами.
После этого в третьем устройстве 17 изменения расстояния между магнитами поршнем 20 с помощью системы 21 перемещения поршня изменяют в третьей системе 16 магнитов расстояние между первым магнитом 18 и вторым магнитом 19 в противоположном направлении по отношению к тому изменению расстояния, в котором перед этим меняли расстояние.
При этом создают индукционное (индуктивное) электрическое поле
m31
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке второго магнита 19 третьей системы 16 магнитов.
Индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните 19 третьей системы 16 магнитов и пускают на катушку 8 тороидального магнитного поля.
Изменением тока, текущего по обмотке катушки 8 тороидального магнитного поля, в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле.
m32
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного сечением катушки тороидального магнитного поля, перпендикулярном осевой линии тора.
Тем самым поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
После того как из-за ограничения индуктивности катушки 8 тороидального магнитного поля и ограничения индуктивности магнитов третьей системы 16 магнитов, ток в катушке 8 тороидального магнитного поля меняться перестает, первый этап процесса поддержания тока в плазме завершен.
После этого ждут, пока ток затухнет. Например, из-за омического джоулева нагрева.
Этим завершают второй этап процесса.
При втором этапе процесса используют силы отталкивания, действующие между первым и вторым магнитами всех трех систем магнитов. Отодвигают силой отталкивания в той же последовательности первый магнит от второго магнита в каждой системе магнитов. Аналогично создают индукционные токи, направленные в противоположные стороны по отношению к тем токам, которые были в первом этапе.
После затухание тока второго этапа, снова повторяют оба этапа процесса. При этом используют изменения токов в магнитах как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.
И так далее.
Управление работой первой, второй и третьей систем магнитов осуществляют первым, вторым и третьим устройствами изменения расстояния между магнитами в той последовательности, которую заранее определяют из расчетов компьютера для оптимального поведения шнура плазмы. Соответственно, последовательность перемещений магнитов в системах магнитов устройствами изменения расстояния между магнитами определяют из расчетов компьютера для того, чтобы добиться оптимального поведения шнура плазмы.
Устройство для реализации способа состоит из следующих элементов.
Соленоид 1 электрически соединен с первой системой 2 магнитов, соединенной с первым устройством 3 изменения расстояния между магнитами.
В первой системе 2 магнитов первый магнит 4 и второй магнит 5 выполнены сверхпроводящими и охлаждены до температуры жидкого гелия. Магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, по всей длине которой провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника. Магниты выполнены в криостате, охлажденном до температуры жидкого гелия, при этом их сверхпроводящая компонента обмотки находится в сверхпроводящем состоянии. Магниты 4, 5 соединены с первым устройством 3 изменения расстояния между магнитами, содержащим поршень 6 и систему 7 перемещения поршня, и находятся на одной оси с поршнем 6 и с системой 7 перемещения поршня.
В объеме, ограниченном катушкой 8 тороидального магнитного поля, выполнена реакторная камера, содержащая вакуумный корпус с первой стенкой. При этом реакторная камера снабжена средствами вакуумной откачки. Кроме того, устройство содержит, систему катушек полоидального магнитного поля и центральный соленоид [Михайлов В.Н., Евтихин В.А. и другие. Литий в термоядерной и космической энергетике XXI века. Москва, Энергоиздат, 1999, стр.33], причем система содержит, по крайней мере, две катушки полоидального магнитного поля.
Катушка 8 тороидального магнитного поля выполнена вокруг центрального соленоида 1.
Система 9 катушек полоидального магнитного поля выполнена вокруг катушки 8 тороидального магнитного поля и электрически соединена со второй системой 10 магнитов, соединенной со вторым устройством 11 изменения расстояния между магнитами.
Во второй системе 10 магнитов первый магнит 12 и второй магнит 13 охлаждены до температуры жидкого гелия. Магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, по всей длине которой провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника. Магниты выполнены в криостате, охлажденном до температуры жидкого гелия, при этом их сверхпроводящая компонента обмотки находится в сверхпроводящем состоянии. Магниты 12, 13 соединены со вторым устройством 11 изменения расстояния между магнитами, содержащим поршень 14 и систему 15 перемещения поршня, и находятся на одной оси с поршнем 14 и с системой 15 перемещения поршня.
