Устройство атомного реактора прямого преобразования радиационной энергии в электрическую

Полезная модель относится к ядерной энергетике и может использоваться для получения электрической энергии из электромагнитного излучения радиоактивных элементов. Полезная модель представляет собой атомный реактор состоящий из верхней и нижней части. Внутренняя зона верхней части реактора, является полой и активной, выполнена в виде емкости из легированной стали, в которой расположены стоящие вертикально: радиоактивные элементы и графитный регулирующий стержень. На радиоактивные элементы, нанизаны индукционные катушки, обмотанные по спирали изолированными алюминиевыми проводами. От каждой индукционной катушки, к стене реактора отходят по два изолированных алюминиевых провода (положительный и отрицательный), соединенные со специальными электрическими изоляторами, которые снаружи соединяются с проводником первичной обмотки. По торцам радиоактивных элементов на небольшом расстоянии находятся пластина «анод» и пластина «катод», которые и являются основным «преобразователем» заряженных частиц в электрический ток. Пластины «анод» и «катод» прикреплены к реактору через изолятор с наружными токосъемниками. Снаружи реактор выполнен из стальных пластин плотно прилегающих друг к другу. Верхняя наружная часть обмотана проводником первичной обмотки, а нижняя часть реактора обмотана проводником вторичной обмотки.

Полезная модель относится к ядерной энергетике и может использоваться для получения электрической энергии из электромагнитного излучения радиоактивных элементов.

Известно устройство для получения электроэнергии из внутриатомной за счет радиоактивного альфа- или бета-распада RU 2113739 МПК G21H 1/00, G21H 1/02, состоящее из двух замкнутых металлических оболочек (эмиттера и коллектора). На эмиттере нанесен тонкий слой радиоактивного металла. Между эмиттером и коллектором в вакууме расположена металлическая сетка. Сетка присоединена к высоковольтной обмотке повышающего трансформатора, питаемого от промышленной электросети, а эмиттер и коллектор присоединены к первичной обмотке второго понижающего трансформатора, вторичная обмотка которого присоединена к потребителям электроэнергии. Радиоактивные альфа- или бета-частицы вылетают с поверхности эмиттера и летят к коллектору, и между эмиттером и коллектором возникает постоянный ток высокого напряжения, который переменное напряжение на сетке преобразует через трансформатор в переменный ток промышленного напряжения и частоты. Этот ток направляют автономным потребителям электроэнергии или в общую электросеть.

Известно устройство преобразования энергии WO 2012044879 МПК G21H 1/00; G21H 1/12, устройство преобразования энергии содержит ядерную батарею, источник света, присоединенный к ядерной батареи и выполненный с возможностью получать электрическую энергию от атомной батареи и излучают электромагнитную энергию, и фотоэлемент, выполненный с возможностью приема излучаемой электромагнитной энергии и преобразование получил электромагнитную энергию в электрическую энергию.

Также известен патент RU 2145129 МПК G21H 1/00, сущность изобретения: в центре герметичного вакуумированного кожуха расположена плита, выполненная из композитного материала, содержащего отработанное ядерное топливо. По обеим сторонам пластины параллельно ей установлены металлические экраны. Перед экранами под углом к их поверхности установлены жалюзи в виде конденсаторных пластин, находящихся под напряжением. Электроны, выходящие из плиты, проходят между пластинами жалюзи и создают электрический заряд на поверхности экранов. Электрический заряд с помощью токосъемников через переключатель фаз передается на первичную обмотку трансформатора, на вторичной обмотке которого индуцируется выходной ток.

Недостатками данных аналогов являются низкий уровень коэффициента полезного действия (КПД), короткий срок эксплуатации.

Ближайшим аналогом является метод и устройство для прямого преобразования радиационной энергии в электрическую WO 2012083392 МПК G21H 1/00, устройство представляет собой объемную систему из линейно упорядоченных плоских электрических емкостей, названой преобразователь. В междуэлектродном пространстве расположен сменяемый, наноразмерный, кластерный, с композитным строением порошкообразный материал, обладающий изоляционным и ферромагнитным свойствами и выполняющий функцию дискретного изолятора. Таким образом, преобразователь поставлен в защитный кожух, имеющий боковые, расположенные друг напротив друга отверстия, подвергается комбинированному, управляемому и проникающему в его объем воздействию радиационного излучения -, - и - лучей и магнитному полю.

