смесь состоит из 60 D и 40 Т. Плазма окружена бланкетом, воспроизводящим тритий.

2. Цикл D-D-T при ионной температуре 400 кэВ. Топливная смесь состоит из 88 ? D z 12 % Т. Тритий не воспроизводится

в бланкете, а образуется в результате BCD, Н)Т -реакции и снова вводится в плазму.

3. Цикл D-D-He при ионной температуре 400 кэВ. Топливная смесь состоит из 80 Г. D i 20 % Не .Не, образованный в результате реакции Не, используется повторно. Тритий, образованный в реакциях I)(D,H)T , накапливается.

Отработанная плазма ообирается либо путем вакуумной откачки, либо улавливается на пленку протекающей жидкости или на тверцое тело (ом.раздел Удаление отработанного топлива в

3.3). Гелиевая зола (смесь Не и Не ) может быть отделена несколькими способами, в том числе криогенной дистилляцией и диффузией через палладиевую мембрану. Не вполне ясно, какое количестве гелиевой золы является допустимым как примесь в повторно используемом топливе. Возможно, потребуется разделение изотопов, чтобы удалить Н из омеси D и Т или даже отделить Т от D (о помощью многокаокадной системы тонких палладиевых мембран или криогенной перегонки). Технологические проблеш, связанные о извлечением трития из отработанной плазш, предотавляютоя менее сложныш, чем проблеш извлечения воспроизведенного трития.

4.2. Инжекция топлива

И в токамаках, и в ЛМП скорость утечки термоядерного топлива в 10-20 раз выше окорсоти его сгорания в реакциях синтеза. Это делает необходимым процеоо его восстановления и повторного иопользования.

После счистки откачанной плазш от загрязнений и от геляЕ-евой золы необходимо отделить несгоревшие дейтерии и тритий, чтобы они могли быть соединены в нужных пропорциях о тритием, воспроизведенным в бланкете. Такое разделение наиболее просто осуществляется путем дистилляции при криогенных температурах. Точки кипения ,1>Н . НТ , DT и Tg различны.

Наиболее летучим является водород Hg - его точка кипения 20,39 К, наименее летучим - Т* ° точкой кипения 25,04 К. Приемлемей чистоты можно добиться, испшьзуя перегонные колонны примерно с 60 ступенями.

Заново составленная смесь трития и дейтерия должна быть вновь инжектирована в плазму. В экспериментах о водородной плазмой это делается следующим образом: струи газа направляют на поверхность плазш, которая поглощает его. В реакторе поглощение будет не столь эффективным: атош газа будут ионизоваться на расстоянии не более 10 см от поверхности плазш. При этом потребуется 10 или более систем подачи газа, каждая из которых состоит из сопла и быстродействующего клапана. Какдея такая система будет подавать струи газа в течение 50-100 мс.

Другой метод заключается в высокоскоростной инкекции замороженных таблеток топлива ( Pef£ets ). Кавдая таблетка, приготовленная при температуре ниже точек замерзания дейтерия (18,73 К) и трития (20,62 К), выстреливается в плазму. Диаметр

ко некоторые оиотеш требуют дополнительных разработок и экопе-риментальной проверки. Кроме того, требуются дополнительные экспериментальные данные по:

1) проницаемости при наличии и отсутствии барьеров для диффузии при ниэких парциальных давлениях трития (10° Тор и ниже);

2) коэффициентам диффузии трития в предлагаешх воспроизводящих материалах и теплоносителях при малых концентрациях;

3) равновесию систем тритий-литий и тритий-металлы в широком температурном диапазлне.

Извлечение тштия из отработанной плазш. Хотя воспроизводство трития и не является необходимым для топливных циклов, базирующихся на дейвдрии, тем не менее наличие трития в системе отработанной плазш предъявляет к этим топливным циклам такие же требования в отношении извлечения трития, как и топливный цикл D-T Ll . В табл.4.2 сравниваются относительные количеотва трития (отнесенные к выходной электрической мощнооти), попадающего в CHQiBMy отработанной плазш реактора на основе ЛМП, в котором иопользуетоя один из трех топливных циклов:

Таблица 4.2

Чсидк и Не

твердого топлиКа

V=2u,

Рис.4.4

Твердое топливо выталкивается в один из открытых концов 11 образной трубки и при этом разрезается на таблетки. Вращение пластины ускоряет эти таблетки так, что они выходят из трубки с большой скоростью. Это устройство обеспечивает ускорение таО-леток до скорости 0,29 кы/с и инжектирование с частотой 150 таО-леток в секунду.

Инжекция таблеток топлива может быть осуществлена с помощью системы типа пневматического ружья, изображенной на рис.4.5. В этом инжекторе струя газообразного термоядерного топлива замораживается жидким гелием таким образом, что цилиндр твердого топлива попадает в отверстие, просверленное в диске (а). Диск, в котором просверлены отверстия, помещен в медный кожух, также охлаждаемый жидким гелием. Газообразное топливо застывает в каждом отверстии, а диск вращается таким образом, чтобы цилиндрик оказался на одной линии с быстродействующим клапаном, расположенным на конце ствола ружья (б). Клапан открывается и пропускает поток газообразного гелия под давлением 30 атм, который уносит цилиндрик топлива. Таблетки диаметром I мм ускоряются

Рис.4.5

кавдой таблетки от 2 до 4 ш и она будет содержать от 10 до 15 it полного числа атомов горшего в плазме в любой момент времени. Таблетки будут уокоряться до скоростей около 2 км/с и затем инжектироваться с частотой примерно 20 таблеток в секунду.