Катушка 8 тороидального магнитного поля электрически соединена с третьей системой 16 магнитов, соединенной с третьим устройством 17 изменения расстояния между магнитами. В третьей системе 16 магнитов первый магнит 18 и второй магнит 19 охлаждены до температуры жидкого гелия. Магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, по всей длине которой провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника. Магниты выполнены в криостате, охлажденном до температуры жидкого гелия, при этом их сверхпроводящая компонента обмотки находится в сверхпроводящем состоянии. Магниты 18, 19 соединены с устройством 17 изменения расстояния между магнитами, содержащим поршень 20 и систему 21 перемещения поршня, и находятся на одной оси с поршнем 20 и с системой 21 перемещения поршня.
Центральный соленоид 1, магнитные катушки системы 9 катушек полоидального магнитного поля и магнитная катушка 8 тороидального магнитного поля выполнены сверхпроводящими.
Варианты и дополнения
Используют работу систем магнитов и устройств изменения расстояния между магнитами как колебательные контуры.
Сначала магниты отталкивают друг от друга.
Система перемещения поршня содержит паровой котел. Например, содержит паровой котел блока электростанции. Когда поршнем путем отталкивания магнитов сжимают пар в паровом котле, паром за счет давления сжатого пара отталкивают поршень и снова сближают поршнем магниты.
Таким образом, создают колебательный процесс в своеобразном колебательном контуре, образованном паровым котлом системы перемещения поршня и поршнем с одной стороны, и магнитами системы магнитов с другой стороны.
Для перемещения поршня могут использовать паровую машину. В этом случае поршень толкают паром паровой машины. При этом система перемещения поршня содержит паровую машину.
Заранее могут рассчитывать цикл карно для получения максимального КПД работы паровой машины с учетом расширения и сжатия пара от движения поршня с учетом отталкивания магнитов системы магнитов.
Следующий вариант.
В каждом этапе создают последовательность из перемещений магнитов так, чтобы изменение тока в катушке 8 тороидального магнитного поля согласовывалось с изменением тока в системе 9 катушек полоидального магнитного поля таким образом, чтобы регулировать положение шнура плазмы силой взаимодействия с токами системы катушек полоидального магнитного поля. Более подробно это выглядит так. В системе катушек полоидального магнитного поля, по крайней мере, две магнитные катушки электрически соединяют со второй системой магнитов, содержащей, по крайней мере, одну пару магнитов, при этом пара содержит первый и второй магниты, соединенные со вторым устройством изменения расстояния между магнитами, причем во второй системе магнитов в каждой паре охлаждают первый магнит и второй магнит до температуры жидкого гелия, при этом магнит содержит обмотку из композитного сверхпроводника, по всей длине которой провод из сверхпроводника выполнен вдоль провода из проводника, причем магниты помещают в криостаты, охлаждают до температуры жидкого гелия, переводят в сверхпроводящее состояние, и затем пускают электрический ток на первый магнит, причем после этого во втором устройстве изменения расстояния между магнитами поршнем с помощью системы перемещения поршня изменяют во второй системе магнитов в каждой паре по отдельности расстояние между первым магнитом и вторым магнитом, при этом создают индукционное электрическое поле
m21
dP - изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмотке первого магнита второй системы магнитов i-й пары магнитов,
причем индукционным электрическим полем создают индукционный электрический ток во втором магните второй системы магнитов и пускают на систему катушек полоидального магнитного поля, при этом индукционным электрическим полем изменяют ток, текущий по обмоткам катушек системы катушек полоидального магнитного поля, и в плазме создают дополнительное индукционное электрическое поле
<mrow><mi>d</mi><msub><mover accent="true"><mi>P</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>m</mi><mn>22</mn></mrow></msub></mrow>
- изменение магнитного потока через поверхность контура, ограниченного током, текущим по обмоткам катушек системы катушек полоидального магнитного поля,
i - номер катушки полоидального магнитного поля,
n - число катушек полоидального магнитного поля,
и тем самым поддерживают индукционное электрическое поле в плазме, которым поддерживают протекание индукционного тока по шнуру плазмы.
