Document Actions

Draft_TZ_MK.htm

by Ruslan Khalikov — last modified March 13, 2008 at 15:39

Draft 12.03.08 (Компиляция выполнена В.К.Семёновым)

Техническое ЗАДАНИЕ

на проведение МК расчета

возможности инерционного термоядерного синтеза на основе D-пучка, выведенного из линейного ускорителя И100 (или Бустера) и взаимодействующего с дейтериевой плазмой Z-пинчевого разряда.

Постановка задачи приведена в Предложении [ 1] и ТЗ [ 2,3,4 ] . В литературе термоядерный синтез (ТЯС) описан, например, в [ 5,6 ]. Обозримый Перечень организаций, работающих в рассматриваемой области, приведён в [ 7].

Список наиболее известных публикаций по рассматриваемой теме приведён

в [ 8] и обзоре [ 12].

Цель расчета.

Перед проведением экспериментальных работ надо убедиться в существовании возможности инерционного термоядерного синтеза на основе D-пучка, выведенного из линейного ускорителя И100 (или Бустера) и взаимодействующего с дейтериевой плазмой Z-пинчевого разряда.

Предполагаемый ход расчета на основе параметров, приведённых в ТЗ

[ 2,3,4 ].

Моделируются взаимодействия D-пучка на выходе И100 или на выходе Бустера с дейтериевой плазмой Z-пинчевого разряда (мишени) в собственном магнитном поле, величина которого, определяется разрядным током.

Исходные данные для проведения расчетов.

Параметры D-пучка на выходе И100:

Энергия ускоренных дейтронов – 33 МэВ

Ток И100 в импульсе – 12 мА

Длительность импульса – 1.7 мкс

Число дейтронов в импульсе И100 – 1.3x10¹¹ D/pulse

Параметры D-пучка на выходе Бустера:

Энергия ускоренных дейтронов – до 840 МэВ

Ток И100 в импульсе – 10 мА

Длительность импульса – 1.7 мкс

Число дейтронов в импульсе И100 – 1.0x10¹¹ D/pulse

Диаметр пучка И100 – 0.1 см

Возможные параметры Z-пинчевой мишени ИФВЭ:

Длина дейтериевой мишени* L₀= 5 см,

Начальный радиус мишени R = 7.5 см,

Начальное давление дейтерия P = 2.5 (50 кВ) – 10 атм. (100 кВ),

ГИН пробоя Vпр/I = 50 -100 кВ / 100 кА,

ГИН ионизации Vпр/I = 10 кВ / 1 МА,

Длительность импульса ионизации T = 100 мкс,

Энергия импульса ионизации

Etot = 1 Мдж,

Ожидаемая степень сжатия (при I/T = 1 МА / 100 мкс)

K=3,

Диаметр плазменного шнура (при I/T = 1 МА / 100 мкс)

D = 5 см,

Ожидаемая плотность плазмы (P=10 атм., I/T = 1 МА / 100 мкс):

ρ(пл) = 0.005 г/см³

Ожидаемая степень сжатия (при I/T = 50 МА / 2 мкс)

K=150,

Диаметр плазменного шнура (при I/T = 50 МА / 2 мкс)

D = 0.1 см,

Ожидаемая плотность плазмы (P=10 атм., I/T = 50 МА / 2 мкс):

ρ(пл) = 0.25 г/см³

*- Длина Z-пинчевой мишени L (2R/L ~ 1, где R – радиус мишени) определяется конструктивными особенностями мишени и уточняется МК-моделированием, исходя из эффективности использования D-пучка для разогрева дейтериевой плазмы в результате DD-взаимодействий (см. , в частности, [ 9 ]).

Первоначальные значения параметров для МК-моделирования.

Z-пинчевая мишень, вариант 0 (реализуемый на существующем оборудовании):

Начальное давление: P = 2.5 атм.

Пробойное напряжение: Vпр = 50 кВ.

Импульс сжатия: Vc / Ic / Tc = 10 кВ / 3 МА / 30 мкс.

Коэффициент сжатия: K = 10.

Длина Z-пинча после сжатия: l_z= 0.5, 1.0, 1.5 см.

Радиус Z-пинча после сжатия: r_z = 0.75, 1.5 см.

Плотность плазмы после сжатия: ρ = 0.004 г/см³.

Радиус D-пучка: r_b= 0.05, 0.1, 0.15 см.

Энергия D-пучка: E_b= 33, 100, 300 МэВ.

Число дейтронов в импульсе: I_b= 1.0x10¹¹ D/pulse.

Z-пинчевая мишень, вариант 1 (предполагающий модернизацию оборудования):

Начальное давление: P = 10 атм.

Пробойное напряжение: Vпр = 100 кВ.

Импульс сжатия: Vc / Ic / Tc = 10 кВ / 30 МА / 3 мкс.

Коэффициент сжатия: K = 100.

