1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

 ________________________________________________________________

 

2. Международная заявка на изобретение

 

Pub. No.:

  

WO/2008/100174

  

International Application No.:

  

PCT/RU2007/000428

Publication Date:

21.08.2008

International Filing Date:

03.08.2007

IPC:

H05H 1/02 (2006.01), G21B 1/00 (2006.01)

Applicant:

POLTORATSKY, Boris Fedorovich [RU/RU]; 

Inventor:

POLTORATSKY, Boris Fedorovich

Priority Data:

2007105087

 

12.02.2007

 

RU

 

Title:

PLASMA ENERGY CONVERTER AND AN ELECTROMAGNETIC REACTOR USED FOR PRODUCING SAID CONVERTER

 <<<В начало

ПЛАЗМЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

  

РЕФЕРАТ 

Предложен плазменный генератор энергии и электромагнитный вихревой реактор для его реализации. Сфера изобретения - методы и устройства плазменной физики, в особенности - системы, предназначенные для электромагнитного удержания высокоэнергетической плазмы в интересах создания условий для инициирования высокотемпературных реакций, включая ядерные реакции синтеза.

Изобретение содержит рабочую камеру с рабочим телом, помещенным в область электромагнитной системы удержания и нагревания плазмы. Эта система включает в себя, по крайней мере, два электромагнитных вихревых реактора с противоположными зарядами и взаимно противоположными спинами.

Реакторы содержат системы возбуждения в них плазменного состояния рабочего тела. Каждая система имеет генератор сверхвысокочастотного вихревого электромагнитного поля высокого напряжения, ось которого совпадает с осью вихревого поля реактора.

 

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

 1. Плазменный преобразователь энергии, содержащий рабочую камеру с рабочим телом, помещённым в поле электромагнитной системы удержания и нагрева плазмы, отличающийся, что с целью повышения стабильности плазмы и продления времени реакции электромагнитная система удержания и нагрева плазмы сдержит по крайней мере два электромагнитных вихревых реактора с противоположными зарядами и взаимно противоположно ориентированными спинами, вихревые поля которых расположены в рабочей камере.

2. Плазменный преобразователь энергии по п.1, отличающийся тем, что рабочая камера изготовлена проточной и имеет входной и выходной каналы, которые соединены внешним контуром, содержащим последовательно соединённые механический преобразователь энергии, холодильник, ресивер и компрессор

3. Плазменный преобразователь энергии по п.1, отличающийся тем, что рабочее тело в рабочей камере содержит жидкую фазу

4. Плазменный преобразователь энергии по п.1, отличающийся тем, что рабочее тело в рабочей камере содержит твёрдую фазу

5. Электромагнитный вихревой реактор, содержащий рабочую камеру и систему возбуждения в ней плазменного состояния рабочего тела, отличающийся тем, что с целью повышения стабильности плазмы и продления времени реакции система возбуждения плазменного состояния рабочего тела содержит концентратор сверхвысокочастотного вихревого электромагнитного поля высокого напряжения, ось которого совпадает с осью вихревого поля реактора.

6. Электромагнитный вихревой реактор по п. 5, отличающийся тем, что концентратор вращающегося сверхвысокочастотного электромагнитного поля выполнен в виде волноводного кольцевого резонатора, связанного с рабочим телом, расположенным в области оси вихревого поля реактора.

7. Электромагнитный вихревой реактор по 5, отличающийся тем, что содержит систему передачи начального электрического заряда в область оси вихревого поля реактора.

8. Электромагнитный вихревой реактор по 5, отличающийся тем, что содержит систему предварительной ионизации рабочего тела в области оси вихревого поля реактора

9. Электромагнитный вихревой реактор по 5, отличающийся тем, что содержит систему передачи начального магнитного момента в область оси вихревого поля реактора.

 

Б. Ф. Полторацкий

 

ПЛАЗМЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ

И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ВИХРЕВОЙ РЕАКТОР

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

 

            Изобретение относится к методам и аппаратам физики плазмы, в частности - к системам, предназначенным для электромагнитного удержания высокоэнергетической плазмы в интересах создания условий для протекания высокотемпературных реакций, включая управляемую ядерную реакцию синтеза. Изобретение может быть использовано также для плазменной сепарации сырой нефти и инициации других высокотемпературных реакций.

            Удержание высокотемпературной плазмы является ключевой проблемой управляемого термоядерного синтеза. В настоящее время существует два метода удержания. Первый метод - инерциальный, например, с инициированием реакции с помощью лазера (см, например, Дж. Дюдерштадт, Г. Мозес. Инерциальный термоядерный синтез. М., Энергоиздат, 1984). Второй метод - удержание магнитным полем (см, например, С. Ю. Лукьянов, Н. Г. Ковальский. Физика горячей плазмы и управляемые термоядерные реакции. М., Изд-во МИФИ, 1997). Для первого метода проблемой является фокусировка большой энергии в очень малом объёме и сложная система подачи рабочего тела. Подавление большого количества неустойчивостей является главной проблемой в системах с магнитным удержанием плазмы. Все неустойчивости имеют газодинамическое происхождение и связаны с большим количеством типов колебаний в намагниченной плазме. Поэтому они практически неустранимы полностью.