Дополнение
Магнитным экраном и проводящим, например, медным кожухом с разрывами могут контролировать поступление переменного магнитного поля внутрь реакторной камеры и защищать катушку тороидального магнитного поля от большого срыва.
Катушка тороидального магнитного поля может быть выполнена внутри магнитного экрана, причем предусмотрена возможность магнитный экран открывать и закрывать с разных сторон так, чтобы контролировать поступление переменного магнитного поля внутрь реакторной камеры.
Катушка тороидального магнитного поля может быть выполнена в виде отдельных секций, покрытых магнитным экраном с разрывами. Причем разрывы в ходе работы могут открывать и закрывать. Например, разрывы закрывают во время работы первой и второй систем изменения расстояния между магнитами и открывают во время работы третьей системы изменения расстояния между магнитами.
Катушка тороидального магнитного поля содержит, по крайней мере, две секции, покрытые магнитным экраном, причем предусмотрены возможности открывать магнитный экран и закрывать магнитный экран.
Внутри катушки тороидального магнитного поля выполнен проводящий, например, медный кожух с разрывами так, чтобы контролировать поступление переменного магнитного поля внутрь реакторной камеры.
Вдоль внутренней поверхности катушки тороидального магнитного поля выполнен проводящий кожух с разрывом вдоль осевой линии катушки тороидального магнитного поля и поперек внутренней боковой поверхности катушки тороидального магнитного поля.
Дополнение
Последовательностью работы устройств перемещения магнитов управляют компьютером после включения системы нагрева, например, пучком ионов или СВЧ излучением. При этом работу второго устройства изменения расстояния между магнитами используют для управления магнитным полем системы катушек полоидального магнитного поля для того, чтобы контролировать положения шнура плазмы по отношению к оси катушки полоидального магнитного поля. Например, чтобы отодвигать шнур к оси центрального соленоида.
Могут использовать несколько устройств изменения расстояния между магнитами для каждой из магнитных катушек системы катушек полоидального магнитного поля в отдельности, чтобы контролировать положение шнура плазмы по высоте и для вывода частиц плазмы из реакторной камеры на дивертор.
Устройство для реализации способа входит в состав токамака и может содержать бланкет, систему охлаждения и дивертор.
Дополнение
В доказательство существования термоядерных реакторов, где термоядерная реакция уже была осуществлена, цитирую работу [Сверхпроводящие магнитные системы для токамаков, Москва, РНЦ «Курчатовский институт», 1997, стр.6].
«В 1991 году на крупнейшей из установок JET в дейтериевой плазме с небольшой добавкой трития получена мощность термоядерного энерговыделения более 2 МВт, то есть фактически продемонстрирована достижимость зажигания термоядерной реакции».
Реактор JET расположен близ Оксфорда в Великобритании.
В Википедии про этот реактор сообщают следующее. Введен в строй в 1983-1984 году. В 1991 году достигнута мощность термоядерной реакции в 1 МВт. В эксперименте 1997 года на реакции D-T был поставлен мировой рекорд мощности управляемого термоядерного синтеза (УТС) в 16 МВт. При этом параметр Q (отношение энергии, выделенной в реакции, к энергии, затраченной для разогрева плазмы, en:Fusion energy gain factor) составил примерно 0,7. Для зажигания самоподдерживающегося горения плазмы требуется достичь величины Q более 1. Также нужно заметить, что этот параметр не учитывает другие затраты энергии, из которых наиболее значимы затраты на удержание плазмы. Вероятно, коммерчески эффективный реактор должен иметь значение Q около 15-22 единиц. На 1998 год Q=1,25 заявлялось на проекте токамака JT-60, но, однако, это значение не было достигнуто на реальной D-T плазме, а было оценено по результатам экспериментов с дейтериевой плазмой (D-D).
Дополнение
В системах магнитов магниты перемещают внутри труб. В устройствах изменения расстоянию между магнитами поршни перемещают внутри труб.
Система магнитов содержит трубу. При этом магниты выполнены внутри трубы.
Устройство изменения расстоянию между магнитами содержит трубу. При этом поршень выполнен внутри трубы.
Магнит в системе магнитов перемещают на роликах, выполненных между магнитом и трубой.
Между магнитом и трубой выполнены ролики.
