ВВЕДЕНИЕ
В настоящей статье вопросы физики процессов управляемого термоядерного синтеза рассматриваться не будут.
Известно, что управляемый ядерный синтез возможен, например, при одновременном выполнении двух условий. Температура более миллиона градусов и соблюдение критерия Лоусона (плотность плазмы и время удержания)
Подавляющая часть исследований в области управляемого ядерного синтеза сосредоточены на магнитном и инерционном удержании плазмы. К сожалению, вот уже более 70-ти лет технологические сложности многочисленных способов магнитного удержания, или бомбардировки мишеней и т.п. в области ТЯС так и не решены. А в области холодного ядерного синтеза, предлагаемые технологии оказываются на проверку, или «газетными утками» или результатами некорректно поставленных экспериментов.
Раз с магнитным удержанием плазмы не всё так гладко, предлагается обратить внимание на способов электростатического удержания плазмы. Например, схема электростатической ловушки высокотемпературной плазмы для целей промышленного термоядерного синтеза была предложена Лаврентьевым О. А.в 1950 году.К сожалению, академик Сахаров А. Д. дал отрицательный отзыв на предложения Лаврентьева, т.к. считал магнитные способы удержания более перспективными, чем электростатические.
Лаврентьев О.А. первый предложил электростатическое поле использовать, как эффективную теплоизоляцию некоторого объёма с заключённым в нём ансамблем заряженных частиц.
В отличии от магнитной теплоизоляции – теплоизоляция электрическими полями не является пассивной. Слой электрического поля разделяет ансамбли холодных и горячих частиц не только в пространстве, но и энергетически. Переход заряженной частицы из одного ансамбля в другой связан с изменением энергии частицы, но не меняет полного энергосодержания всей системы.
Либо кинетическая энергия заряженной частницы превращается в потенциальную энергию электрическом поля, либо потенциальная энергия электрического поля превращается в кинетическую энергию заряженной частицы.
Отсюда вытекает принцип суперпозиции энергии, характерный для систем с тепловой изоляцией плазмы электрическими полями. В соответствии с этим принципом потеря частиц не влечёт за собой потерю энергии и энергетическое время жизни для систем с рекуперацией энергии должно быть много больше времени жизни отдельных частиц.
Одним из следствий принципа рекуперации энергии является возможность непосредственного преобразования энергий термоядерных реакций в электрическую!!!
МНОГОПОЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ И ФОРМИРОВАНИЯ ДУГОВЫМИ РАЗРЯДАМИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
На основании выше изложенного предлагается многопольный электростатический способ изоляции плазмы и формирования дуговыми разрядами. Формирование плазмы осуществляется множеством дуговых разрядов внутри многопольного конденсатора.
Известно, что искровой разряд ионизирует молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника питания искровой разряд превращается в дуговой разряд. В результате средний ток увеличивается ещё больше и нагревает дугу до сверхвысоких температур уровня 10 000 – 20 000 градусов. Для термоядерного синтеза явно не достаточно, к тому же канал дугового разряда не является строго осесимметричным. Канал дугового разряда постоянно “гуляет” в разные стороны. Пример такого “гуляния” показан на рис. № 1.
Рис. № 1. Классический дуговой разряд (не осесимметричен) .
В настоящее время для различных технологических целей электрическую дугу можно направлять в определенное место, но заставить её быть строго осесимметричной – такая задача не рассматривается.
Известен единственный способ управления траекторией дуги между двумя электродами заключается в воздействии лазерных лучей на газ между электродами. В лазерном луче газ частично ионизируется, формируется канал. По этому каналу распространяется дуга. С помощью нескольких лазеров можно сформировать канал частично ионизированного газа различного направления, по которому будет распространяться электрическая дуга.
Температура дугового разряда зависит от плотности электронов. Увеличение плотности электронов без увеличения сечения приводит к увеличению температуры дуги. Но увеличивать плотность электронов в дуговом канале до бесконечности нельзя. Плотность электронов (температура) в дуге ограничивается в основном расстоянием между электродами и протекающим током. Температура всегда ограничена значениями в 10 000 – 20 000 градусов.
В противовес к сказанному, представим ситуацию, когда два отдельных дуговых разряда пересекаются в общей точке пересечения. В этом случае, в общей точке пересечения двух дуговых разрядов плотность электронов увеличивается в 2 раза. Что приводит к увеличению температуры в точке пересечения в 2 раза.
К сожалению, невозможно получить заявленный эффект, взяв просто два отдельных дуговых разряда, и крестом наложить друг на друга. В этом случае произойдёт простое перераспределение поля распространения отдельных дуг. В идеале – два отдельных дуговых разряда превратятся в четыре общей прямоугольной формы.
Для целей фокусировки отдельных дуговых разрядов в общей точке пересечения предлагается использовать энергетические особенности многопольных конденсаторов.
