Главная Реакции синтеза в ядерной энергетике 1 2 3 4 5 6 [ 7 ] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Qt = (3.4) Можно предотавить полный коэффвщент усиления в виде двух ссшо-кителей, один из которых определяется свойствами плазмы ( Qp коэффициент усиления плазмы), а другой - конструкцией бланкета (М - коэффшщент усиления бланкета) Q = Qp-M. (3.5) Коэффициент усиления плазмы Qp завидит от схемы удержания и топливного цикла оинтеза, но не зависит от конотрукции бланкета. Коэффициент М учитывает энергию, выделявзщуюся в бланкете при эк-зотерыичеоких реакциях, вызываемых нейтронами. Он по определению равен (3.6) где - полное ядерное энерговнделение на один акт оинтеза (включая энергию, выделяющуюся в бланкете). Ее - ядерное энерговнделение на один акт оинтеза (17,6 МаВ для реакции J) + Т ). При оценке технических следствий баланса мощностей мы будем иоходитв из следующих параметров: = / Pj. - полного КПД реактора, (3.7) S - условного показателя систем преобразования и накопления анергии (ПЭ), который равен отношению требуемых мощностей зтих систем к полезной выходной электрической мощности реактора. Полный КПД реактора Г| и условные показатели систем ПЭ зависят от эффективности преобразования энергии и параметров Qp, ОС иМ. Для дальнейшего раоомятрения характерных особенностей каждой из схем реакторов и определения общей основы для их сравнения необходимо сделать следующие допущения: I. КЦЦ теплового преобразования очитаетоя постоянной величиной и равен 40 %, вое остальные КПД систем ПЭ считаются переменными величинами. Они будут оценены и будет выбран возможный рабочий диапазон их значений. Схема потоков энергии в модели ЛШ приведена на рио.3,5. Характерными системами ПЭ для такого реактора являются инжектор нейтрального пучка и система прямого преобразования. Иэ этой схемы следует: I. Энергия нейтрального пучка инжектируемого в плазму, полностью поступает в систему прямого преобразования. При этом мы пренебрегаем небольшой частью (примерно I %) энергии инжектируемого цучка, которая поступает на внутренние стенки реактора в результате процеооов перезарядки в плазме. 2. Энергия, потерянная в системе прямого преобразования (КЦЦ d )г частично возвращается тепловым преобразователем (КПД ). В результате эффективный КПД dto , учитываю- щий возвращение чаоти энергии, поступающей в систему прямого преобразования, равен Из рис.3.5 и выражения (3.8) следует Рг. = с Рт)7с£,; --Т 7t - X (3.9) где g - энергетический КПД системы инжекции нейтрального пучка. Из соотношений (3.4), (3.7) и (3.9) получаем полный КЦЦ реактора: 2, Ищ анализе каждого типа реактора коэффициент усиления плазмы Q р и доля непосредственно преобразуемой энергии считаются заданными. Значения Qp и 0 следуют из оптшлаль-ных характеристик плазмы. 3, Коэффициент усиления бланкета М считается поотоянной величиной, равной 1,2. Это значение типично для современных конструкций Сяанкегов, основанных на цикле Ii ~T~Ll. 4, При анализе не учитываются вспомогательные затраты энергии (затраты на охлаждение бланкета, вакуумную откачку, криогенное охлаждение), так как считается, что они составляют примерно одинаковую долю ( около 5 %) от полной выходной электрической мощности в любой схеме реактора. Реактор на основе довушки о магнитными пробками полным коаЗМшиентоы уоиленм и равным отношешш полной моцности ядерного анерговыделения к подводимой мощнооти 1 = 6/ ),; (3.10) Инукектор нейтрально to пучка Т. Я. устанобка ТепАоЕоц преобразователь flpAMOU Прео5разо-Батель Рио.3.5 1Яв полный коаффициент усиления Q у равен QT. = Rr/Pg. (з.ц) На рис.3.6 приведена зависимость полного КПД реактора ст КЦЦ инжектора нейтрального пучка и КПД системы прямого преобразования cteff Р^ эгмл мы принимаем, что Q- = 1,44 (т.к. в выражении (3.5) Qp = 1,2 и М =1,2); об = 0,17 (т.к. мы считаем, что воя энергая ОС -частиц поступает в систему прямого преобразования и М I,2)j 10 4. = 0.4. Sg системы инжекции нейтрального Условный показатель пучка равен 58=Р*/Рп=7т (3.12) На рис.3.7 приведены зави-оимсоти Sg и допустимой стоимости инжектора (при Qt ° =. 