Ближайшим прототипом для предложенных технических решений является устройство по Патенту США № 7,119,491 В2 от 10.10.2006,  МКИ Н01J 7/24, U.S.Cl. 315/111.61. Известное устройство содержит рабочую камеру с рабочим телом, помещённым в поле электромагнитной системы удержания и нагрева плазмы. Оно содержит также систему возбуждения плазменного состояния рабочего тела в рабочей камере. Основой электромагнитной системы удержания и нагрева являются электромагниты, формирующие импульсное круговое тороидальное магнитное поле с добавлением винтовой компоненты вокруг оси тора.

Недостатком известного устройства является ограниченная стабильность плазмы и малое время реакции синтеза. Эти недостатки связаны с газодинамической неустойчивостью, которая  принципиально неустранима.

Целью изобретения является повышение стабильности плазмы и продление времени реакции.

Поставленная цель достигается тем, что электромагнитная система удержания и нагрева плазмы плазменного преобразователя энергии сдержит по крайней мере два электромагнитных вихревых реактора с противоположными зарядами и взаимно противоположно ориентированными спинами, вихревые поля которых расположены в рабочей камере.

Рабочая камера может быть изготовлена проточной и иметь входной и выходной каналы, которые соединены внешним контуром, содержащим последовательно соединённые механический преобразователь энергии, холодильник, ресивер и компрессор.

Рабочее тело в рабочей камере может содержать жидкую фазу.

Рабочее тело в рабочей камере может содержать твёрдую фазу.

Поставленная цель достигается также тем, что система возбуждения плазменного состояния рабочего тела каждого электромагнитного вихревого реактора содержит концентратор сверхвысокочастотного вихревого электромагнитного поля высокого напряжения, ось которого совпадает с осью вихревого поля реактора.

Концентратор вращающегося сверхвысокочастотного электромагнитного поля может быть выполнен в виде волноводного кольцевого резонатора, связанного с рабочим телом, расположенным в области оси вихревого поля реактора.

 

Электромагнитный вихревой реактор может содержать систему передачи начального электрического заряда в область оси вихревого поля реактора.

Электромагнитный вихревой реактор может содержать систему предварительной ионизации рабочего тела в области оси вихревого поля реактора.

Электромагнитный вихревой реактор может содержать систему передачи начального магнитного момента в область оси вихревого поля реактора.

 

 

На Фиг.1 представлена блок-схема плазменного преобразователя энергии.

На Фиг.2 представлено взаимное расположение двух электромагнитных вихревых реакторов с противоположными зарядами и противоположно ориентированными спинами.

На Фиг.3 представлена конфигурация электрического и магнитного полей, а также вектора Пойтинга в одной из фаз сверхвысокочастотного электромагнитного поля в реакторе.

На Фиг.4 представлено расположение полей, а также направление потока общей энергии.

На Фиг.5 представлена блок-схема электромагнитного вихревого реактора с  представленным в разрезе концентратором сверхвысокочастотного вихревого электромагнитного поля.

На Фиг.6 представлен общий вид волноводной части электромагнитного вихревого реактора.

 

Плазменный преобразователь энергии, блок-схема которого представлена на Фиг.1, содержит первый электромагнитный вихревой реактор (1) и второй электромагнитный вихревой реактор (2). Их вихревые зоны (3) и (4) установлены между входным (5) и выходным (6) каналами. Рабочее тело (7) заполняет входной канал (5). Выходной канал (6) соединён с преобразователем механической энергии (8), снабжённый выходным валом (9). Выход преобразователя механической энергии (8) через холодильник (10), ресивер (11) и компрессор (12) соединён с входным каналом (5).

Взаимное расположение двух электромагнитных вихревых реакторов (3) и (4), представленных на Фиг.2, характеризуется противоположными зарядами их вихревых зон (3) и (4), а также противоположной ориентацией направлений вращения, т.е. их спинов.

Полевая конфигурация, схематически представленная на Фиг.3, соответствует одной из фаз вращающегося переменного электромагнитного вихревого поля. В нём электрическое поле (13) имеет форму диполя, расположенного поперёк вертикальной оси. Магнитное поле (14) в этом электромагнитном вихре имеет форму кольца, расположенного в вертикальной плоскости. Векторы электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны в местах пересечения. Поэтому векторы Пойтинга (15) здесь перпендикулярны обоим полям и направлены так, что создают механический момент относительно общей оси, совпадающей с осью вихревого поля реактора (16).

Средний поток энергии (17) вихря, показанный на Фиг.4, расположен относительно всей системы переменных полей так, что он образует кольцо вокруг общей оси вихревого поля реактора (16).

