ЭФФЕКТИВНЫЙ КОМПАКТНЫЙ РЕАКТОР ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА

1. Компактный реактор ядерного синтеза, содержащий тороидальную плазменную камеру и систему удержания плазмы, выполненную с возможностью создания магнитного поля для удержания плазмы в плазменной камере, в котором:
- система удержания плазмы сконфигурирована таким образом, что большой радиус удерживаемой плазмы составляет 1 м или меньше;
- система удержания плазмы включает в себя магниты тороидального поля, выполненные из материала, содержащего высокотемпературный сверхпроводник, предпочтительно, охлажденный во время работы до 77 К, более предпочтительно, до 30 К или менее, более предпочтительно, до 4 К или менее;
- используемое во время работы магнитное поле включает в себя тороидальную составляющую величиной в 5 Тл или более, предпочтительно, - 10 Тл или более, более предпочтительно, 15 Тл или более.
2. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором большой радиус удерживаемой плазмы составляет менее чем 1,0 м, более предпочтительно, менее чем 0,5 м.
3. Реактор ядерного синтеза по п. 1, причем реактор представляет собой сферический реактор токамак.
4. Реактор ядерного синтеза по п. 1, выполненный с возможностью увеличения производства нейтронов и энергии посредством направления в плазму одного или более нейтральных пучков.
5. Реактор ядерного синтеза по п. 4, в котором нейтральные пучки имеют энергию менее чем 200 кэВ, предпочтительно, менее чем 130 кэВ, более предпочтительно, менее чем 80 кэВ, более предпочтительно, менее чем 40 кэВ.
6. Реактор ядерного синтеза по п. 5, в котором нейтральные пучки включают в себя атомы трития.
7. Реактор ядерного синтеза по п. 5 или 6, в котором плазма включает в себя ионы трития.
8. Реактор ядерного синтеза по п. 5, в котором плазма включает в себя ионы дейтерия, но не ионы трития.
9. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором нейтральные пучки направлены в плазму с разных направлений, выбранных так, чтобы оптимизировать реакции синтеза между частицами в пучках.
10. Реактор ядерного синтеза по п. 1, сконфигурированный таким образом, что входная мощность в плазму составляет менее чем 100 МВт, более предпочтительно, менее чем 10 МВт, более предпочтительно, менее чем 6 МВт, более предпочтительно, менее чем 3 МВт, более предпочтительно, менее чем 1 МВт.
eng
eng
eng
eng
eng
11. Реактор ядерного синтеза по п. 1, выполненный с возможностью работы при коэффициенте усиления энергии ядерного синтеза Q>1, более предпочтительно, Q>3, более предпочтительно, Q>10, более предпочтительно, Q>15, более предпочтительно, Q>20 и работающий либо как эффективный источник нейтронов, либо как источник энергии.
12. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором плазма является поддерживаемой в стационарном состоянии в течение более чем 10 секунд, более предпочтительно, более чем 100 секунд,
более предпочтительно, более чем 1000 секунд, более предпочтительно, более чем 10000 секунд.
13. Реактор ядерного синтеза по п. 12, в котором ток плазмы возбуждается без индукции.
14. Реактор ядерного синтеза по п. 13, выполненный с возможностью инициации плазмы, используя одну или больше из следующих операций:
- слияние-сжатие;
- магнитная накачка, такая, что осциллирующий ток производит плазменные кольца для увеличения тока плазмы;
- активизация одного или более соленоидов, возможно, расположенных в центральной сердцевине тороидальной камеры; и
- радиочастотная генерация тока посредством гиротрона или другого радиочастотного источника.
15. Реактор ядерного синтеза по п. 14, выполненный с возможностью повышения тока плазмы, используя одну или больше из следующих операций:
- активация одного или более соленоидов;
- радиочастотная генерация тока; и
- нагрев плазмы, такой чтобы быстрое увеличение полоидального поля, необходимого для удержания растущей плазмы, вводило поток, почти достаточный для увеличения тока плазмы до требуемого рабочего значения.
16. Реактор ядерного синтеза по п. 14 или 15, в котором один или более втягиваемых соленоидов включают в себя один или более предохлажденных высокотемпературных сверхпроводящих соленоидов.
17. Реактор ядерного синтеза по п. 1, выполненный с
возможностью обеспечения выхода нейтронов, по меньшей мере, в 1 МВт, более предпочтительно, по меньшей мере, в 10 МВт, еще более предпочтительно, по меньшей мере, в 100 МВт.
18. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором корпус криостата и/или материал, из которого изготовлены магниты тороидального поля, сконфигурирован с возможностью обеспечения по меньшей мере некоторой конструктивной целостности.
19. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором вокруг центральной стойки обеспечена защита, для того чтобы уменьшить или исключить повреждения от нейтронов.
20. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором материал, из которого изготовлены магниты тороидального поля, сконфигурирован с возможностью обеспечения повышенного сопротивления к повреждениям от нейтронов, например, посредством использования в этом элементе слоя высокотемпературного сверхпроводника, имеющего толщину более чем около 1 микрона, более предпочтительно, больше чем 2 микрон.
21. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором материал, из которого изготовлены магниты тороидального поля, сконфигурирован с возможностью обеспечения повышенной плотности тока, возможно, посредством включения в материал, выполненный из высокотемпературного сверхпроводника, слоев, не являющихся высокотемпературными сверхпроводниками, имеющих общую толщину менее чем около 90 микрон, или слоев высокотемпературного сверхпроводника, имеющих толщину более чем около 1 микрона, для того чтобы обеспечить большее пространство для нейтронной защиты.
22. Реактор ядерного синтеза по п. 1, содержащий центральную стойку, выполненную из бериллия, алюминия или из другого не являющегося высокотемпературным сверхпроводником материала, так чтобы поддерживать допустимые уровни конструктивной целостности и проводимости, несмотря на нейтронный поток.
23. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором внутренняя часть центральной стойки выполнена из высокотемпературного сверхпроводника, а внешняя часть выполнена из бериллия, алюминия или из другого не являющегося высокотемпературным сверхпроводником материала, который обеспечивает защиту от повреждений высокотемпературного сверхпроводника нейтронами.
24. Реактор ядерного синтеза по п. 22 или 23, в котором бериллий, алюминий или другой не являющийся высокотемпературным сверхпроводником материал, криогенно охлажден, чтобы уменьшить его сопротивление, и, возможно, соединен с высокотемпературным сверхпроводящим материалом, образующим остальную часть магнитов тороидального поля, помимо центральной стойки, и в котором материал высокотемпературного сверхпроводника, опционально, выполнен с возможностью обеспечить повышенную сопротивляемость к повреждениям от нейтронов и/или повышенную плотность тока.
25. Реактор ядерного синтеза по п. 1, имеющий катушки полоидального поля, содержащие материал высокотемпературного сверхпроводника.
26. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором выходные нейтроны могут быть использованы для одного или более из:
- производство электроэнергии;
- производство изотопов для медицинского или иного
применения;
- производство водорода;
- производство тепла;
- обработка ядерных отходов;
- производство трития нейтронной бомбардировкой лития;
- воспроизводство топлива для ядерного деления;
- возбуждение субкритического ядерного деления или воспроизводящего бланкета в гибридном реакторе деления-синтеза;
- анализ материалов, включая нейтронную спектроскопию, и/или нейтронное отображение (томография), и/или нейтронно-активационный анализ;
- обработка материалов посредством нейтронного облучения;
- обнаружение скрытых материалов;
- отображение в медицине;
- медицинское лечение, включая нейтрон-захватную терапию и/или нейтронную пучковую терапию;
- испытание материалов и компонентов; и
- научные исследования.
27. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором система удержания плазмы сконфигурирована таким образом, чтобы удерживать порожденные в плазме α-частицы.
28. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором система удержания плазмы сконфигурирована таким образом, что когда реактор работает с синтезом дейтерия и трития, никакого соленоида, расположенного в центре тороидальной плазменной камеры, нет.
29. Реактор ядерного синтеза по п. 1, дополнительно
содержащий диверторы, оптимизированные для уменьшения нагрузки на единицу площади стенок плазменной камеры.
30. Реактор ядерного синтеза по. 29, дополнительно содержащий катушки дивертора, сконфигурированные с возможностью направлять вылетающие периферийные частицы плазмы и увеличивать след упомянутых вылетающих периферийных частиц до большого радиуса и/или крупного радиуса и/или подчищать контактную зону над диверторами.
31. Реактор ядерного синтеза по п. 29 или 30, в котором часть поверхности или вся поверхность диверторов покрыта литием.
32. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором часть поверхности или вся поверхность стенки, направленной в сторону плазмы, покрыта литием.
33. Реактор ядерного синтеза по п. 1, дополнительно содержащий антенну, сконфигурированную с возможностью формирования резонансного ионно-циклотронного нагрева (ICRH) и сконфигурированную с возможностью увеличения управляемым и регулируемым образом энергии испускаемых нейтронов.
34. Реактор ядерного синтеза по п. 1, в котором вертикальное удлинение удерживаемой плазмы по сепаратрисе, которая разделяет сердцевину плазмы и область открытых магнитных силовых линий, равно около 3.
35. Реактор ядерного синтеза по п. 1, дополнительно содержащий бланкет-размножитель, сконфигурированный с возможностью увеличения потока испускаемых нейтронов.
