Дивертор торсатрона

 

ДИВЕРТОР ТОРСАТРОНА, содержащий тороидальную вакуумную камеру. охватывающую тороидальную камеру ловушки торсатрона и сообщающуюся с через щели между винтовыми проводниками системы создания магнитного поля ловушки, а также коллектор, вьшолненный в виде пластин, пересекакмцихсиловые линии магнитного поля и установленных в периферийной по отношению к проводникам части вакуумной камеры, отличающийся тем, что, с целью снижения уровня загрязнения плазмы, пластины коллектора выполнены криволинейными, охватывающими проводники по всей их длине, и имеют кривизну меньше кривизны силовых линий магнитного поля в месте установки пластин. сл 00 о О) сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ((9) ((() 4(5() С 21 В 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3265827/18-25 (22) 27.03.81 (46) 15.06.85. Бюл. ((- 22 (72). В.В.Васильев, В.С.Войценя, О.С.Цавличенко и В.И.Терешин . (53) 539.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9.369739, кл. Н 05 Н 1/12, 1972.

2. Базаева А.В. и др. Дивертор торсатрона и его влияние на.процессы переноса и накопление примесей.

Доклады Всесоюзной конференции. по инженерным проблемам термоядер- . ных реакторов. НИИЭФА, т. 1, 1977 r., с. 98-105 (прототип). (54)(57) ДИВЕРТОР ТОРСАТРОНА, содержащий тороидальную вакуумную камеру, охватывающую тороидальную камеру ловушки торсатрона и сообщающуюся с- ней через щели между винтовыми проводниками системы создания магнитного поля ловушки, а также коллектор, выполненный в виде пластин, пересекающих силовые линии магнитного поля и установленных в периферийной по отношению к проводникам части вакуумной камеры, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения уровня загрязнения плазмы, пластины коллектора выполнены криволинейными, охватывающими проводники по всей их длине,: и имеют кривизну меньше кривизны силовых линий магнитного поля в месте установки пластин.

1080650 2 Поперек выведенных наружу магнитных

Изобретение относится к технике удержания и нагрева плазмы и может быть использовано при разработке установок управляемого термоядерного синтеза. S

Известны различные типы диверторов, предназначенных для защиты основного объема плазмы в токамаках от поступления в него примесей, подразделяющиеся на тороидальные, полоидальные и локальные диверторы (1) .

Все эти диверторы содержат откачиваемую вакуумную камеру, сообщающуюся с вакуумной камерой магнитной ловушки, магнитную систему, создающую конфигурацию, магнитных силовых линий, обеспечивающую отведение пристеночной плазмы через отверстия. в вакуумную камеру дивертора, коллек» тор, расположенный поперек магнит- 20 ных силовых линий в вакуумной камере дивертора, в области, наиболее удаленной от основного объема плазмы.

Известные диверторы нельзя использовать в торсатронах.:

Ближайшим техническим решением к предложенному является дивертор торсатрона, содержащий тороидальную вакуумную камеру, охватывающую тороидальную камеру ловушки торсатрона и сообщающуюся с ней через щели между винтовыми проводниками системы создания магнитного поля. ловушки, а также коллектор, выполненный в виде пластин, пересекающих силовые пинии магнитного поля и установленных в периферийной по отношению к проводникам части вакуумной ка15

25 конструкций.

35 меры P2) .

В известном диверторе торсатрона конфигурация магнитных силовых линий для отвода пристеночной плазмы в диверторную камеру определяется той же магнитной системой, которая создает конфигурацию и тороидальной магнитной ловушки, удерживающей основной объем плазмы. Магнитные силовые линии этой магнитной системы, находящиеся sa крайней неразрушенной магнитной поверхностью ловушки, создают магнитную конфигурацию дивертора, обеспечивающую вывод пристеночной плазмы в его вакуумную камеру, расположенную с наружной стороны винтовых проводников магнитной ловушки и сообщающуюся с вакуумным объемом ловушки через щели между винтовыми проводниками, силовых линий с наружной стороны каждого винтового проводника, количество которых определяет заходность торсатрона, установлен коллектор в виде пластин.

Известно, что поверхность пластин коллектора, контактирующая с плазмой, эродирует ° Основными механизмами эрозии являются униполярные дуги и ионное распыление. Значительная часть частиц, образующихся при ионном распылении, и основная доля продуктов эрозии под действием униполярных дуг находится в ионизированном состоянии, поэтому образующиеся примеси могут попадать в пристеночную плазму вдоль магнитного поля и диффундировать в объем удержания. Нейтральные атомы, также являющиеся продуктом распыления коллекторных пластин, могут быть ионизированы во время своего движения в плазме и вдоль магнитных силовых линий попасть в пристеночную .область объема удержания плазмы. Все это ,приводит к снижению защитных функ ций дивертора торсатрона известных

Целью изобретения является снижение уровня загрязнения плазмы.