Труба системы магнитов переходит в трубу устройства изменения расстояния между магнитами, при этом оси и диаметры труб совпадают.
При этом магниты могут перемещать поршнем на гармошке на роликах вдоль направляющих, выполненных в трубе. При этом поршнем сжимают гармошку. Например, вдоль общей оси гармошки, а магниты соединены с гармошкой шарнирами.
В этом случае в системе магнитов магниты могут быть выполнены на гармошке. При этом на гармошке могут быть установлены более двух магнитов. Например, для каждой секции катушки тороидального магнитного поля по магниту.
Катушка тороидального магнитного поля содержит, по крайней мере, две секции, при этом с каждой секцией электрически соединена одна система магнитов и система не соединена электрически с другой секцией, причем в системе магнитов магниты выполнены на гармошке, при этом на гармошке установлено более двух магнитов.
Гармошка может быть выполнена из пластин, соединенных гибким образом. Например, с помощью пружин.
При этом на каждой пластине может быть выполнен магнит, установленный вдоль пластины.
Магниты парами могут быть соединены (или совмещены) с парами пружин. При этом витки обмотки пары магнитов выполнены вдоль витков пружины и выполнены в одном криостате с парой пружин. При этом поршень перемещают внутри сильфона, соединяющего и разделяющего область с давлением системы перемещения поршня устройства изменения расстояния между магнитами, например паровой машины, и герметичного объема криостата.
Системы магнитов и устройства изменения расстояния между магнитами могут быть электрически соединены с каждой секцией катушки тороидального магнитного поля по отдельности. Также они могут быть соединены с системами датчиков и с компьютером. При этом измеряют датчиками силу тока и магнитное поле в каждом магните и управляют перемещениями магнитов всех систем, чтобы поле в каждой секции катушки тороидального магнитного поля изменяли одинаково. И поле для каждой секции изменяют синхронно с другими секциями и одинаково.
Системы магнитов могут быть выполнены соосно в ряд. Например, вертикально в виде столбика. При этом все магниты соосны.
Системы магнитов могут быть выполнены соосно горизонтально. При этом все магниты соосны, а ось расположена горизонтально.
Система магнитов содержит трубу, и в системе магнитов магниты выполнены на гармошке, при этом с гармошкой соединен поршень устройства изменения расстояния между магнитами, причем магниты выполнены на роликах вдоль направляющих, выполненных в трубе, при этом поршень выполнен с возможностью сжимать гармошку, при этом магниты соединены с гармошкой шарнирами.
Магниты парами соединены с парами пружин, при этом витки обмотки пары магнитов выполнены вдоль витков пружины и выполнены в одном криостате с парой пружин, причем в системе изменения расстояния между магнитами часть поршня выполнена внутри сильфона, соединяющего и разделяющего область с давлением системы перемещения поршня и герметичного объема криостата.
Датчики выполнены с возможностью измерять магнитное поле и силу тока в системе магнитов.
Электрический ток в первый магнит каждой системы магнитов вводят с помощью сверхпроводящего магнитного ключа, для чего концы обмотки замыкают сверхпроводящей проволокой, которую переводят нагревателем в нормальное состояние на время, когда нужно изменить ток в магните.
Сверхпроводящие обмотки нагревателем сверхпроводящего магнитного ключа нагревают на небольших участках. На нагретых участках сверхпроводящие обмотки переводят в нормальное состояние и одновременно на этих участках токовводами сверхпроводящего магнитного ключа изменяют электрический ток и изменяют энергию в магните.
Для этого первый магнит каждой системы магнитов соединен со сверхпроводящим магнитным ключом, содержащим замкнутые концы обмотки со сверхпроводящей проволокой, соединенные с нагревателем и с токовводами.
Заключение
Вместо термина «Центральный соленоид» могут использовать термин «Обмотка трансформатора, или центрального трансформатора, вторая обмотка которого - шпур плазмы», как в работе Сергея Васильевича Мирнова [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19].
В этом случае можно говорить, что в способе используют не один трансформатор с парой обмоток, а целых три трансформатора. Соответственно, с парой обмоток, где одна из обмоток - шнур плазмы, а вторая обмотка - либо центральный соленоид, либо система катушек полоидального магнитного поля, либо катушка тороидального магнитного поля.