36. Реактор ядерного синтеза по п. 1, дополнительно содержащий отражатели для направления нейтронов из реактора с
тем, чтобы производить локальное увеличение плотности потока.
37. Электростанция, содержащая множество реакторов ядерного синтеза по п. 1.
38. Способ генерации нейтронов или энергии посредством работы реактора ядерного синтеза, содержащего тороидальную плазменную камеру, причем способ включает в себя этапы, на которых:
- инициируют плазму в плазменной камере;
- генерируют магнитное поле с тороидальным компонентом в 5 Тл или более, предпочтительно, 10 Тл или более, еще более предпочтительно, 15 Тл или более для удержания плазмы в плазменной камере, при этом плазма имеет большой радиус в 1 м или меньше;
- испускают нейтроны и другие энергетические частицы.
39. Способ по п. 38, в котором большой радиус удерживаемой плазмы равен менее чем 0,5 м.
40. Способ по п. 38 или 39, дополнительно включающий в себя этап, на котором вводят энергию в плазму величиной менее чем 100 МВт, предпочтительно, менее чем 10 МВт, более предпочтительно, менее чем 6 МВт, более предпочтительно, менее чем 3 МВт, еще более предпочтительно, менее чем 1 МВт.
eng
eng
eng
eng
eng
41. Способ по п. 38 или 39, в котором плазма работает при коэффициенте усиления энергии синтеза Q>1, более предпочтительно, Q>3, более предпочтительно, Q>10, более предпочтительно, Q>15, более предпочтительно, Q>20.
42. Способ по п. 38 или 39, дополнительно включающий в себя этап, на котором поддерживают плазму в стационарном состоянии в
течение по меньшей мере 10 секунд, более предпочтительно, по меньшей мере 100 секунд, более предпочтительно, по меньшей мере 1000 секунд, еще более предпочтительно, по меньшей мере 10000 секунд.
43. Способ по п. 38, в котором инициируют плазму, используя одну или больше из следующих операций:
- слияние-сжатие;
- магнитная накачка, такая, что осциллирующий ток производит плазменные кольца для повышения тока плазмы;
- активизация одного или более соленоидов, возможно, расположенных в центральной сердцевине тороидальной камеры; и
- радиочастотная генерация тока посредством гиротрона или другого радиочастотного источника.
44. Способ по п. 38, в котором повышают ток плазмы, используя одну или больше из следующих операций:
- активизация одного или больше соленоидов;
- радиочастотная генерация тока; и
- нагрев плазмы, такой чтобы быстрое увеличение полоидального поля, необходимого для удержания растущей плазмы, вводило поток, почти достаточный для повышения тока плазмы до необходимых значений рабочего уровня.
45. Способ по п. 43 или 44, в котором один или больше втягиваемых соленоидов включают в себя один или более предохлажденных высокотемпературных сверхпроводящих соленоидов.
46. Способ по п. 38 или 39, дополнительно включающий в себя этап, на котором направляют один или более нейтральных пучков, имеющих энергию менее чем 200 кэВ, предпочтительно, менее чем
130 кэВ, более предпочтительно, менее чем 80 кэВ, и еще более предпочтительно, менее чем 40 кэВ, в плазму, с тем, чтобы увеличить производство нейтронов.
17
18
19
20
47. Способ по п. 38 или 39, в котором генерируют нейтроны со скоростью по меньшей мере 3×10 нейтронов в секунду, предпочтительно, по меньшей мере 10 нейтронов в секунду, более предпочтительно, по меньшей мере 10 нейтронов в секунду, еще более предпочтительно, по меньшей мере 10 нейтронов в секунду.
48. Способ по п. 38 или 39, в котором по меньшей мере один из нейтральных пучков и плазма содержат тритий.
49. Способ по п. 38 или 39, в котором и нейтральные пучки, и плазма содержат дейтерий, только так, чтобы ядерный синтез проходил по D-D-реакции.
50. Способ по п. 38 или 39, дополнительно включающий в себя этап, на котором используют нейтроны для одного или более из:
- производство электроэнергии;
- производство изотопов для медицинского или иного применения;
- производство водорода;
- производство тепла;
- обработка ядерных отходов;
- производство трития нейтронной бомбардировкой лития;
- воспроизводство топлива для ядерного деления;
- возбуждение субкритического ядерного деления или воспроизводящего бланкета в гибридном реакторе деления-синтеза;
- анализ материалов, включая нейтронную спектроскопию, и/или нейтронное отображение (томография), и/или нейтронно-
активационный анализ;
- обработка материалов посредством нейтронного облучения;
- обнаружение скрытых материалов;
- отображение в медицине;
- медицинское лечение, включая нейтрон-захватную терапию и/или нейтронную пучковую терапию;
- испытание материалов и компонентов; и
- научные исследования.