Недостатком изобретения является низкий уровень КПД, узконаправленность применения и использование только как батарею - аккумулятор.

Задачей стоящей перед автором является увеличение КПД, уменьшение габаритных размеров атомного реактора.

Задача решается благодаря:

- использованию катушки индукции с изолированным алюминиевым проводом, в качестве преобразователя потока заряженных частиц в электрический ток;

- воздействию магнитного поля с первичного контура обмотки наружной стороны реактора, на радиоактивный элемент и катушки индукции внутри реактора, в результате чего мы получаем магнитное поле направленного действия;

- установке и использованию анодной и катодной пластины для получения электрического тока из направленного потока заряженных частиц;

- использованию вторичного контура обмотки в качестве преобразователя электрического тока;

- упразднению парогенерирующего оборудования;

Сущностью полезной модели является возможность преобразования энергии, от излучения радиоактивных элементов, в электрический ток, благодаря воздействию внешнего магнитного поля на радиоактивный элемент и использованию катушки индукции, а также анодной и катодной пластины, находящихся внутри атомного реактора, в качестве преобразователя получаемых заряженных частиц от магнитного поля, в электрический ток.

На Фиг. 1 показан внешнее строение атомного реактора. На Фиг. 2 показано внутреннее строение атомного реактора.

Реактор делится на две части:

1. Верхняя часть атомного реактора снаружи выполнена в виде вертикальных стальных пластин 10 плотно прилегающих друг к другу, а внутренняя зона является полой и активной, выполнена в виде емкости из легированной стали, в ней расположены стоящие вертикально: радиоактивные элементы 1 и графитный регулирующий стержень 2. На радиоактивные элементы 1, нанизаны индукционные катушки 3 обмотанные по спирали изолированными алюминиевыми проводами 4. От каждой индукционной катушки 3, к стене реактора отходят по два изолированных алюминиевых провода 4 (положительный и отрицательный), соединенные со специальными электрическими изоляторами, которые снаружи соединяются с проводником первичной обмотки 5. По торцам радиоактивных элементов 1 на небольшом расстоянии находятся пластина «анод» 6 и пластина «катод» 7, которые и являются основным: «преобразователем» заряженных частиц в электрический ток. Пластины «анод» 6 и «катод» 7 прикреплены к реактору через изолятор с наружными токосъемниками 8. Наружная сторона верхней части реактора по спирали, вокруг всей поверхности обмотана проводником первичной обмотки 5.

2. Нижняя часть реактора состоит только из вертикальных стальных пластин 10 плотно прилегающих друг к другу. Наружная сторона нижней части реактора по спирали, вокруг всей поверхности обмотана проводником вторичной обмотки 9.

В нашем случае под радиоактивным элементом 1 рассматривались тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), аналогичные находящимся на атомных подводных лодках. Как правило, в них загружают обогащенную двуокись урана 235, 233 или плутония 239. Когда «ТВЭЛы» отрабатывают свой срок службы в активной зоне реактора, их убирают в «расхолаживающий» бассейн, но и после отработки своего срока службы радиоактивность «ТВЭЛов» достаточно велика и есть примеры их использования в малых энергетических установках, в отдаленных поселках, городах, в виде получения горячей воды для отопления и электроэнергии. Можно сделать вывод, что есть потенциал получения радиоизлучения от отработанных «ТВЭЛов», в течении нескольких лет, что применимо в нашей полезной модели.

Зная формулу распада 235U92231Th90+d(4He2) - это реакция альфа-распада. В результате распада ядра урана образуется ядро тория и альфа частицы (ядра гелия). При - распаде из ядра вылетает электрон и антинейтрон, при этом протон превращается в нейтрон. Гамма излучение - представляет собой электромагнитное излучение с большой частотой, обладающей большой энергией. Излишняя энергия может быть сброшена путем испускания одного или нескольких гамма квантов, это и называется гамма излучение.

Воздействие магнитного излучения от радиоактивных элементов 1 на индукционные катушки 3 внутри реактора возбуждает в катушках поток заряженных частиц направленного действия еще называемым ЭДС (электродвижущей силой). В нашем случае мы внутри реактора используем индукционные катушки 3 для получения электрического тока от воздействия магнитного поля радиоактивного элемента 1.