Можно считать, что предложен новый способ создания (изменения, усиления) электрического тока в сверхпроводящих магнитах, когда их обмотка полностью находится в сверхпроводящем состоянии с более высоким КПД создания тока, поскольку для создания тока не надо предварительно нагревать обмотку для вывода ее из сверхпроводящего состояния, как раньше, чтобы в обмотку вводить ток (сверхпроводящими ключами), за счет чего в нагретой обмотке в нормальной фазе терялась энергия на джоулев нагрев.
Также можно считать, что предложен новый способ получения электрической энергии с переводом тепловой энергии в механическую энергию (пар движет поршень), а механической энергию в электрическую (поршень меняет расстояние между магнитами).
Три обмотки трансформаторов, взаимодействующих с витком плазмы, вместо одной, легко увеличат время протекания тока в плазме реактора типа ИТЕР с 15-30 с до 1000 с индукционным образом, поскольку у них на порядки больше в сумме индуктивности, чем у обмотки центрального соленоида. А сейчас «в термоядерном реакторе с токамаком длительность тока, то есть предельная длительность импульса горения, определяется магнитной индукцией центрального трансформатора, которая, как известно, ограничена 15-30 секундами» [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19].
Именно о необходимости такого увеличения длительности поддержания тока в плазме для реактора с плазмой типа реактора ИТЕР писал в своей монографии эксперт Росатома по токамакам, член комиссии РАН по борьбе со лженаукой, начальник отдела токамаков в ТРИНИТИ, член научного совета международного проекта ИТЕР, научный эксперт проекта ИТЕР доктор физ. мат. наук Сергей Васильевич Мирнов [Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19]. И там же он писал, что до сих пор еще не знают, как достигнуть такого результата только индукционным образом. И подчеркивает, что надо использовать именно индукционный способ поддержания тока, потому что все другие способы по ряду причин не подходят.
А изобретатель Богданов в своем предлагаемом изобретении эту задачу успешно решает именно индукционным методом и только индукционным методом.
Следующее дополнение.
Могут транспортировать элементы устройств для реализации предлагаемого способа на модернизированных многотонных автомобилях - вездеходах из-под баллистических ракет Тополь-М для размещения этих элементов вокруг строящегося термоядерного реактора.
Системы магнитов и устройства изменения расстояния между магнитами могут быть выполнены на модернизированных многотонных автомобилях. Например, на модернизированных автомобилях - вездеходах из-под баллистических ракет Тополь-М. При этом модернизированными домкратами устройства изменения расстояния между магнитами меняют расстояния между магнитами в системах магнитов.
При этом могут использовать модернизированные домкраты автомобилей, типа тех, которыми поднимают ракеты перед пуском.
При этом меняют расстояние между магнитами. И тем самым индукционным способом меняют в магнитах ток и вместе с этим меняют индукционным образом ток в магнитах магнитной системы токамака. А именно, в центральном соленоиде, в катушке полоидального магнитного поля и в катушке тороидального магнитного поля. При этом поддерживают тем самым индукционным образом протекание тока в токамаке в десятки раз дольше, чем до предлагаемого способа поддерживали ток индукционным образом.
Предлагаемый вариант значительно ускорит создание устройства, превращающего демонстрационный термоядерный реактор, строящийся в Троицке, в коммерческий. И позволит максимально быстро и просто внести изменения в Проект его строительства.
Громадные автопоезда из-под баллистических ракет подвозят системы магнитов и устройства для изменения расстояния между ними прямо к стройке реактора. И соединяют с его магнитами прямо на стройке магниты систем магнитов, стоящих на автомобилях, сверхпроводящими проводами. Автопоезда с магнитами подъезжают, их магниты соединяют сверхпроводящими проводами с проводами магнитных катушек токамака, провода охлаждают жидким гелием, переводят в сверхпроводящее состояние, модернизированные домкраты автомобилей меняют расстояние между магнитами систем магнитов. И после пуска всего этого комплекса время удержания плазмы вырастает во много раз!!!
Все очень просто и быстро!
Почти никакой дополнительной стройки!
Следующее дополнение.