Электромагнитный вихревой реактор, блок-схема которого изображена на Фиг.5, содержит представленный в разрезе кольцевой резонатор (18), который расположен на оси вихревого поля реактора (16). К внешней стороне резонатора (18) присоединён входной волновод (19). Во входном волноводе распространяется сверхвысокочастотная волна (20). Здесь приведён пример с волной типа H01. Кольцевой резонатор (18) содержит элементы связи с пространством внутри кольца в области оси вихревого поля реактора (16). Электрическая связь осуществляется через штыри (21), а магнитная – через открытые волноводы (22). Резонатор (18) соединён с входным волноводом (19) через окна связи (23). Свободный конец входного волновода соединён с согласованной нагрузкой (24). Штыри (21) соединены по постоянному току с источником постоянного напряжения (25) через развязку в виде индуктивного элемента (26). Поле от источника ионизирующего излучения (27) перекрывает пространство кольцевого резонатора (17), расположенное в области оси вихревого поля реактора (16).

Общий вид волноводной части электромагнитного вихревого реактора, представленного на Фиг.6, включает в себя изображения соединённых между собой кольцевого резонатора (18), входного волновода (19) и согласованной нагрузки (24). Кольцевой резонатор (18) расположен на оси вихревого поля реактора (16) и имеет выходные элементы: штыри (21) и открытые волноводы (22).

 

Предложенные устройства работают следующим образом.

В исходном положении рабочие околоосевые  зоны электромагнитных вихревых реакторов (1) и (2) плазменного преобразователя энергии заполнены холодным  рабочим телом (7) (см. Фиг.1). Его работа начинается после включения электромагнитных вихревых реакторов (1) и (2), блок схема каждого из которых показана на Фиг.5. Это происходит после того, как сверхвысокочастотная волна (20) поступает на вход волновода (19) каждого из электромагнитных вихревых реакторов (1) и (2). Одновременно с этим в каждом реакторе включается источник постоянного напряжения (25) и источник ионизирующего излучения (27).  Сверхвысокочастотные волны из волноводов (19) поступает в кольцевые резонаторы (18) через окна связи (23). Через штыри (21) и открытые волноводы (22) сверхвысокочастотная волна поступает в области осей вихревого поля (16) реакторов, где создаются вращающиеся вихревые сверхвысокочастотные электромагнитные поля. Индуктивный элемент (26) обеспечивает развязку между постоянным электрическим и переменным электромагнитным полями. В исходном положении высокочастотные разряды отсутствуют в вихревой области каждого реактора.  Поэтому в этой фазе процесса добротность кольцевых резонаторов (18) имеет максимальную величину. Как результат напряжённость полей в вихревой области экспоненциально нарастает до пробойной величины. Пробой резко уменьшает сопротивление нагрузки резонаторов. Это соответственно уменьшает их добротность. Так процессы каждого из разрядов стабилизируются. В результате формируются электромагнитные вихри со структурой, показанной на Фиг.3 и Фиг.4., которые описаны также в работе Б.Ф. Полторацкого «Электромагнитный вихрь в структуре элементарных частиц», М., 2006.

Сформировавшиеся электромагнитные сверхвысокочастотные вихри сориентированы один относительно другого так, как это показано на Рис.2. Их заряды имеют противоположные знаки, а спины направлены в противоположные стороны. Поэтому их взаимное расположение в пространстве не является стабильным. После формирования вихрей начинается фаза их взаимодействия. Это взаимодействие приводит к тому, что они сближаются и взаимно уничтожаются – аннигилируют. При этом в малом объёме выделяется вся энергия, которая была накоплена в резонаторах и электромагнитных вихрях. Время процесса аннигиляции значительно меньше, чем период одной сверхвысокочастотной волны. Т.е. оно настолько мало, что никакие газо- или гидродинамические процессы не успевают развиться. Поэтому на весь импульсный процесс они не успевают повлиять. Если среда вначале была в жидком или в твёрдом состоянии, то происходит гидравлический удар. Всё это обуславливает достижение предельно высоких давлений и температур в зоне взаимодействия вихрей. Это краткосрочно стимулирует высокотемпературную химическую или ядерную реакцию.

Описанный выше процесс носит импульсный характер. Частота следования таких импульсов должна выбираться с учётом минимальной длительности паузы между импульсами и требуемой средней интенсивности процесса. Минимальная длительность паузы определяется временем успокоения системы, которое связано с гидродинамикой процесса и, следовательно, имеет величину большую на несколько порядков, чем время электромагнитного процесса образования вихрей. Поэтому источники сверхвысокочастотной волны могут работать с большой скважностью импульсов, т.е. в щадящем режиме. Изменением этой скважности можно регулировать и среднюю интенсивность процесса в зависимости от возможностей отвода полезной энергии и системы охлаждения. Среднее время функционирования предложенных устройств не имеет принципиальных ограничений.

Таки образом, предложение совмещает преимущества инерциального и магнитного методов удержания плазмы, исключая их недостатки. Это обеспечивает повышение стабильности плазмы и неограниченное продление времени реакции. Следовательно, предложение приводит к достижению поставленной цели.

 

<<<В начало