инзЦектор HCuTpaAbHo-j

го пучка

Система накопление U переда Ни энергии импульсного пола

Рис.3.9

Полезная выходная электрическая мощность, усредненная за цикл, определяется временем niJuia t.

Рп = /c (3.16)

в сссгвагствии с рис.3.9, полезную выходную электрическую мощность мокно выразить следующим образом

Ш1Я эффектевности нейтрализации и ускорения, В частности, метод фотонайтрализации, основанный на фютоотделении электронов при взаимодействии пучка отрицательных ионов с лазерным лучом, позволяет (пока в лабораторных условиях) повысить еффективность нейтрализации до 95 ?5,

Проведенный анализ баланса мощностей позволяет сделать некоторые практические выводы об использовании ilM как источника электроэнергии. В качестве иллюстрации рассмотрю,! показатели баланса мощностей пр dg = 0,8 и g = О'-

1. Плный КПД реактора = 25 %, что составляет примерно 60 % от принятой нами величины КЦЦ теплового преобразования

Ц.. 40 Отношение /tlj. слабо зависит от величины ,

2. Требуемая мощность нейтрального пучка Pg примерно в 2,8 раза больше полезной выходной электрической мощности

Таким образом, данный реактор вырабатывает сколе 175 Шт электрической мощности и требует 490 Шт в виде мощности инкектированно-го в плазму пучка.

3. Система прямого преобразования доляна преобразовывать мощность, примерно в 3,5 раза превосходящую полезную выходную электрическую мощность.

Таким образом, возмокности йШ как источника электроэнергии невелики, другими словами, даже в случае относительно отшшальных КПД системы прямого преобразования и инкектсра нейтрального пучка полный КЦЦ реактора низок по сравнению с КПД теплового преобразования.

Существует несколько вариантов улучшения характеристик ЛШ за счет оптимизашш бланкетсв по коэффициенту усиления энергии, использования других топливных циклов и замкнутых магнитных ловушек:

1. Коэффициент усиления бланкета М мскет быть значительно увеличен введением в него делящегося материала. В частности, при использовании подкритичнсго бланкета с ураном коэфрицкент успения бланкета мскет быть доведен до 30. При этил требования к сио-теман инкекции и прямого преобразования будут существенно ослаблены. Например, при М =30 можно обойтись без системы прямого преобразования (вся энергия будет поступать в тепловой преобразователь с КПД в 40 :S) и при использовании инжектора с

КПД 70 % полный КОД реактора может достичь 37 %.

2. Коэффициент пряглого преобразования оС может быть значительно увеличен выбором таких топливных циклов, в которых большая часть освобовдающейоя термоядерной энергии передается заряженным частрщаы. Однако расчеты показывают, что значение коэффициен-

та усиления плазмы Qp , которое может быть получено при других топливных циклах, будет существенно ниже, чем в цикле J>-T-Ll. Например, в интервале температур, представляющих интерес для ЛМП (100-1000 кэВ), значения Qp для цикла D-D - Не примерно в 5 раз меньше значения для цикла D-T-Ll . Таким образом, другие топливные циклы могут фактически ужесточить требования к балансу мощностей по сравнению с циклом D~T-LL.

3. Низкий коэффициент усиления плазмы, присущий открытым ЛШ, может быть увеличен на порядок в тороидальной замкнутей системе ЛШ.

Реактоснтокамак (FT)

Схема потоков энергии в течение одного цикла работы реактсра-тскамакв поквзвва на рис,3.9.

(3,18)

где Pg - мощность нейтрального пучка, - время работы

инжектора нейтрального пучка (мы будем анализировать модель РТ с Р^ = 15 МВт и =11 с).

Полный КЦД реактора 4 = W/W-j. может быть представлен в следующем виде:

где C-j. = WT-/CWg+Wpp) - полный коэффициент (3.20)

усиления,

RgWg/W, (3.21)

PF= Wpp/W.. (3.22)

Для модели РТ с коэффициентом усиления бланкета М =1,2 эти параметры принимают следующие значения: Q- = 4S0; Rg = 5,6.10-6; Rpp . 2.04-10-3.

Подставляя эти величины в (3.19), получаем, что :г npi любых разулшкх предположениях относктельно КПД инжектора нейтрального пучка и характеристик системы накопления и передачи

энергии импульсного поля.

Перечислим некоторые из этих предположений.

1. Если в инжекторе нейтрального пучка для возвращения теряемой энергии не используется ни прямое, ни тепловое преобразования, то КЦЦ инжектора 1 будет составлять 60-80 %.