Внутренняя индукционная катушка 3, в реакторе, соединена с наружной, проводником первичной обмотки 5, через изоляторы. Электрический ток, индуцированный с внутриреакторной индукционной катушки 3, «течет» на проводник первичной обмотки 5 наружной стороны реактора. Происходит «замыкание» в первичной обмотке 5 (это как обычную катушку индукции подсоединить к источнику питания), произойдет аналогичное «замыкание» и катушка будет создавать вокруг и внутри себя магнитное поле. В нашей полезной модели описываем данный момент. Магнитное поле созданное первичным контуром наводит вихревые потоки и внутри реактора. Вектора индукции пронизывают реактор изнутри вертикально на их пути находятсяпластины «анод» 6 и «катод» 7, вверху и внизу. В результате атомного деления реактора образуются заряженные частицы электроны, ионы, протоны и нейтроны, но для нашего случая важно, что электроны и ионы могут иметь направление согласно магнитным вихревым потокам, т.е. вертикально, где и находятся наши пластины «анод» 6 и «катод» 7. Это заряженные частицы движутся на пластины «анод» 6 и «катод» 7, а не электрический ток. После пластин «анода» 6 и «катода» 7, упорядоченное движение заряженных частиц, т.е. электрический ток, поступает через трансформаторные станции к потребителю.

Атомный реактор работает следующим образом:

Возрастающее радиационное излучение от радиоактивного элемента 1, воздействует на индукционные катушки 3, в результате чего создает поток заряженных частиц (являющийся электрическим током) в индукционных катушках 3. Электрический ток по изолированным алюминиевым проводам 4, обмотанным вокруг индуктивных катушек 3, передается на проводник первичной обмотки контура 5 с внешней стороны реактора. Проходя по первичной обмотке контура 5, ток создает возрастающее магнитное поле, которое усиливается наружными стальными пластинами 10. Магнитное поле с внешней стороны реактора воздействует на его внутреннюю часть, также усиливается за счет заряженных частиц, ударяющихся о внутренние стенки атомного реактора. В следствии этого, хаотичный поток радиоактивных заряженных частиц становится направленным «векторам» магнитного поля, под его же воздействием. По торцам радиоактивного элемента находится пластина «анод» 6 и Пластина «катод» 7, на которые и направлены полюса магнитного поля, позволяющие получать положительный заряд на пластину «анод» 6 и отрицательный на пластину «катод» 7. И после этого, через выведенный наружу токосъемник 8, получаемый электрический ток идет потребителю. Вторичная обмотка контура 9, является дополнительным преобразователем электрического тока, в следствии мощного электромагнитного излучения от радиоактивного элемента 1.

Под возрастающим радиационным излучением от радиоактивного элемента 1, мы имеем ввиду тот момент когда атомный реактор начинает свою работу, т.е. цепную атомную реакцию. Это происходит после введения радиоактивного элемента 1 в активную зону реактора.

При повышении температуры внутри реактора, воздух можно охладить путем:

- циркуляции;

- созданием вакуума;

- водяной рубашки охлаждения вокруг радиоактивного элемента.

При необходимости электрический ток можно сделать постоянным или переменным до определенной частоты, при помощи установки диодного моста, конденсатора и тд. В зависимости от размера «атомного реактора» индуктивных катушек 3 может быть одна или несколько.

Эффект от использования полезной модели заключается в:

- уменьшении габаритных размеров атомного реактора, за счет упразднения парогенерирующего оборудования;

- увеличении коэффициента полезного действия АЭС, благодаря наружному воздействию магнитного поля на радиоактивный элемент, в результате чего получаем движение направленного действия радиационных частиц, что в конечном итоге увеличивает количество получаемой электрической энергий;

Таким образом, поставленная перед автором задача по увеличению КПД, уменьшению габаритных размеров атомных реакторов выполнена.

Устройство атомного реактора прямого преобразования радиационной энергии в электрическую содержит радиоактивный элемент, расположенную снаружи индукционную катушку, отличается тем что, реактор снаружи выполнен из плотно прилегающих друг к другу стальных пластин, на которых имеются проводники первичной и вторичной обмотки, с расположенными внутри реактора радиоактивными элементами, на которые нанизаны индукционные катушки, по торцам радиоактивных элементов расположены пластины «анод» и «катод», прикрепленные к реактору через изолятор с наружными токосъемниками.