Для инжекции может быть использован центробежный инжектор, представляющий собой пластину, вращающуюся с большой скоростью, на которой установлены две U -образные трубки (рис.4.4).

- 84 -

до оксростей I ки/с. Характеристики этой системн ыогут ть уяучшеян, если использовать водород и длинноствольные ружья.

4.3. Тесыогидродинамика

Применение жидких металлов в качестве теплоносителей и выделение внергии на первой стенке создают ряд опецифических терио-шдродинамических проблем. Рассмотрим их нике.

Жидкшеталличеокие теплоносители. Их применение в бланкете систем с влектромагнитным удержанием ставит ряд вопросов, связанных с магнитогадродинамичеокими (МГД) аффектами взаимодействия сильных магнитных полей с потоком жидких металлов. Б реакторах на основе ЛМП или токамака эти МГД-зффекты приводят к:

1) потерям давления, влекущим за собой увеличение мощности насосов и рост растягивающих напрякений в коаструкгщях охлаждающих каналов;

2) подавлению турбулентности теплоносителя, которое ведет

к уменьшению аффективнооти теплопередачи теплоносителя и к увеличению температура стенок канала, необходимой для нагрева всей жидкости до нужной температур.

Прближенная формула для МГД-потерь давления пр использовании данного жидкого металла юлеет вид

Д р = const

(4.5)

где Д р - падение давления; L - эффективная длина пути потока теплоносителя переадикуляро магнитному полю, росчитанная по максимальному магнитному полю E>fri - эффективная электрпрводность стенок охлаждающих каналов; Р^ - тепловая нагрузка стенок рактор (тепловой выход, отнесенный к площади первой стенки); О, - радиус охлаждающего канала; дТ - полное увеличение темпертур всей массы теплоносителя.

Отношение мощности насосов теплоносителя Рр мощности рактор Р^ можно вырзить формулой

= const. 11 .

1Яе гДро./± - рстягивающее напряжение в теле охлавдащего канала.

Форулы (4.5)-(4.6) показывают, что МГД-пстер давления в связанные с ними эффекты сильно зависят от типа конструкции.

к тепловой

(4.6)

Рассмотрим рзличные конструкщонные возможности снижения потерь.

1. Существенное снижение &ф|[)ективной электропроводности стенок охлаждающих каналов сильно уменьшит МГД-пстер давления. Для этого на стенки охлаждающих каналов можно нанести высо-коомное покртие. Покрытие с удельным поверхностным сопротивлением, как у полупроводников (Ю'-Ю * Ом-см), уменьшит МГД-поте-р давления прблизительно на два порядка. Эти покртия должны противостоять коррозии под действием жидкого металла пр наличии интенсивной радиации.

2. Потер давления можно снизить, сводя к минимуму эффективную длину, проходимую потоком теплоносителя перпендикулярно магнитному полю, L . В ракгорх, охлаждаемых Li , пр типичных значениях тепловой нагрузки стенок и максимального магнитного поля (1-5 МВт/м и 8-16 Тл соответственно) максимально допустшлый спад давления спрделяетоя огрничениями по ползучести металла,

а не трбованиями, предъявляемыми к мощности насосов.

Например, еоли допустимое рбочее напряжение рвно половине напркения, вызывающего ползучесть 0,2 % за 100000 часов, то для предетавляЕЩих пнтеро конструкционных матералов рабочее напр-кение будет сгрничено величиной 700-1050 кг/см. Для энергетического рактор с тепловой нагрузкой стенок 4 1ЛВт/м^ и максимальным магнитным полем 12 Тл МГД-перпад давления, соответствующий напркению 1050 кг/см, составляет 28 кг/см и затрты на прокачку рвны примерно 0,5 % теплового выхода.

3. ;.1ГД-пот8р давления могут быть сильно снииены пр применении особых конструкций охлаждения бланкета. Одна из таких конструкций состоит из литиевого конутр в бланкете рактор-тока-мака и контур с кипящтл калием для отвода тепла из бланкета по-перк сотовых лини магнитного поля. Отличительной особенностью этой конструкции являются большие располскенные вдоль магнитного поля каналы, по которм с небольшой скоростью течет поток лития. В конце каналов имеются 17 -обрзные изгибы. Эти изгибы слукат электромагнитными насосами постоянного тока, которе обеспечивают циркуляцию лития, когда он протекает черз U образные изгибы поперек магнитного поля. ]ля снижения потерь на кревые токк в области такого насоса используются электрически изолированные перегордки, состоящие из двух ниобиевых пластин, рзделенных промежуточным слоем окиси алшиния. Калий вводится в бланкет в жидкой фазе, а выводится в виде пар, благода-р чеглу обеспечиваются низкие скорости потока яидкости. МГД-по-