Проблема керованого ядерного синтезу

Работа над проектом ядерного синтезу ведеться в усьому світі протягом близько шістдесяти років і до цих пір не завершена. Проблема полягає в тому, що для здійснення реакції ядерного синтезу необхідно створити пристрій, в якому протягом певного часу необхідно утримати ядра легких атомів у певній концентрації з енергією порядку 100 кеВ. Згідно з критерієм Лоусона для того, щоб установка для ядерного синтезу була енергетично вигідна необхідно, щоб твір концентрації частинок на час її утримання було не менше певного значення. З огляду на те, що високотемпературна плазма вкрай не стійка, цей критерій не виконується.

Предлагаю поміркувати над іншою схемою утримання високоенергетичних частинок. Суть її полягає в наступному. Всередину вакуумної камери поз.1 (див. Фіг. 1) поміщається (підвішується) негативно заряджене ядро ??сферичної форми (далі ядро) поз.2 за допомогою провідника поз. 3, який служить для утримання ядра в камері і для підбиття і відведення заряду ядра. На деякому віддаленні від ядра під кутом у напрямку до ядра близько 90 градусів з джерела поз. 4 вкидаються попередньо прискорені частинки одного з виду, що беруть участь в реакції з початкової швидкістю, яка недостатня для утримання її на орбіті поз.6 навколо ядра. У зворотному напрямку з джерела поз. 5 вкидаємо частинки іншого виду, що у реакції, тобто назустріч один до одного. Оскільки швидкості частинок не достатні для відцентрового утримання часток на орбіті, ці частинки під дією сил кулонівського тяжіння почнуть по спиралевидной орбіті наближатися до ядра.

Согласно закону збереження моменту кількості руху швидкості частинок в міру наближення до ядра будуть збільшуватися. При досягнення певного радіусу, сили тяжіння і відцентрова зрівноважаться, а орбіта частинок буде близькою до кругової. Можна підібрати такі умови вкидання протилежно рухомих частинок, що орбіти їх практично співпадуть. У разі непружного зіткнення протилежно спрямованих частинок відбудеться реакція їх синтезу, що нам і потрібно. У разі пружного зіткнення частинки розлетяться в протилежні напрямки. Ось тут виникає дуже важливе питання, чи не втрат чи ми їх. Припустимо, для простоти, частинки, які ми намагаємося зіштовхнути однакові (наприклад, ядра атомів дейтерію). У цьому випадку, як випливає з теорії удару, при їх зіткненні вони обміняються величинами своїх передач, що не суттєво. Але можуть істотно змінюватися їх напрямки. З фізики ми знаємо, що в полі кулонівських сил (так само як і гравітаційних) частинки можуть покинути це поле у ??разі, коли кінетична енергія частинки стане рівною або перевищить потенційну енергію тяжіння.

Условіем ж утримання часток на стаціонарній круговій орбіті є рівність сили тяжіння і сили відцентрової. Швидкість утримання на круговій орбіті в 1,41 разів менше, ніж швидкість подолання сили тяжіння. У нашому випадку після зіткнення швидкості частинок і відстані до ядра сильно не змінилися, отже, частки не зможуть відірватися від ядра. Але вони поміняють свої орбіти. Оскільки напрям векторів швидкостей часток після їх зіткнення можуть бути довільними, то орбіти частинок стануть еліптичними і повернутий свою площину щодо первісної площини орбіти. У еліптичної орбіти є дві крайні точки: перигелій - точка максимального зближення з центром тяжіння (центр ядра) і афелій - точка максимального віддалення від центру тяжіння.

Для нас є неприйнятними орбіти, у яких відстань від точки перигелію до центру тяжіння буде менше або дорівнює радіусу поверхні ядра. Визначимо, при яких умовах це може відбутися і яка ймовірність втрати частинок в результаті їх падіння на ядро. Припустимо, частка оберталася до зіткнення з іншого часткою навколо ядра по круговій орбіті поз. 1 зі швидкістю VZ (див. Фіг.2). Після зіткнення, розглянута частіца.

ізменіт вектор швидкості на Vе1 або Vе2, а орбіта поз. 2 стане еліптичної досягає в перигелії поверхні ядра. Потрібно зауважити, що орбіти частинок зі швидкостями після зіткнення Vе1 або Vе2, збігаються, тому подальші міркування будемо пов'язувати зі швидкістю Vе1. За законом збереження моменту кількості руху:

Із аналізу останньої формули можна зробити висновок, що чим менше співвідношення r / R тим менше кут ?, а, отже, і втрати частинок через падіння їх на ядро. Отже, для зменшення втрат частинок необхідно, щоб радіус ядра був якомога менше. Але з іншого боку, щоб навколо ядра утримати найбільше число частинок, заряд ядра необхідно забезпечити найбільшим, оскільки сумарний заряд всіх утримуваних ядром частинок, не може перевищувати за величиною заряд самого ядра. Звідси випливає, що ядро ??повинно мати максимальну щільність заряду.

Чтоби при падінні частинок на ядро ??вони не губилися без користі, ядро ??можна покрити шаром матеріалу при попаданні, на який будуть вибиватися інші корисні заряджені частинки, які будуть брати участь у синтезі або просто відбудеться ядерна реакція.

Для того, щоб зменшити втрати від падіння частинок на ядро ??можна застосувати інший спосіб подачі частинок в камеру. Полягає він у тому, щоб спочатку подавати частинки одного виду. Збираючись на близьких орбітах і рухаючись в одному напрямку частинки за рахунок магнітних полів, що виникають завдяки їх руху, притягуються один, до одного утворюючи щільний Торообразная джгут. Потім починають подавати частинки в зворотному напрямку. Перевагою такого способу є те, що при «обстрілі» щільного джгута ймовірність непружного зіткнення частинок підвищується і зменшується ймовірність падіння частинок на ядро. Потім подаємо в камеру частинки, подані в перший раз, а потім подаємо частинки в зворотному напрямку і так далі.

Предложенная схема утримання високоенергетичних часток дозволяє керувати процесом реакції синтезу, як подачею частинок, так і за рахунок зміни заряду ядра (із зменшенням за величиною заряду ядра радіус орбіт частинок збільшується і, отже, змінюється їх концентрація і навпаки). Якщо величина заряду буде коливатися, то орбіти частинок почнуть також змінюватися, що призведе до перетину орбіт різноспрямованих частинок і таким чином збільшить ймовірність їх взаємного зіткнення. Крім того, еліптичні орбіти частинок через релятивістського зміни маси частинок в процесі їх русі по орбіті будуть прецессировать, тобто їх орбіти будуть повертатися убік обертання частинок. Цей ефект збільшує ймовірність перетину орбіт частіц.

Гарафутдінов А.А.

• Немецкая фирма по производству пленки для потолков Teqtum, представляет новых партнеров.
• USB-накопители и особенности их выбора
• Учебник русского языка 3 класс Бунеев Р.Н., Бунеева Е.В.
• Высшее образование для украинцев в Европе и Америке
• Бензопила Stihl - надежный помощник в загородном доме
• О компании Trade12 - отзывы привлекают новых клиентов
• Обзор Trade12 брокера
• Что сказать начальнику, чтобы он Вас возненавидел