Эта цель достигается тем, что в диверторе торсатрона, содержащем тороидальную вакуумную камеру, охватывающую тороидальную камеру ло-вушки торсатрона и сообщающуюся с ней через щели между винтовыми проводниками системы создания магнитного поля ловушки, а также коллектор, выполненный в виде пластин, пересекающих силовые линии магнитного поля и установленных в периферийной по отношению к винтовым провод-. никам части вакуумной камеры, пластины коллектора выполнены криволинейными, охватывающими проводники по всей их длине, и имеют кривизну.меньше кривизны силовых линий магнитного поля в месте установки пластин.

На чертеже приведен разрез вдоль большого радиуса тороидальной камеры ловушки.

Дивертор торсатрона содержит вакуумную камеру (на чертеже не показана), магнитное поле (силовые линии магнитного поля 1) в которой создает" ся винтовыми проводниками 2, число з 1080 которых (на чертеже три) определяет заходность торсатрона. Проводники создают магнитное поле в тороидальной камере ловушки, охватывающей область, ограниченную сепаратриссой 3. Коллектор выполнен в виде криволинейных .ппастин 4, охватывающих проводники по всей их. длине и имеющих кривизну, меньшую кривизны силовых линий магнитного поля 1 в 1О месте установки пластин.

Дивертор работает следующим образом.

После образования плазмы. в камере ловушки накапливающиеся в 15 ее периферийной области частицы примесей в виде ионов при их движении вдоль силовых линий магнитного поля выделяются на пластинах коллектора 4. Так как вывод наруж- 20 ных силовых линий из ловушки в камеру. дивертора осуществляется по всей длине винтовых проводников, .то это определяет малую длину магнитных силовых линий в диверторном 25 слое и его малую толщину. Выполнение коллектора в виде набора криволинейных пластин .с кривизной„ отличной от кривизны магнитных силовых линий, создает условия при которых ионный ЗО компонент примесей, образующийся в результате распыления пластины, возвращается на ее поверхность ввиду конечных размеров лорморовского радиуса ионов, нейтральный же компонент осаждается на противолежащую . поверхность соседней пластины. Материал пластины, распыляемый возниканящими на ней униполярными дугами, так же как и нейтральные атомы, бу- 40 дет осаждаться на соседней пластине и, следовательно, не попадает в плазму. Поскольку пластины коллектора расположены на каком-то расстоянии друг от друга в направлении, по- <> перечном к магнитному полю, то некоторая часть материала пластин, распыляемого с участков поверхностей, близких к их краям, в основном в виде нейтральных атомов, может не попасть на противостоящую пластину. Эти атомы, пересекая пространство диверторной камеры, заполненной плазмой, могут иониэоваться.и попасть в пристеночную область плазмы, а затем в ре650, 4 зультате диффузии поперек магнитного поля - в основной объем плазмы либо вдоль силовых линий магнитного поля уйти на коллектор дивертора.

Второй случай будет более вероятен, если эти атомы распыленного материала пластин будут двигаться в направлении от основного объема плазмы.

Для этого в дивертор торсатрона пластины коллектора должны-быть выполнены меньшей кривизны, чем кривизна магнитных силовых линий в месте установки пластин. Тогда магнитные силовые линии будут пересекать коллекторные пластины со стороны их вогнутости, что обеспечивает удаление распыпяемого материала коллекторных пластин в виде нейтралов в сторону от основного объема плазмы.

Для достижения наибольшего положительного эффекта угол наклона магнитной силовой линии к поверхности коллекторной пластины в точке их пересечения выбирается из того условия, чтобы скорость большей части распьшяемых частиц, находящихся в ионизированном состоянии, в поперечном к магнитному полю направлении . имела бы большую составляющую скорости, чем составляющая скорости вдоль магнитного поля. При угле не превышающем 10 основная доля часо тиц будет уходить вдоль силовых линий магнитного поля на расстояние от распыляемой поверхности до свое- . го ларморовского центра по линии, перпендкулярной магнитному полю и роходящей через центр ларморовской кружности, которое меньше ларморовкого радиуса иона. В этом случае все подобные ионы возвратятся .обратно на поверхность коллектора, где они образовались sa промежуток времени, меньший периода ларморовского . обращения.

Таким образом, изобретение позволяет снизить загрязнение плазмы в ловушке путем уменьшения потока частиц, образующихся в результате эрозии пластин коллектора, и соответственно повысить температуру плазмы s ловушке.