2. Возможен индуктивный возврат приблизительно 80 % энергии импульсного поля, т.е. представляется возможным получить m - =1 0,8,

3. По-видимому, возможен КПД передачи энергии импульсного

поля > - 90

Относительно большой полный КПД данной модели РТ является следствием большого коэффициента усиления плазмы в этой модели Qp=Q vi 410, Для достижения больших усилений энергии в гокама-ках важны два условия: небольшие энергетические расходы на подачу топлива и большие времена протекания реакции (горения), которые могут быть получены за счет удаления примесей. В данной модели реактора не учитываются энергетические расходы на подачу топлива и считается,что при удалении примесей может быть достигнуто время горения примерно 90 мин.

Рассмотрим теперь, к чему приводит учет энергетических расходов на подачу тошшва и ограничение времени горения.

Энергетические затраты по подачу тошшва. Предположим, что расход энергии на подачу топлива много больше, чем затраты энергии на создание импульсного поля. Полокшл, что топливо подается системой инжекции нейтрального пучка. Тогда R g R рр и

Полный КЦЦ реактора прк этом

Г11(1/Яг)+Цг1±~С^/<тЧв)- (3.23)

Так как считается, что мощность нейтрального пучка потреб-

ляется в течение всего времени горения плазмы, то полный коэффипиент усиления может быть записан как

QP/Pg, (3.24)

где Р. - полное ядерное энерговыделение, равное

(3.25)

где t-g - время горения.

На рис,3,10 приведена зависимость от отношения -/g при = 0,7 и = 0.4. Из рисунка следует, что для

(Wg/ti) +Wp+ <-?TWpp J + mU;, (3.17)

где Wg - внергия, поотавляеыая системой инжекции нейтрального пучка о 1ЩЦ g ;

- полное ядерное энерговыделение; Wpp ~ бнергия, поставляемая системой накопления и передачи импульсного поля;

Уп - часть энергии импульсного поля , возвра-

щаемая индуктивным способом в систему накопления и передачи энергии во время фазы выключения (реверсирования) аксиального тока;

IY - КЦЦ системы накопления и передачи энергии, питающей импульсное поле.

Энергия , поставляемая инжектором нейтрального пучка,

может быть записана как

Рио.З.Ю

приешемого КПД реактора необходимо, чтобы расход энергии

на подачу топлива на превышал примерно 10 % полного ядерного анерговыделения.

Ограничение времени горения. Воли пренебречь расходом внергии на подачу топлива, го R рр и рр* I/x

Полный КПД реактора приблизительно равен

Полный коэффициент усиления мокно выразить через время горения

следующим образом ,

(3.27)

=. 490( /5400),

где tg - вре1дя горения в секундах. Отношение

(3.28)

называется коэ^хЬициентом нагрузки. t - время остановки за цикл. Для данной модели РТ это вреш составляет 400 о.

На рис.3.II приведены зависимости 1 и от t при

0,9; m = 0,8 и ri

0,4. Мокно сделать вывод.

что по-вадюоыу, приемлемый КПД реактора мокзт быть получен дане

о таким коротким временем горения, как 40 о. Однако при этом коэффициент нагрузки чрезвычайно низок, что экономически неприемлемо. Поэтому малое время горения в модели РТ потребует и времени остановки значительно

меньше 400 о, Рио.З.Н

т.е. времени, принятого в данной модели РТ. Например, для того чтобы работа с временем горения около 40 о была экономически выгодна, необходимо, чтобы время остановки не превышало примерно 10 о. Это означает, что время нарастания (и спада) аксиального (продольного) тока долено быть порядка нескольких секунд (а не 100 о, как предполагалось в нашей модели РТ).

Из вышеприведенных соображениЕ следует, что потенциальные возмокности РТ как генератора энергии относительно велики. Полный КПД реактора близок к КПД теплового преобразования, и эконош-чеокие ограничения для систем преобразования и накопления энергии (мощнооти) не чрезмерно жестки. Менее благоприятные рабочие характеристики получаются в том случае, когда затраты энериш на подачу топлива значительны и (или) когда доогиюшое время горения в основном ограничено накоплением приьюсей. Таким образом, возмокность подачи топлива с малым расходом энергии и эсфектив-носгь методов удаления примесей являются главными условиями киз-неопоообносги схемы РТ.

Введение делящегося материала в бланкет ослабит аконсмичео-кие ограничения, налагаемые на систему импульсного поля. Однако, по-видимому, роль такого бланкета в балансе энергии РТ менее существенна, чем для ЛМП. Поокольку у токамаков мокно получить высокие значения Qp , использование других топливных циклов сулит некоторый выигрыш полного КПД, Однако присущее схеме токамака малое значение р , а такке относительно низкие плотности мощности термоядерной реакции других топливных циклов могут призес-