Многопольные конденсаторы представляют собой конденсаторы сложной формы, в которых чередуются электрические поля разной полярности. Чередующиеся электрические поля формируют внутри конденсатора так называемые “энергетические” оси симметрии, вдоль которых осуществляется фокусировка движущихся возбужденных ионизированных атомов в газе. Например – дуговой разряд.
О многопольных конденсаторах более подробно заявлено в статье:04.03.2023. Многопольные конденсаторы
ДОДЕКАПОЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР
Рассмотрим додекапольный (двеннадцатипольный) конденсатор. Додекапольный конденсатор содержит одновременно двенадцать электростатических полей чередующейся полярности, которые формируют три пересекающиеся в общем центре “энергетические” оси симметрииO1, О2, О3. Вдоль осей О1, О2, О3 осуществляется фокусировка (сжатие) движущихся возбужденных ионизированных атомов в газе.
Додекапольный конденсатор, состоит из двадцати четырёх обкладок различной формы, соединённых попарно с источником напряжения. Додекапольный конденсатор с тремя осями фокусировки (сжатия) движущихся возбужденных ионизированных атомов в газе представлен на рис. № 2.
Рис. № 2. Додекапольный конденсатор.
В конструктивном плане, додекапольный конденсатор с прямоугольными обкладками показан на рис. № 3.
Рис. № 3. Додекапольный конденсатор с прямоугольными обкладками
В конструктивном плане, додекапольный конденсатор с гиперболическими обкладками показан на рис. № 4.
Рис. № 4. Додекапольный конденсатор с гиперболическими обкладками.
Электрические поля додекапольного конденсатора обладают шестью взаимно перпендикулярными плоскостями симметрии и шестью плоскостями анти симметрии.
Особенность додекапольного конденсатора в том, что возбужденные ионизированные атомы в газе фокусируются вдоль трёх осей симметрииO1, О2, О3 с пересечением в общем центре. Для целей увеличения плотности электронов без изменения размеров канала (получения температур термоядерного синтеза) это как раз то, что нужно.
Высокотемпературная плазма для целей термоядерного синтеза формируется в электростатическом реакторе. Рассмотрим его конструктивные особенности.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
В конструктивном плане многопольный электростатический реактор формирования высокотемпературной плазмы для целей термоядерного синтеза представлен на рис. № 5.
Рис. № 5. Электростатический реактор формирования высокотемпературной плазмы.
Основой реактора является додекапольный конденсатор. Додекапольный конденсатор состоит из восьми гиперболических шаровых электродов, между которыми проложен высокотемпературный диэлектрик. Высокотемпературный диэлектрик, шаровые электроды и дугоразрядные электроды изолируют внутреннюю полость реактора.
Внутренняя полость додекапольного конденсатора откачивается на высокий вакуум, а затем заполняется рабочим газом. В результате фокусировки потоков заряженных частиц, плотная высокотемпературная плазма образуется в центре, вдали от поверхности электродов. В центре формируются условия для протекания термоядерной реакции, а вблизи электродов плотность плазмы на много порядков ниже и не должна превышать предельного значения, определяемого из условия тепловой нагрузки на электроды.
Шаровые электроды интенсивно охлаждаются технической водой, которая используется как промежуточный теплоноситель преобразования тепла энергии термоядерного синтеза в другой вид энергии для дальнейшего использования.
ЗАМЕЧАНИЯ
В зависимости от того, какое напряжение используется для формирования дуговых разрядов необходимо устранить магнитное влияния. Для предотвращения магнитного “гулянья” или “размывания” точки пересечения необходимо предусмотреть компенсацию магнитного влияния дополнительным увеличением электрического поля на соответствующих обкладках многопольного конденсатора.
Предлагается дополнительно использовать резонанс с помощью подачи дополнительного резонансного напряжения на все электроды многопольного конденсатора, см. рис. № 4.4. Это приводит к тому, что одновременно по всем осям (Х,У,Z) происходит резонанс.
Рис. № 4.4. Схема питания с дополнительным резонансным
напряжением.
Следует отметить одно интересное предположение, заявленное Лаврентьевым О. А. в 1950 году. Одним из следствий принципа рекуперации энергии в электрическом способе удержания плазмы является возможность непосредственного обратного преобразования энергий термоядерной реакции в электрическую. Можно предположить, что дополнительно к энергетике промежуточного теплоносителю добавится энергетика непосредственного съёма электрической энергии с обкладок (шаров) многопольного конденсатора.
По заявленному, в настоящее время проводятся ОКР, результаты которых будут опубликованы позже.
ЛИТЕРАТУРА
04.03.2023. Многопольные конденсаторы
Опытно-конструкторские работы, по результатам которых будет продолжение статьи.