0,17; >.t ° О' При этом мы предполагаем, что для системы инжекции допустимы удельные капитальные затраты, ревные 100 долларам США на I кВт полезной выходной влектри-чеокой мощности (для системы прямого преобразования ны примем эквивалентные допустимые затраты). Тогда допустимая стоимость инжекторной системы в долларах на денного в плазму, равна Cg = lOo/Sg. (3.13) Эту формулу нужно рассматривать как оценку порядка величины затрат. Условный показатель 5 системы прямого преобразования равен 0,90 0,95 Рис.3.6 I кВт мощности пучка, (3.14) Если принять, что при создании системы прямсго преобразования допустимы удельные капитальные затраты в размере 100 долларов на I кВт шходной электрической Рис.3.7 мощности, то допустимая удельная стоимость системы прямого преобразования в долларах на I кВт мощности, поотупаодей в эту систему, составит 0,90 0 95 0Л5 0,80 0,85 0,90 0,95 Рио.3.8. Раосмотрим теперь КПД системы прямого преобразования энергии и системы инжекщи нейтрального пучка. Система прямого преобразования. В схеме элекгроогагического прямого преобразования энергии частиц, ушедших из Jlid, выполняются четыре операции: 1. Плазма поступает в магнитный расширитель, при этом одновременно уменьшается плотность плазмы и происходит преобразование вращательного движения частиц в поступательное. 2. Электроны отделяются от ионов. 3. Ионы эамедляются электрическим полем и разделяются на группы по энергиям. 4. Медленные ионы собираются на выссковольтннх электродах, образуя постоянный ток высокого напряжения, которой нетрудно использовать. Для разделения по энергиям можно использовать: а) Периодическую электростатическую фокусировку, задающую <с< = lOO/Sj. . (3.15) На 1ИС.3.8 пр1ведвны зашсимосга величин и С j от параметров rg и ta. траектории движения быстрых частиц при их замеддевли. б) Зависимость прохождения чаотиц через ленточные овтюв, напоминающие жалюзи, от угла ме1(ду направлением скорости чаоташ и вектором электрического поля. КПД первой из этих схем пр больших энергиях ионов (больше 700 кэВ) и низких уровнях мощности доходит до 90 %. Однако при малых энергиях (коэффициент усиления плазмы Q р имеет максимальное значение в области энергий 100-200 кэВ) и при больших мощностях, которые будут развиваться, КЦЦ падает до 60-70 %, Таким образом, КЦЦ реально используемых систем прямого преобразования может быть ограничен значением 50-70 %. При е ш iO % полный КЦЦ cle преобразования может не превышать 70-80 %, Инжектор нейтрального пучка.Наиболее перспективной являетоя схема, основанная на ускорении и нейтрализации отрииательныж ионов. Эта схема содержит четыре ступени: I. Положительные ионы ( D * шш Т'* ) уокоршотся. а. Затем эти ионы проходят через камеру с паром щелочного металла, где около 20 % падающего пучка положигельннх ионов преобразуется в отрицательные ионы ( J) шш Т~ ). 3. Отрицательные ионы ускоряются до требуемой энергии инжекции с принятым КПД системы ускорения 7 А Э2 %. 4. Пучок уокоранных отрицательных ионов проходит череэ камеру нейтрализации, причем КЦЦ системы нейтрализации составляет примерно 70 %, если камера нейтрализации гаэовая, и примерно 90 %, если камера шшзменвая. В этой схеме используется прямое преобразование для частичного возврата энергии заряженной части пучка и тепловое преобразование для частичного возврата потерь анергии на кавдой ступени процесса. Пр использовании схемы инжекции, основанной на ускорении и нейтрализации положительных ионов. КЦЦ нейтрализации будет составлять примерно 30 в интересующем нас диапазоне энергий. С учетом использования пряглого и теплового преобрзователей результирующий КЦЦ инжектор будет примерно 80 %, Таким обрзом, ускорние и нейтрлизация отрицательных ионов обеспечиБает более высокое значение энергетического КЦЦ. Причем КЦЦ инжектор нейтрльного пучка не првыоиг 85-90 %. Увеличения КПД можно добиться, увеличивая значения 1 и . В настоящее время проводятся исследования о целью повыше- |
© 2007 EPM-IBF.RU
Копирование материалов разрешено в случае наличия письменного разрешения |