Длина Z-пинча после сжатия: l_z= 0.5, 1.0 см.

Радиус Z-пинча после сжатия: r_z = 0.05, 0.1 см.

Плотность плазмы после сжатия: ρ = 0.16 г/см³.

Радиус D-пучка: r_b= 0.05, 0.1 см.

Энергия D-пучка: E_b= 33, 100, 300 МэВ.

Число дейтронов в импульсе: I_b= 1.0x10¹¹ D/pulse.

Программный инструментарий.

Расчеты, по-видимому, могут быть проведены с использованием программы типа МАРС с привлечением результатов [ 10,11 ], полученных с помощью MCNP M-C code. Характеристики некоторых термоядерных реакций, приведены в Таблице.

Таблица

Некоторые наиболее предпочтительные реакции синтеза для обеспечения термоядерных двигателей энергией

(http://wiki.traditio.ru/index.php/ )

Термоядерная реакция	Энергия, МэВ	Энергия, ккал/кг	Плотность топл, г/см3	Эквивалент (H₂+O₂), тонн/кг	Температура синтеза, °К	Удельный импульс, сек
D + D = T + p	+ 4,0	~ 2,306•10¹⁰		~ 7 439 тонн	~ 10⁸
D + D = ³He + n	+ 3,25	~ 1,874•10¹⁰		~ 6 045 тонн	~ 10⁸
³He + D = ⁴He + p	+ 18,3	~ 8,442•10¹⁰		~ 27 232 тонн	~ 10⁸
D + T = ⁴He + n	+ 17,6	~ 8,112•10¹⁰		~ 26 167 тонн	~ 10⁸
p + ¹¹B = 3⁴He	+ 8,7	~ 1,672•10¹⁰		~ 5 394 тонн	~ 10⁹
p + ⁶Li = ⁴He + ³He	+ 4	~ 1,318•10¹⁰		~ 4 252 тонн	~ 10⁹
p + ⁹B = ⁴He + ⁶Li	+ 2,1	~ 0,484•10¹⁰		~ 1 562 тонн	~ 10⁹
p + ⁹Be = D + ⁷Li	+ 0,6	~ 0,154•10¹⁰		~ 497 тонн	~ 10⁹
D + ⁶Li = 2⁴He	+ 22,3	~ 6,43•10¹⁰		~ 20 742 тонн	~ 10⁹
D + ⁶Li = p + ⁷Li	+ 5	~ 1,441•10¹⁰		~ 4 648 тонн	~ 10⁹
D + ⁶Li = T + ⁵Li	+ 0,6	~ 0,173•10¹⁰		~ 558 тонн	~ 10⁹
p + ⁷Li = 2⁴He	+	~ 0,4•10¹⁰		~ 1 290 тонн	~ 10⁹

(Примечание: Энергия деления 1 кг ²³⁵U равна ~ 1,91•10¹⁰ ккал)

Исходные модели мишени.

1. Полубесконечная среда с плотностью разных вариантов Z-пинчей в их собственных цилиндрических магнитных полях.

2. То же, что в п.1, но для цилиндров с размерами разных вариантов Z-пинчей.

Результаты расчёта для указанных выше вариаций l_z, r_z, r_bи E_b.

1. Усреднённые пространственные (радиальные и продольные) распределения энерговыделения взаимодействий с учётом всех вторичных частиц. Причём энергия обрезания последних должна быть, по-видимому, < 10 КэВ (величины кулоновского барьера).

2. Если возможно, то перейти от распределений энерговыделения к распределению температурных полей с учётом теплопроводности среды.

3. Посчитать поток нейтронов из Z-мишеней, их угловые и энергетические распределения.

Ссылки.

[ 1 ] А.П. Мещанин, «Об одной возможности создания экспериментального макета сверхмощного источника термоядерной энергии (ИТЭ ИФВЭ) в ГНЦ ИФВЭ».

[ 2 ] С.А.Садовский, «ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ – I на проведение научно-исследовательской работы«Концептуальный проект стенда для изучения возможности создания установки инерционного термоядерного синтеза в ГНЦ ИФВЭ на основе D-пучка, выведенного из линейного ускорителя И100»

[ 3 ] А.П. Мещанин, «Технико-математическое задание на расчет термоядерного энерговыделения в Z-пинчевом твэле при его импульсном облучении дейтонами с энергией 17 МэВ/нуклон от И100 У-70 ИФВЭ в течение 900нс».

[ 4 ] С.А.Садовский, «ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ – II»

[ 5 ] http://nucleareactions.org/termsin.html

[ 6 ] http://www.ionization.ru/issue/iss72.htm

[ 7 ]Перечень организаций, работающих в рассматриваемой области.

[ 8 ] Список наиболее известных публикаций по рассматриваемой теме.

[ 9 ] В.К.Семёнов, «Оценка длины ядерного взаимодействия (λ) d-пучка высокой энергии с d-плазмой».