Магнит системы магнитов соединен с центральным соленоидом сверхпроводящим проводом. Магнит системы магнитов соединен с магнитной катушкой системы катушек полоидального магнитного поля сверхпроводящим проводом. Магнит системы магнитов соединен с магнитной катушкой тороидального магнитного поля сверхпроводящим проводом, помещенным в криостат с жидким гелием и охлажденным до перехода в сверхпроводящее состояние.
Это позволяет уменьшить нагрев проводов при протекании тока, поскольку провода находятся в сверхпроводящем состоянии.
Следующее дополнение.
Для противодействия срыву плазмы на стенки камеры, так называемому «Большому срыву», за плазмой наблюдают аппаратурой системы контроля. Засекают момент большого срыва. И в момент большого срыва на одновитковые магнитные катушки, расположенные на внутренней поверхности каждой секции катушки тороидального магнитного поля, из источников импульсного электрического поля, например из батареи конденсаторов, подают мощный короткий импульс тока. В плазме токамака создают силой Ампера Тэта пинч. И за счет сжатия силой Ампера тэта пинча к оси реакторной камеры - к оси тора катушки тороидального магнитного поля, силой Ампера стягивают плазму Большого срыва. Тем самым препятствуют срыву плазмы на первую стенку реакторной камеры. И защищая первую стенку.
При этом ток на одновитковую магнитную катушку пускают в таком направлении, чтобы возникающее при этом индукционное электрическое поле тормозило электроны в токе плазмы, который течет по плазме в тот момент времени. И меняло его на ток противоположного направления.
При изменении направлении тока критерий Лоусона в плазме нарушается. И большой срыв теряет энергию от термоядерного горения плазмы. И за счет этого он не развивается дальше того состояния, в котором он был на момент включения тока на одновитковую магнитную катушку. Кроме того, большой срыв разрушают возникающими при этом дополнительными неустойчивостями в плазме.
Ток нового направления поддерживают в плазме так же, как это было описано выше.
От разрушения одновитковую магнитную катушку могут защищать системой амортизаторов. Например, системой пружин, соединяющих ее с катушкой тороидального магнитного поля и системой создания газовой мишени, выпускающих газ, например инертный, например гелий, перед потоком налетающих частиц большого срыва.
В качестве импульсного источника тока могут использовать взрывной самовозбуждающийся МГД генератор большой мощности.
Для осуществления этого дополнения устройство для реализации способа дополнительно содержит аппаратуру системы контроля момента большого срыва и источники импульсного электрического поля, электрически соединенные с одновитковыми магнитными катушками, расположенными на внутренней поверхности каждой секции катушки тороидального магнитного поля вдоль витков каждой секцией. Например, батарею конденсаторов. В качестве импульсного источника тока могут использовать взрывной самовозбуждающийся МГД генератор большой мощности.
С каждой одновитковой магнитной катушкой соединено по два источника тока, выполненных с возможностью пускать на катушку ток разных направлений.
Одновитковую магнитную катушку могут соединять с катушкой тороидального магнитного поля с помощью системы амортизаторов. Например, с помощью системы пружин, соединяющих ее с катушкой тороидального магнитного поля. С одновитковой магнитной катушкой может быть соединена система создания газовой мишени, выполненной с возможностью выпускать внутрь реакторной камеры газ, например инертный, например гелий, перед потоком частиц большого срыва.
Следующее дополнение.
Магниты системы магнитов могут электрически соединять или с центральным соленоидом, или с магнитной катушкой системы катушек полоидального магнитного поля, или с секцией катушки тороидального магнитного поля сверхпроводящим проводом, помещенным в криостат с жидким гелием, выполненный в виде сильфона.
В этом случае устройство для реализации способа создания и поддержания тока в плазме может содержать сверхпроводящий провод, помещенный в криостат с жидким гелием, выполненным в виде сильфона.
Это дополнение могут использовать для удобства электрического соединения указанных элементов, поскольку это гибкое соединение.
Источники информации
1. Мирнов С.В. Токамаки: триумф или поражение. Природа, 11, 1999 г., стр.19.
2. Михайлов В.Н., Евтихин В.А. и другие. Литий в термоядерной и космической энергетике XXI века. Москва, Энергоиздат, 1999, стр.33.
3. Сверхпроводящие магнитные системы для токамаков, Москва, РНЦ «Курчатовский институт», 1997, стр.6.